Physikalische Grundlagen der Windenergiewandlung

Abstract

Der Vorgang des Entzuges von mechanischer Arbeit aus einem Luftstrom mit Hilfe eines scheibenförmigen, rotierenden Windenergiewandlers folgt einer eigenen grundsätzlichen Gesetzmäßigkeit. Das Verdienst diese Erkenntnisse zum ersten Male auf den Windrotor angewendet zu haben gebührt dem deutschen Physiker Albert Betz. In seinen 1922--1925 erschienenen Schriften konnte er durch die Anwendung elementarer physikalischer Gesetze zeigen, dass die entnehmbare mechanische Leistung aus einem Luftstrom, der durch eine vorgegebene Querschnittsfläche strömt, auf einen ganz bestimmten Wert im Verhältnis zu der im Luftstrom enthaltenen Leistung begrenzt ist. Obwohl die Betzsche Theorie Vereinfachungen enthält, sind die Ergebnisse durchaus für praktische Überschlagsberechnungen brauchbar. Ihre wahre Bedeutung liegt jedoch darin, dass sie eine gemeinsame physikalische Grundlage für das Verständnis und die Wirkungsweise von Windenergiewandlern unterschiedlicher Bauart bildet. Aus diesem Grund wird im Folgenden eine kurz gefasste mathematische Herleitung der elementaren „Impulstheorie`` von Betz wiedergegeben.