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fraunhofer04141In sehr kalten Klimazonen weht der Wind besonders kräftig. Dennoch werden in diesen Regionen bislang selten Windturbinen installiert. Die Gefahr der Eisbildung auf den Rotorblättern ist zu hoch. Fraunhofer Forscher haben jetzt ein energieeffizientes Eiserkennungs- und Enteisungssystem für Kleinkraftwindanlagen entwickelt, das die Turbinen in Sekundenschnelle vom Eis befreien soll. Es schaltet sich nur ein, wenn Wasser gefriert.

Viele Unternehmen scheuen den Bau von Windkraftanlagen in nördlichen Gebieten, obwohl der Wind stark weht. Die Wetterbedingungen sind eine enorme Herausforderung: Wenn sich bei Temperaturen unter Null und bei frostigen Stürmen auf den Rotorblättern eine Eisschicht bildet, verschlechtern sich die aerodynamischen Eigenschaften. Die Turbinen können weniger Energie produzieren. Durch die veränderte Verteilung der Lasten entstehen Unwuchten, sodass die Räder darüber hinaus schneller kaputt gehen können. Hinzu kommt das Sicherheitsrisiko durch herabfallende Eiszapfen. Bei der Gefahr von Eisbildung werden die Anlagen sofort abgeschaltet. Die jährliche Stromproduktion minimiert sich deutlich – die Vereisungen verursachen Leistungseinbußen von 14 bis 20 %. Trotz des großen Potenzials werden in den kalten Klimazonen folglich eher selten Windräder aufgebaut. Hier setzt das EU-Projekt »Windheat« an: In Zusammenarbeit mit sechs Unternehmen aus vier EU-Ländern entwickeln Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart ein energieeffizientes Eiserkennungs- und Enteisungssystem für Kleinkraftwindanlagen.

Bei Windheat ist das Rotorblatt in verschiedene Zonen aufgeteilt, die jeweils mit einer Carbon-Nanotube-(CNT)-Beschichtung ausgestattet sind. In jede CNT-Schicht ist wiederum ein eigener Eisdetektor integriert. Die Schicht aus Kohlenstoffnanoröhren beheizt nur die Zonen, die tatsächlich vereist sind. Das sind vor allem die Kanten des Rotorblatts. Die kleinen, sensiblen Sensoren messen permanent die Temperatur und die Feuchtigkeit an der Oberfläche, reagieren auf kleinste Schwankungen und erkennen, wenn Wasser gefriert. Wird Eis entdeckt, schalten die Detektoren in Sekundenschnelle das entsprechende Heizelement – also die CNT-Schicht – an. Ist das Eis geschmolzen, wird die Heizung automatisch abgestellt. Ziel des Projekts ist es, die Energieeffizienz mit dieser Enteisungsstrategie um mindestens 18 % zu steigern.
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