Ökologischer Fußabdruck

Die Konzeption der Windturbine ist so ausgerichtet, dass möglichst wenig graue Energie zu ihrer Herstellung benötigt wird. Also sämtliche Energieanteile, die von der Rohstoffgewinnung über den Transport bis zur eigentlichen Formgebung aufgewendet werden müssen. Dieses Ziel wird damit erreicht, dass so viele Teile wie möglich aus Holz hergestellt werden. Denn Holz ist ein CO²-neutrales, selbst wachsendes Material, das für seine eigene „Herstellung“ keine externe Energie benötigt und zusätzlich CO² für lange Zeit bindet. Im Gegensatz zu allen Metallen und Kunststoffen, die erst lange Prozessketten mit hohen Temperaturen für ihre Gewinnung und Veredelung durchlaufen müssen.


Die kleineren Anteile an Aluminium, Stahl, Kupfer und Neodym, die vor allem für den Generator benötigt werden, sind dennoch nahezu vollständig recyclebar und können im Sinne von „Cradle to Cradle“ für neue Anwendungen wiedergewonnen werden. Für diese Wiederverwertung wird nur ein Bruchteil der Energie benötigt, die das Windrad im Laufe seines Lebens selbst erzeugt. 

Mit der Minimierung energieintensiver Rohstoffe und der Schließung der Energie- und Stoffkreisläufe ist dieses Windradkonzept bezüglich seiner ökologischen Amortisation herkömmlichen Anlagen (aus Aluminium-Druckguss, Stahl oder Kunststoffen) somit ein gutes Stück weit voraus. 


Bei den verwendeten Ausgangsprofilen, Halbzeugen und Maschinenelementen, handelt es sich ausschließlich um Standardware, die überall problemlos zu beschaffen ist. Mit dem zusätzlichen Vorteil kleiner Transportwege und geringeren Emissionen, da diese Materialien sehr effektiv in großen Stückzahlen gefertigt, und transportiert werden. 

Optik

Nachdem Kleinwindräder naturgemäß sehr häufig im eigenen Garten oder in der offenen Landschaft stehen, ist es immer wünschenswert, über einen natürlichen Werkstoff eine harmonische Verbindung zur Umgebung herzustellen. Jedes (meist weiße oder graue) Kunststoff - oder Metallwindrad wird automatisch zum Fremdkörper zwischen Wiesen, Bäumen und Sträuchern, und trägt wenig zu einem gelungenen Landschaftsbild bei.


Ein Windrad aus Holz (am besten mit einem Holzmast) löst dieses Problem praktisch nebenbei und auf sehr angenehme Weise. Die nüchterne Technik verschwindet zum großen Teil im Werkstoff und verschmilzt mit der Umgebung. Es entsteht damit automatisch eine Art Symbiose zwischen Natur und Technik mit wesentlich höherem Sympathiewert ohne nennenswerte technische Nachteile, solange einige wichtige Dinge beachtet werden. Denn letztendlich entscheidet die aerodynamische Form, Genauigkeit an wenigen Stellen und und genaue Berechnungen über die Güte einer Anlage, und Holz hat hier einiges zu bieten – mehr dazu unter `Technik'. 

Einzelkomponenten-Bauweise

Die Auftrennung der Gesamtanlage in 4 unabhängige Einzelkomponenten (Rotor, Generator, Drehkopf und Windfahne) bringt sehr viel mehr Freiheit und Variabilität mit sich, als das bei herkömmlichen Komplettsystemen der Fall ist. Fällt hier ein Teil aus, kann es leicht passieren, dass die ganze Anlage unbrauchbar wird, weil vielleicht irgendwann keine Ersatzteile mehr zu beschaffen sind, oder verpresste Teile o.ä. nicht mehr getrennt werden können.

