Influx-VA
Die Influx-VA untersucht ein Konzept für eine aktiv gesteuerte Vertikalachsen-Windkraftanlage, bei der moderne Steuerungstechnik zur gezielten Verstellung der Flügel eingesetzt wird. Durch die Abstimmung von Flügelstellung und Rotorbewegung sollen die Auswirkungen auf Aerodynamik, Lastverteilung und Energiewandlung untersucht werden.
Das Video zeigt die Rotor- und Flügelbewegung einer Influx-VA Windkraftmaschine während einer vollständigen Umdrehung. Delay-Zeiten beeinflussen den zeitlichen Ablauf der Rotorbewegung und ermöglichen die Untersuchung unterschiedlicher aerodynamischer Betriebszustände. Segmentmarkierungen und Symbole (Wind / Motor) verdeutlichen die Betriebsphasen des Systems sowie die Aktivität des Flügelantriebs während einer Rotorumdrehung. Die Flügelpositionierung erfolgt unabhängig vom Rotorwinkel, gesteuert durch ein vordefiniertes Bewegungsprofil.
Gezeigt wird eine vollständige Rotation (360°), visualisiert aus einem Steuerprofil in Excel.
Influx-VA – Konzept einer aktiv gesteuerten Vertikalachsen-Windkraftanlage
Die Influx-VA ist ein Entwicklungskonzept für eine Vertikalachsen-Windkraftanlage mit motorisch verstellbaren Flügeln und prozessorgestützter Steuerung. Untersucht wird, inwieweit sich bekannte Herausforderungen von Vertikalachsen-Windkraftanlagen durch aktive Flügelsteuerung und veränderte Bewegungsabläufe beeinflussen lassen. Im Rahmen von Simulationen und Modellbetrachtungen werden unterschiedliche Energieertragsbereiche untersucht. Die praktische Validierung soll durch zukünftige Prototypenversuche erfolgen.
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Der aktuelle Entwicklungsstand umfasst Konstruktion, Steuerungssysteme und die Vorbereitung eines Prototyps und die Vorbereitung eines Prototyps, der am Fraunhofer IWES getestet werden soll. Zur Bewertung des Konzepts sind Untersuchungen und Gespräche mit wissenschaftlichen Einrichtungen vorgesehen, unter anderem im Umfeld des Fraunhofer IWES. Zu den untersuchten Fragestellungen gehören mögliche Auswirkungen auf Flächenbedarf, Betriebsverhalten, Geräuschentwicklung und Akzeptanz zukünftiger Anlagen.
Influx-VA 52m Model
Für die Systembetrachtungen wird eine Referenzanlage mit einer Höhe von 52 m verwendet, um technische und wirtschaftliche Fragestellungen in einem praxisrelevanten Maßstab untersuchen zu können.
Im Vergleich zu großen, klassischen Windenergieanlagen mit horizontaler Achse liegt die 52-m-Klasse deutlich unterhalb der üblichen Großanlagen. Für diese Größenklasse werden unter anderem folgende Fragestellungen untersucht:
- Genehmigungsanforderungen und Standortoptionen
- Integration in bestehende Infrastruktur- und Gewerbestandorte
- Mögliche Auswirkungen auf die Akzeptanz im Umfeld bebauter oder gewerblich genutzter Flächen
Gleichzeitig ist die Anlage groß genug, um das Maschinenprinzip der Influx-VA unter realistischen Leistungsbedingungen zu untersuchen und energetisch einzuordnen. Die 52-m-Version dient daher als Referenzsystem für die modellbasierte Bewertung des Energieertrags und für die spätere Skalierbarkeit des Konzepts.
Wichtig ist: Die 52-m-Anlage wird im Rahmen der aktuellen Projektphase nicht gebaut. Sie stellt das Zielsystem dar, auf dessen Basis Simulationen, Vergleichsanalysen und technische Konzepte entwickelt werden. Die experimentelle Validierung erfolgt zunächst an einem kleineren Prototyp, der das Funktionsprinzip überprüft und die Aussagen zur 52-m-Version präzisiert.
Die 52-m-Referenzanlage dient der Einordnung des Konzepts innerhalb bestehender Windenergieklassen. Sie soll dort eingesetzt werden, wo klassische Systeme aus baulichen, genehmigungsrechtlichen oder standortspezifischen Gründen nicht realisierbar sind.
Dynamik und Herausforderungen der Rotorblattbewegung
Bei einer Windkraftanlage mit vertikaler Achse, wie der Influx‑VA, verändert sich die Windrichtung aus Sicht eines einzelnen Rotorblatts ständig im Verlauf einer Umdrehung. Diese wechselnden Strömungsverhältnisse stellen hohe Anforderungen an die Steuerung und Auslegung der Flügel.
Im Detail durchläuft jedes Rotorblatt vier charakteristische Positionen:
- Flügelspitze im Wind:
Der Wind trifft direkt auf die Spitze des Blatts – hier entsteht nahezu keine Drehwirkung. - Optimale Anströmung:
Der Wind trifft in einem idealen Winkel auf die volle Fläche des Flügels und erzeugt den maximalen Antrieb. - Windschattenbereich:
Das Blatt befindet sich auf der Rückseite der Rotation, abgeschirmt vom Wind – die Antriebskraft sinkt deutlich. - Gegenwindzone :
In der kritischsten Phase wirkt der Wind mit voller Kraft gegen die Bewegungsrichtung des Blatts – ein erheblicher Widerstand entsteht.
Diese wechselnden Strömungsbedingungen verdeutlichen die Anforderungen an die Auslegung und Regelung von Vertikalachsen-Windkraftanlagen.
Bei Horizontalachsenanlagen liegen die Blattspitzengeschwindigkeiten häufig deutlich über der Windgeschwindigkeit. Die Influx-VA basiert auf einem Widerstandsläufer-Konzept, bei dem die Rotorbewegung grundsätzlich in einem anderen Geschwindigkeitsbereich als bei Schnellläufern erfolgt. Die Auswirkungen dieses Betriebsprinzips auf Wirkungsgrad, Geräuschentwicklung und Umweltverträglichkeit sind Gegenstand der weiteren Untersuchungen.
Influx-VA Doku-Katalog
Der Doku-Katalog dokumentiert die technischen Grundlagen, Entwicklungsarbeiten und Untersuchungen zur Influx-VA.
Er enthält technische Grundlagen, Simulationsdaten, Prototypentwicklungen und eine Übersicht der wichtigsten Projektdokumente.
Ideal für Partner, Förderer und Interessierte, die sich schnell und fundiert in das Projekt einarbeiten möchten.