Studium Studenten der DHBW bauen ein Windrad mit Finessen

Heidenheim / 06.08.2014
Das Team Anemo-Tec der DHBW Heidenheim hat am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) den zweiten Platz bei dem Konstruktionswettbewerb Reech erreicht.

Reech steht für Renewable Energy Challenge und ist ein Wettbewerb, der Studenten anregen soll, sich mit erneuerbaren Energien auseinanderzusetzen. In diesem Jahr ging es um Energieerzeugung aus Windkraft. Aufgabe war, eine möglichst innovative und effiziente Windkraftanlage mit einem maximalen Rotordurchmesser von 1,4 Meter darzustellen.

Im Januar dieses Jahres war der erste Teil des Wettbewerbs, die Konzeptphase, zu Ende gegangen. Die von den Teams eingereichten Ideen wurden einer Jury aus Wirtschaft, Gesellschaft und Politik bewertet. Schon in dieser frühen Phase konnte das Team Anemo-Tec einen Preis für sein innovatives Konzept gewinnen.

Ihre Windradkraftanlage haben die Heidenheimer Studenten von einem Messgerät zur Geschwindigkeitsmessung von Strömungen in Fließgewässern abgeleitet. Die Form eines Messflügels wurde adaptiert und zur Energiegewinnung aus Windkraft optimiert. Auf einem Konus von einem Meter Länge befinden sich drei Flügel, welche eine konstante Verdrillung und eine ansteigende Flügelhöhe aufweisen. Da sie im Winkel von 120 Grad auf dem Konus versetzt montiert sind, steht die gesamte Fläche des Rotors im Wind. Dies ist der besondere Vorteil gegenüber den klassischen Dreiblatt-Rotoren und trägt wesentlich zur Effizienzsteigerung bei.

Um noch mehr Leistung zu erzielen und den Betzschen Wirkungsgrad zu erhöhen, legten die Studenten zusätzlich um den Rotor einen Mantel. Dieser Mantel ist ähnlich dem Tragflügel eines Flugzeugs geformt und kann zum einen durch einen Konzentratoreffekt die Windgeschwindigkeit an der Vorderseite des Mantels erhöhen und an der Rückseite durch einen Diffusoreffekt einen Unterdruck aufbauen. Diese zwei Effekte sorgen dafür, dass aus dem Wind noch mehr Energie entnommen wird.

Die errechnete Leistung der Anlage liegt bei 260 Watt bei 7,9 m/s. Dies entspricht einer mäßigen Brise. Bevor jedoch der Bau der Mikrowindkraftanlage begann, wurden zunächst die 3D-Modelle des Rotors und des Mantels mittels einer Strömungssimulation getestet und weitere Verbesserungen vorgenommen.

Bei der Konstruktion der Windkraftanlage wurde Wert darauf gelegt, diese einfach zu halten, damit eine Montage möglichst schnell und ohne großen Aufwand erfolgen kann. Vorgesehen ist diese Anlage für die Dächer von Privathaushalten oder kleinen Gewerbebetrieben. Bei einer errechneten Lebensdauer und der angegebenen Leistung kann so ein durchschnittlicher Strompreis von 23 Cent pro Kilowattstunde erreicht werden.

Die Fertigung der Anlage geschah zum Großteil in den Werkstätten und Laboren der DHBW Heidenheim. Rotor und Mantel sollten möglichst gewichtsarm sein, damit ein niedriges Massenträgheitsmoment erreicht werden kann, das für den Anlauf bei niedrigen Windgeschwindigkeiten wichtig ist. Hierbei konnte auf das Faserlabor der Hochschule zugegriffen werden.

Die restlichen Bauteile sind aus Gründen der Robustheit aus Aluminium gefertigt. Diese wurden zum Teil in der DH gefertigt, aber auch die Ausbildungsunternehmen der Studenten, MAN Truck & Bus, Voith und ZF Lenksysteme unterstützten bei der Fertigung.

Nachdem die Windkraftanlage zusammengebaut war, freuten sich die Studenten darauf ihre Windkraftanlage in Karlsruhe bei der großen Abschlussveranstaltung im Windkanal des KIT zu testen. Als erstes Team startete Anemo-Tec im Windkanal und erreichte tolle Ergebnisse: Die Windkraftanlage des Teams lief bereits bei einer niedrigen Windgeschwindigkeit von 3,4 m/s an. Dies entspricht einer leichten Brise und ist der am kleinsten gemessene Wert von allen vorgestellten Anlagen. Und dabei war die Anlage des Teams Anemo-Tec mit zirka 200 Kilogramm die größte. Auch lief die Anlage sehr ruhig im Windkanal. Selbst bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten brachte sie aufgrund ihrer Robustheit die erwartete Leistung.

Trotz der sehr guten Leistungen im Windkanal wurden die Studenten der DHBW nur mit dem zweiten Platz belohnt. Sie sind dennoch sehr zufrieden. „Es war die beste Ingenieursleistung von allen“, lobte ein Jurymitglied das Team Anemo-Tec.

Die Anlage wird derzeit in der DHBW ausgestellt. Die Renewable Energy Challenge wird auch in diesem Jahr fortgeführt. Das Thema lautet „Urban Energy“, Energieerzeugung in der Stadt. Es sollen Konzepte entwickelt werden für die Energiegewinnung in Großstädten.

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