Um die Kleinwindkraftanlagen möglichst kostengünstig zu machen, haben die Forscher den Herstellungsprozess der Rotoren stark automatisiert. Sie verwenden einen industriellen 3D-Drucker, um die Form für die Rotorblätter zu erstellen. Ein automatisiertes System legt diese Form dann mit Faserstreifen aus und imprägniert sie mit Harz. Wie Ambrosio und seine Kollegen erklären, sorgt dies für eine hohe Qualität, reduziert Überlappungen im Vergleich zur Handverlegung und ermöglicht eine Reduzierung der Abmessungen der Bauteile.
Hohe Leistung auch bei leichtem Wind
Das Ergebnis sind Rotoren, die leicht sind und dank ihrer speziellen Form auch schwache Winde auffangen und nutzen können. Erste Tests im Windkanal zeigten, dass der Rotor bereits bei der geringen Windgeschwindigkeit von 2,7 Metern pro Sekunde zu rotieren beginnt. Die Anlaufgeschwindigkeit liegt bei vergleichbaren Systemen bei vier Metern pro Sekunde, wie die Forscher erläutern.
Bei den Tests erreichte die neu entwickelte Windkraftanlage bis zu 450 Umdrehungen pro Minute. Mit einer Leistung von 2.500 Watt bei einer Windgeschwindigkeit von zehn Metern pro Sekunde sei es im Schnitt 83 Prozent leistungsstärker als vergleichbare Systeme auf dem Markt, so Ambrosio und sein Team. Das System erreicht einen Wirkungsgrad von 53 Prozent. „Physikalisch sind maximal 59 Prozent möglich“, ordnet Ambrosio die Messdaten ein. Dennoch sind die Rotoren dank ihrer speziellen Laminatstruktur stabil genug, um auch starkem Wind standzuhalten.
„Wir haben die einzelnen Lagen des Verbundmaterials so gestaltet, dass sich die Rotorblätter bei Sturm elastisch verbiegen und aus dem Wind drehen“, berichtet Ambrosio. Das System reduziert automatisch die Drehzahl und ist gegen Überlastung geschützt. Dadurch entfällt eine aufwändige Steuerungstechnik und komplexe Mechanik.
Die praktische Erprobung von Prototypen ist im Gange
„Effiziente Kleinwindkraftanlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur unabhängigen Energieversorgung“, sagt Raúl Comesaña M. von der BBF-Gruppe. Als Projektentwickler und Bauunternehmen sind sie an einem Pilotprojekt beteiligt, bei dem fünf Prototypen der Kleinwindkraftanlage an verschiedenen Standorten in Brandenburg gebaut werden sollen. Dadurch soll aufgezeigt werden, wie sich Position und Höhe des Systems auf die Leistung auswirken.
Als nächste Schritte plant das Team, die Rotoren weiter zu optimieren. Es wird auch geprüft, ob die Leichtbaustrukturen aus Monomaterial statt aus Verbundwerkstoffen hergestellt werden können. Solche Komponenten lassen sich leichter recyceln und tragen dazu bei, die Umweltbilanz von Leichtbaulösungen zu verbessern.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
15. Oktober 2025 – Nadja Podbregar