Rotorfläche (überstrichene Fläche)
Die Kreisfläche, die die Rotorblätter einer Windkraftanlage überstreichen; die Leistung ist ihr direkt proportional und wächst mit dem Quadrat des Rotordurchmessers.
Die Rotorfläche ist die wichtigste Größenkennzahl einer Windkraftanlage, denn die im Wind verfügbare Leistung ist ihr proportional:
Verdoppelt sich der Rotordurchmesser, vervierfacht sich die Fläche und damit der Energieertrag bei gleicher Windgeschwindigkeit. Dieses quadratische Wachstum erklärt, warum Rotoren so rasant größer geworden sind:
- Anlage der 1990er-Jahre, 40 m Rotor: etwa 1.260 m²
- Typische Onshore-Anlage Mitte der 2020er-Jahre, 150–170 m Rotor: 17.700–22.700 m²
- Große Offshore-Anlage, 220–260 m Rotor: 38.000–53.000 m², mehr als sieben Fußballfelder
Das Verhältnis von Nennleistung zu Rotorfläche heißt spezifische Leistung (W/m²). Schwachwindanlagen an Land liegen bei 200–300 W/m², Starkwind- und Offshore-Anlagen bei 300–450 W/m². Eine niedrigere spezifische Leistung bedeutet eine niedrigere Nennwindgeschwindigkeit und einen höheren Kapazitätsfaktor.
Die Blattmasse wächst schneller als die Rotorfläche (bei modernen Designs etwa mit D hoch 2,3–2,6 statt des theoretischen kubischen Gesetzes). Ab etwa 120 m Blattlänge werden deshalb Holmgurte aus Kohlefaser, geteilte Blätter und die Transportlogistik zum begrenzenden Faktor. Dasselbe Prinzip gilt für Gezeitenströmungsturbinen: Wasser ist mit etwa 1.025 kg/m³ so dicht, dass dort viel kleinere Rotoren genügen.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Betz-Grenze
Der theoretisch höchste Anteil der Bewegungsenergie, den ein frei umströmter Rotor dem Wind entziehen kann: 16/27, also etwa 59,3 %.
- Leistungskurve
Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe und elektrischer Leistung einer Windkraftanlage; zusammen mit der Windgeschwindigkeitsverteilung ergibt sie den Jahresenergieertrag.
- Nennwindgeschwindigkeit
Die niedrigste Windgeschwindigkeit, bei der eine Windkraftanlage ihre Nennleistung erreicht; bei modernen Großanlagen typischerweise 10 bis 13 m/s.
- Nabenhöhe
Höhe der Rotormitte einer Windkraftanlage über Grund oder Meeresspiegel. Höhere Naben erreichen stärkeren, gleichmäßigeren Wind und treiben die Kapazitätsfaktoren nach oben.
- Windleistungsdichte
Mittlere im Wind verfügbare Leistung pro Quadratmeter Fläche senkrecht zur Strömung, in W/m²; das Standardmaß für die Qualität eines Windstandorts.