WEA-Grundlagen 

Physikalische Grundlagen der Windenergiewandlung

Die im Wind enthaltene kinetische Energie läßt sich berechnen zu

E = 1/2 mv² [Nm]

mit
m = Masse der Luft,
v = Windgeschwindigkeit.

Die durch einen Querschnitt F fließende Energiemenge pro Zeit ist mit der Leistung P identisch:

P = 1/2 rho v³ F [W]

mit
rho = Luftdichte,
v = Windgeschwindigkeit,
F = Querschnittsfläche.

Aus dieser Gleichung wird deutlich, daß die Leistung P mit der Luftdichte (abhängig von der Temperatur und deshalb im Winter größer als im Sommer), mit der Rotorkreisfläche und mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit steigt. Eine Windgeschwindigkeit von 20 m/s bietet also bei sonst gleichen Bedingungen etwa 8 mal soviel Leistung wie eine Windgeschwindigkeit von 10 m/s.

Um zu bewerten, wieviel Prozent des Leistungsgehaltes des Windes in nutzbare Leistung umgewandelt wird, definiert man den sogenannten Leistungsbeiwert cp. Der maximale Leistungsbeiwert wird für

v2 = 1/3 v1

mit
v1 = Anströmwindgeschwindigkeit,
v2 = Windgeschwindigkeit hinter dem Konverter

erreicht. Er besitzt für diesen Fall einen Wert von 0,593 (ca. 59 %) und wird als BETZ´scher Idealwert bezeichnet. Er stellt einen theoretisch ermittelten Wert dar. Insgesamt können also maximal 59 % der im Wind zur Verfügung stehenden Energie in mechanische Arbeit umgewandelt werden. In der Praxis werden heute Leistungsbeiwerte von unter 50 % erreicht.