Der Darrieus-Rotor

Der Darrieus ist ein reiner Auftriebsläufer. Auftriebsläufer leben davon, dass die Auftriebskraft stets eine Komponente in die Bewegungsrichtung hat, wenn realer Wind und Fahrtwind auf das Profil zusammen einwirken, Die Auftriebskraft ist immer senkrecht zum virtuellen Wind, d.h. der virtuelle Wind muss schräg von vorne kommen.


Beim Darrieus drehen sich die Rotor-Blätter so schnell im Wind, dass der Fahrtwind viel größer als der reale Wind wird. Dadurch wechselt der virtuelle Wind zwar die Seiten pro Umlauf zweimal (was die Verwendung symmetrischer Profile zur Folge hat), bleibt aber stets auf ein Fenster von ca. +20° bis -20° zum Fahrtrichtungsvektor beschränkt.



Die obige Darstellung zeigt das Prinzip. Das Kästchen zeigt ein rotierendes Darrieus-Profil für den ruhenden Beobachter (der Wind kommt von links), das Schaubild die Winde und Kräfte für den mit-rotierenden Beobachter (also den Film einer Kamera, die über dem Profil fest montiert ist). Blau sind Fahrtwind und realer Wind, dessen Vektorspitze auf einem Kreis rotiert, cyan ist der virtuelle Wind. Orange ist die Auftriebskraft, die zerlegt wird in die grüne Komponente längs der Bewegung, die die Energie bringt und die rote Komponente, die lediglich eine Zwangskraft liefert.

Vorteile:

• durch seine vertikale Achse und Symmetrie ist der Darrieus unabhängig von der Windrichtung
• da er die Auftriebskraft nutzt, hat er einen hohen Wirkungsgrad, wenn man als Wirkungsgrad definiert: Energie aus Rotor-Fläche / Energie in Windfläche. Die Rotor-Fläche ist hier: Bahndurchmesser x Höhe.
• breite Rotor-Blätter verbieten sich von selbst, daher hat er wenig Schattenwurf

Nachteile:

• er kann nicht von selber anlaufen und muss bei aufkommendem Wind angeschmissen werden
• wegen des Seitenwechsels des virtuellen Winds pulsiert die Auftriebskraft pro Umlauf
• nur eine Minikomponente wirkt in Fahrtrichtung, der Löwenanteil der Auftriebskraft wirkt auf das Gehäuse. Das Material muss extreme Belastungswechsel wegstecken können.
• das Profil auf der Lee-Seite muss durch die Turbulenzen der Strömung verursacht durch das Profil in der Luv-Seite
• Tiere haben keine Chance. Tote Fliegen verkleben die Profil-Oberfläche und wirken sich mindernd auf die aerodynamische Qualität des Profils aus.

Aus dem oben Gesagten folgt, dass der Darrieus mehr ein Spielzeug für Freaks darstellt als der Energiegewinnung dient.

Es gibt den Ansatz, den Darrieus zu verbessern, indem man die Rotorblätter pro Umlauf etwas verstellt. Man kann damit sicher den Wirkungsgrad noch ein wenig nach oben jazzen für den Preis, dass man nun zusätzlich noch Scharniere braucht und er dann nicht mehr unabhängig von der Windrichtung ist.

Der Darrieus hat einen Wirkungsgrad von bis zu 40%. Das ist aber nicht das Entscheidende. Viel wichtiger ist die Stirnfläche, die eine Windkraftanlage dem Wind entgegen reckt. Und wegen der enormen Anforderungen an das Material, ist die Stirnfläche aus bautechnischen Gründen klein.

• Fazit: Nimm den Tirajator, viel besser.