Institut für Energietechnik (IET)
HSR

VAWT Optimierung

Während sich bei horizontalachsigen Windenergieanlagen einige wenige Bauformen durchgesetzt haben, gibt es bei vertikalachsigen weiterhin eine grosse Anzahl an unterschiedlichen Designs. Dies deutet darauf hin, dass die optimale Form solcher Turbinen noch nicht gefunden wurde. Das IET arbeitet mit verschiedenen Mitteln daran, diese Lücke zu schliessen. Neben der Möglichkeit zur Optimierung mittels numerischer Simulationen, verfügt das IET über eine eigene 
vertikalachsige Windturbine mit einem H-Rotor. Für diese Turbine lassen sich mittels 3D-Printing verschiedene Flügel herstellen. Auf diese Weise können verschiedene Flügelprofile und Anstellwinkel untersucht werden.

Um unsere Modelle und Prototypen testen zu können, wurde eine Testanlage aufgebaut. Die Grundlage dazu bildet eine Windmaschine mit einem Durchmesser von 1.5 m, einem maximalen Volumenstrom von 100'000 m³/h und einer maximalen Geschwindigkeit von 90 km/h. Um die Messungen mit unserer Testanlage zu optimieren, wird diese laufend verbessert.

In einer Projektarbeit wurde zudem ein mobiler Mast entwickelt, auf den Prototypen mit einer durchströmten Fläche von bis zu 4 m² montiert werden können.

Auf eine vertikalachsige Windturbine wirkende Kräfte

Die resultierende Kraft aus Auftriebs- und Widerstandskraft in Richtung der Flügelbewegung wird als Tangentialkraft FT bezeichnet. Die Resultierende in radialer Richtung als Normalkraft FN. Die Tangentialkraft erzeugt ein Drehmoment, welches die Turbine in Rotation versetzt und wird zur Abschätzung der Turbinenleistung verwendet. Die Normalkraft FN spiegelt die Belastungen auf die Flügel. Im folgenden Video sind die Tangentialkräfte visualisiert.

Laufende und abgeschlossene Projektarbeiten

  • Simulation eines Widerstandsläufers mit bewegten Flügeln 2D »
  • Simulation eines Widerstandsläufers mit bewegten Flügeln 3D »
  • Konstruktive Optimierung einer vertikalen Windturbine »
  • Elektrisches Ausmessen einer Windturbine mit Hilfe eines Raspberry Pi
  • Entwicklung eines mobilen und universellen Windturbinenmasts »
  • Aufbau eines Windkanals
  • Teststand für Vertikal-Windturbinen
  • Stator Design for a Compact Wind Tunnel
  • Flow regimes in vertical axis wind turbines »
  • Implementation and Simulation of a Vertical Axis Wind Turbine Model »
  • Ausmessung einer vertikalachsigen Windturbine » 
  • CFD-Simulation einer kleinen vertikalachsigen Windturbine » 

Themen für Projektarbeiten

  • Konstruktion von Statoren für einen Windkanal
  • Simulieren und Testen von Flügelprofilen für Vertikalachsige Windturbinen
  • Entwicklung eines bionischen Flügeldesigns für vertikalachsige Windturbinen.