Der Wirkungsgrad einer Windkraftanlage wird definiert als das Verhältnis von Wirkung (elektrische Energie) zu Aufwand (Windenergie). Er kann als Dezimalzahl oder als Prozentangabe angegeben werden. Grundsätzlich kann am Ende nie weiterhin Energie gewonnen werden als zuvor in die Anlage eingespeist wurde. Aus diesem Grund ist der Wirkungsgrad immer kleiner als 1 bzw․ 100%.
Die Windenergie die als Energiequelle für die Windkraftanlage dient, wird als kinetische Energie der strömenden Luft betrachtet. Diese Energie wird genutzt – um elektrischen Strom zu erzeugen. Der Wirkungsgrad η kann deshalb als das Verhältnis zwischen elektrischer Energie (Eel) und Windenergie (Ew) beschrieben werden: η = Eel / Ew.
Es ist wichtig zu beachten: Dass während des Energieumwandlungsprozesses Verluste auftreten die nicht als Nutzenergie verwendet werden können. Diese Verluste werden als Verlustenergie (Everl) bezeichnet. Die Beziehung zwischen Windenergie, elektrischer Energie und Verlustenergie kann folgendermaßen dargestellt werden: Ew = Eel + Everl.
Um den Wirkungsgrad η zu berechnen, wird die Formel η = Eel / Ew verwendet. Durch weitere Umformungen kann der Wirkungsgrad ebenfalls anhand der Verluste berechnet werden. In dem gegebenen Beispiel wird der Wirkungsgrad einer Windkraftanlage mit 29% (0,29) angegeben.
Der Gesamtwirkungsgrad einer Windkraftanlage kann auch in Einzelwirkungsgrade für die verschiedenen Anlagenteile aufgeteilt werden. Jeder Anlagenteil hat seine eigenen Verluste die in ％ angegeben sind. Durch Multiplikation dieser Einzelwirkungsgrade kann der Gesamtwirkungsgrad berechnet werden.
Im gegebenen Beispiel werden die Einzelwirkungsgrade für den Rotor, das Getriebe und den Generator berechnet. Die Wirkung des Rotors besteht darin Rotationsarbeit zu erbringen. Der Wirkungsgrad des Rotors (ηr) beträgt 40%.
Die durch den Rotor erbrachte Arbeit geht als Aufwand in das Getriebe über. Dabei gehen 4% der Windenergie verloren. Der Wirkungsgrad des Getriebes (ηg) beträgt daher 90%.
Die Arbeit » die vom Getriebe erbracht wird « geht als Aufwand in den Generator. Hier gehen 7% der Windenergie verloren. Der Wirkungsgrad des Generators (ηgen) beträgt 80⸴6%.
Um den Gesamtwirkungsgrad (ηges) zu berechnen, werden die Einzelwirkungsgrade multipliziert: ηges = ηr ηg ηgen = 0⸴4 0⸴9 0⸴806 = 0⸴29.
Der Wirkungsgrad einer Windkraftanlage ist also der Anteil der eingesetzten Energie der als Nutzenergie gewonnen werden kann. Durch die Aufteilung in Einzelwirkungsgrade kann der Gesamtwirkungsgrad berechnet werden. Es ist jedoch wichtig zu beachten: Dass Verluste während des Energieumwandlungsprozesses auftreten die den Wirkungsgrad reduzieren.
Erläuterung des Wirkungsgrads bei einer Windkraftanlage
Wie ist der Wirkungsgrad bei einer Windkraftanlage definiert und wie kann er berechnet werden?