Für die Vertical Sky®-Windkraftanlage wurde auf der Grundlage von IEC-konformen Messungen eine zuverlässige Leistungskurve erstellt. Die Messergebnisse bestätigten die Berechnungsmodelle und zeigen Wirkungsgrade für die grosse 1-Megawatt-Anlage Vertical Sky® A40 im Bereich von etwa 40 bis 46%. Damit erreicht Vertical Sky® ein Leistungsniveau, das mit modernen, konventionellen Grosswindkraftanlagen vergleichbar ist. Diese Erkenntnis stellt die seit langem bestehende Skepsis gegenüber der Windenergie mit vertikaler Achse direkt in Frage und ist auf die aktive Echtzeit-Pitchregelung der einzelnen Rotorblätter zurückzuführen – ein Systemkonzept, das weltweit eine Premiere in der Technologie vertikaler Windkraftanlagen darstellt.
Aufbau der A6 Testanlage in Brütten, Zürich
Skepsis gegenüber Windkraftanlagen mit vertikaler Achse
Windkraftanlagen mit vertikaler Achse (VAWTs) gelten seit langem als alternatives Konzept mit begrenzter praktischer Relevanz. Obwohl ihre geometrischen Vorteile – wie beispielsweise die omnidirektionale Windaufnahme – anerkannt sind, bleibt ihre aerodynamische Effizienz durchweg hinter der herkömmlicher Windkraftanlagen mit horizontaler Achse (HAWTs) zurück.
Diese Skepsis ist nicht ideologischer, sondern technischer Natur. Klassische VAWT-Konstruktionen arbeiten mit festen Flügelgeometrien und passiver Aerodynamik. Infolgedessen sind sie nicht in der Lage, während des gesamten Drehzyklus optimale Anstellwinkel aufrechtzuerhalten, was zu erhöhten Verlusten, instabilem Betriebsverhalten und letztlich zu einer kaum oder gar nicht wettbewerbsfähigen Effizienz führt. Diese Einschränkungen haben verhindert, dass VAWTs in grosstechnischen oder industriellen Anwendungen breite Anwendung finden.
Erstellung einer zuverlässigen Leistungskurve
In der Windenergie ist die Leistungskurve die zentrale Referenz für die Bewertung der Turbinenleistung, die Schätzung des Energieertrags und die Finanzierung. In der Testanlage A6 wurden über einen längeren Zeitraum Betriebsdaten gesammelt und gemäss den IEC-Normen ausgewertet. Die daraus resultierende Leistungskurve ist reproduzierbar und korreliert eng mit Berechnungsmodellen und CFD-Simulationen, wodurch sie eine zuverlässige Grundlage für die Leistungsbewertung bildet.
Gemessener Wirkungsgrad und seine technische Ursache
Die gemessene Leistungskurve zeigt Wirkungsgrade von etwa 40–46% für die Turbinen der A40-Serie. Diese Werte sind mit denen moderner konventioneller Windkraftanlagen vergleichbar und stehen in deutlichem Kontrast zu den bisher beobachteten Leistungen von Vertikalachsenanlagen. Die Leistungskurve zeigt einen Wirkungsgrad, der bisher bei Vertikalachsen-Windkraftanlagen nicht erreicht wurde. Dieses Ergebnis ist direkt auf die aktive Echtzeit-Blattverstellung der einzelnen Rotorblätter zurückzuführen.
Durch die kontinuierliche Anpassung der Blattverstellung während des Betriebs sorgt Vertical Sky® für günstige aerodynamische Bedingungen während des gesamten Drehzyklus und bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten. Diese aktive Steuerung mindert die Verluste, die bei passiven VAWT-Konstruktionen auftreten, und ermöglicht einen Betrieb in einem Leistungsbereich, der für diese Turbinenklasse bisher als unerreichbar galt.
Eine Weltneuheit in der vertikalen Windtechnologie
Nach heutigem Kenntnisstand ist Vertical Sky® die erste Windkraftanlage mit vertikaler Achse, die anhand von Messdaten nachweisen kann, dass eine VAWT durch aktive Echtzeit-Blattverstellung einzelner Rotorblätter einen Wirkungsgrad erreichen kann, der mit dem moderner konventioneller Windkraftanlagen vergleichbar ist.
Dies stellt eine grundlegende Veränderung in der Bewertung der vertikalen Windenergie dar. Die gemessene Leistung basiert nicht auf theoretischen Annahmen, sondern auf standardisierten Messungen und empirischen Validierungen.
Auswirkungen auf den Einsatz und die Skalierung
Die Erstellung einer zuverlässigen Leistungskurve mit wettbewerbsfähiger Effizienz ist ein wichtiger Meilenstein für Vertical Sky®. Sie ist eine der Voraussetzungen für den Übergang von der Prototypenentwicklung zum kommerziellen Einsatz. Gleichzeitig ermöglicht die aktive Pitchregelung die Skalierung von Vertikalachsen-Windkraftanlagen zu Grossanlagen, die Strom kostengünstig und damit wirtschaftlich produzieren können.
Im weiteren Sinne positioniert sie die Vertikalachsen-Windtechnologie neu als praktikable Option für dezentrale und ortsnahe Anwendungen, insbesondere dort, wo Standortbeschränkungen kompakte Konstruktionen und geringe Umweltbelastungen begünstigen.
Quellen:
- IEC 61400-12-1: Wind energy generation systems – Power performance measurements of electricity producing wind turbines.
- Swiss Federal Office of Energy (SFOE): Review and acceptance of the Vertical Sky® A6 performance measurement report.
- Hansen, M. O. L.: Aerodynamics of Wind Turbines, Routledge, 2015.
