Während Horizontalachser in ihrer Bauart an die Windmühlen erinnern, ist dies bei Vertikalachsern nicht der Fall. Stattdessen steht die Rotationsachse senk- beziehungsweise lotrecht, die Flügel kreisen horizontal. Dieser Aufbau macht sie für die großtechnische Nutzung (bisher) recht unpraktikabel, vor allem aufgrund der schlechteren Wirkungsgrade. Doch die Anlagen haben auch ihre Vorteile. Erfahre jetzt mehr dazu im Lexikon von Vegan Strom.
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Welche baulichen Besonderheiten bestehen bei Vertikalachsern?
Wie ein herkömmliches Windrad, also ein Horizontalachser aufgebaut ist, weiß vermutlich jeder. Es besteht aus einem großen Turm mit einer Maschinengondel und einem Rotor. Durch diese Bauweise erreicht es große Höhen und kann somit stärkere und stetigere Luftströmungen ausnutzen. Dies begünstigt die kommerzielle und großtechnische Anwendung.
Vertikalachser hingegen existieren in vielen verschiedenen Formen, Größen und folglich auch Bauweisen. Auch sie bestehen aus einer Art Mast. An diesem (oder dem oberen Teil bei größeren Kraftwerken) sind die Rotorblätter jedoch direkt befestigt. Folglich dreht sich bei Vertikalachsern auch ein größerer Teil der Gesamtanlage.
Bei den Rotoren werden zwei verschiedene Bautypen unterschieden. Widerstandsläufer, zum Beispiel Savonius-, Schalen- oder Durchströmrotoren, bestehen aus mehreren kreisförmig angeordneten, glatten oder helixförmig verdrehten Schaufeln beziehungsweise Flügeln. Die Windströmung erzeugt in diesen auf der Luvseite, also der dem Wind zugewandten Seite, einen Staudruck, welcher den Flügel in Richtung Leeseite schiebt. Auf diese Weise wird das Drehmoment erzeugt, welches schließlich den Generator antreibt. Auftriebsläufer nutzen hingegen wie die Rotoren von Horizontalachsern einen dynamischen Auftriebseffekt. Die Rotorblätter sind hierbei aerodynamisch geformt, ähnlich wie die Tragflächen eines Flugzeugs, so dass bei wehendem Wind an der Vorderseite ein Unter- und an der Rückseite ein Überdruck entsteht. Die durch den Druckunterschied entstehende Kraft treibt schließlich den Rotor an. Der wohl bekannteste Bautyp ist hier der Darrieus-Rotor in zwei- oder dreiflügeliger O-Form (Schneebesenform).
Welche Vor- und Nachteile haben Vertikalachser gegenüber Horizontalachsern?
Vertikalachser bieten gegenüber Horizontalachsern einige Vorteile. So sind sie zum Beispiel kostengünstiger, einfacher im Aufbau und auch deutlich robuster. Außerdem ist bei den Anlagen keine Windrichtungsnachführung notwendig, da der Rotor ohnehin immer im Wind steht beziehungsweise von jeder Seite „angesteuert“ und angetrieben werden kann. Zudem ist es bei Vertikalachsern möglich, Getriebe und Generator leicht zugänglich in Bodennähe anzuordnen. Dies erleichtert die Wartung dieser komplexen Komponenten.
Dennoch konnten sich Vertikalachser gegenüber Horizontalachsern im kommerziellen Betrieb nicht durchsetzen. Dies liegt vor allem an ihrem verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad und der daraus resultierenden geringeren Energieausbeute. Während Horizontalachser eine Effektivität von bis zu 50 Prozent erreichen, liegt der Wirkungsgrad bei Vertikalachsern nur bei 30 bis maximal 40 Prozent. Hinzu kommt, dass die Anlagen aufgrund ihrer oftmals geringen Höhe nur langsamere Windgeschwindigkeiten nutzen können. Aus diesem Grund brauchen Auftriebsläufer zum Anfahren manchmal sogar einen Hilfsmotor. Nicht zuletzt lassen sich die Anlagen bei Sturm nicht aus dem Wind drehen, was sie beschädigungsanfälliger macht.
Vertikalachser sind weitaus tierfreundlicher als Horizontalachser
Vertikalachser stehen für die Nutzung von Windkraft jedoch noch immer im Fokus der Forschung mit dem Ziel, die Anlagen effektiver zu gestalten und in der Zukunft großtechnisch zu nutzen. Denn bis auf ihren geringeren Wirkungsgrad weisen sie im Vergleich zu Horizontalachsern enorme Vorteile auf. Auch sie produzieren sauberen Strom aus einer nachhaltigen Energiequelle, sind zudem robuster und weniger wartungsbedürftig und stehen immer optimal im Wind. Hinzu kommt, dass Vertikalachser langsamer drehen und eine deutlichere Silhouette abgeben, so dass sie eine weitaus geringere Gefahr für Vögel und andere fliegende Lebewesen darstellen.
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