Endlich verstehen Warum haben Windräder nur drei Flügel?

Die meisten modernen Windkraftanlagen haben nicht zwei oder vier, sondern drei Flügel. Warum eigentlich?
Windkraftanlage

Drei Flügel sind am effektivsten

Kaum ein Western, der ohne sie auskommt: Windräder sind der Inbegriff des ländlichen Lebens im Westen der USA. Die Westernmills wurden 1854 entwickelt, um in trockenen Gebieten Felder zu bewässern oder dezentral Strom zu erzeugen. Meist haben sie Dutzende – manche sogar bis zu 150 – Rotorblätter oder Schaufeln aus gebogenem Blech.

Offenbar haben sie damals ihren Zweck erfüllt. Aber nach heutigen Erkenntnissen waren sie wohl ineffizient. Denn zwar lassen die vielen Schaufeln vermuten, dass hier besonders viel Wind eingefangen wird. Tatsächlich aber ermöglichen wenige, schlanke Rotorblätter, wie sie heute an den allermeisten Windkraftanlagen verbaut werden, eine bessere Stromausbeute. Warum ist das so?

Ein einzelnes Rotorblatt, das ist klar, würde unrund laufen und den Turm schnell aus dem Fundament hebeln. Zwei oder vier Rotorblätter könnten zwar theoretisch rund laufen – aber nur ohne den Turm, auf dem die Turbine mit den Rotorblättern steht. Denn vor dem Turm bildet sich ein Luftstau, den die Rotorblätter in der Senkrechtstellung passieren. Das versetzt dem Blatt einen Stoß, der sich auf das genau gegenüber liegende Blatt überträgt.

Hinzu kommt, dass sich bei einem Rotordurchmesser von mehr als 100 Metern der Unterschied der Windgeschwindigkeiten bemerkbar macht: In Bodennähe weht der Wind schwächer als in 100 oder 200 Metern Höhe. Das obere Blatt bekäme dann besonders hohen Winddruck zu spüren, während das untere in ein Luftloch fällt - was die Lager unnötig belasten und den ganzen Turm in Schwingungen versetzen würde. Dieser Effekt lässt sich nur mit einer ungeraden Anzahl von Rotorblättern verhindern.

Ein weiteres Problem: Jedes Blatt durchläuft jeweils die Verwirbelungen des voranlaufenden Blattes; sie nehmen sich sozusagen gegenseitig den Wind aus den Segeln. Und je mehr Blätter, desto stärker macht sich dieser Effekt bemerkbar.

Aus diesem Grund sind heute drei Rotorblätter Standard – meist in einer schlanken Form, gebaut aus Kunststoff, Kohle- oder Glasfaser. Diese Bauart ermöglicht den besten Kompromiss zwischen Windausbeute, Stabilität und Kosten.