Dagegen kann ein modulares Windkraftwerk im Zweifelsfall über eine wesentlich längere Zeit betrieben werden, da im Schadensfall notfalls eben auch ganze Einheiten wie ein anderer Rotor oder Generator zum Einsatz kommen können. Zudem stehen in Verbindung mit dem einfachen Aufbau und den Bauplänen wesentlich mehr Reparatur- und Austauschoptionen zur Verfügung, was sich immer positiv auf die Gesamtlebensdauer auswirkt. Jede Komponente hat ihren unabhängigen Wert und kann natürlich auch sehr gut in eigene Selbstbauprojekte integriert werden.

Einfachheit

Bei der Konstruktion der Windanlage soll großer Wert auf technische Einfachheit gelegt werden. D.h. Keine unnötig komplizierten Geometrien, einfache Maße, Standard-Material und einfache Fertigungsmethoden sollen den Nachbau, die Montage und den Geldbeutel erleichtern.

Für die Herstellung der Windturbine werden somit keine besonderen Maschinen oder aufwendigen Formen benötigt. Sämtliche Teile können mit bereits vorhandenen, gängigen CNC-Portalfräsmaschinen und Drehmaschinen hergestellt werden, was sich ebenfalls positiv auf die Klimabilanz auswirkt.

Mit dem Werkstoff Holz stehen (auch jedem Laien)  grundsätzlich viel mehr Anpassungs- und Reparaturoptionen zur Verfügung, so dass immer etwas verschraubt, geklebt, verstärkt, gebohrt, geschliffen, erweitert oder geändert werden kann.

Leistung und Preis

Die Holz-Windturbine soll relativ flexibel gehalten werden in Bezug auf eine möglichst hohe Jahres-Gesamtenergieausbeute. Sie berücksichtigt aber in jedem Fall auch schwächere und böige Windverhältnisse (wie sie oft in bebauten oder baumreichen Gebieten vorkommen) durch eine besondere Leichtgängigkeit von Rotor und Drehkopf. Neben einem professionell berechneten und CNC-gefrästen Flügelprofil soll dafür ein leichtlaufender, eisenloser Scheibengenerator ohne Rastmoment zum Einsatz kommen. Der Rotor kommt damit schon bei kleinen Luftbewegungen soweit in Schwung und damit nahe an seinen aerodynamischen Arbeitspunkt, dass auch kurze Böen durch eine schnelle Beschleunigung energetisch verarbeitet werden, wo schwergängigere Anlagen gerade erst anfangen sich überhaupt zu drehen. Nachdem die Schwachwinde sehr viel häufiger vorkommen als die Starkwinde (Weibullverteilung) kann hier (vor allem im Binnenland) über das Jahr gesehen einiges an Energie mehr eingesammelt werden und sollte nicht unterschätzt werden. Je nach Anzahl der Wicklungen des Stators und einem geeigneten Regler, kann eine Anpassung in Richtung Stark- oder Schwachwind vorgenommen werden. 


Die Wahl eines einsenlosen Scheibengenerators stellt einen guten Kompromiss her zwischen der Forderung nach einfacher, günstiger und leicht zu replizierender Bauweise und einer zufriedenstellenden Stromausbeute. Größter Nachteil dieser einfachen Bauart sind zunehmend geringere Wirkungsgrade bei hohen Strombelastungen und damit eine geringere Maximalleistung im Vergleich zu industriell produzierten Eisenkern-Generatoren. Im überwiegenden Leichtwindbereich, sind die Unterschiede jedoch eher gering – vor allem wenn die Regelung gut eingestellt ist.


Unter dem Strich punktet die Konstruktion also tendenziell weniger mit kurzzeitigen Spitzenleistungen, als mit kontinuierlichen und ausgewogenen Energieerträgen über möglichst lange Zeiträume, so dass in Zusammenhang mit günstigen Herstellungskosten auch der Preis pro Kwh über die Lebenszeit entsprechend niedrig ist.

 

Sturmsicherung



Um die Konstuktion so einfach und robust wie möglich zu halten, soll eine ausreichende Sturm-Festigkeit idealerweise über ein Kurzschluss- oder Lastwiderstand-System erreicht werden das den Rotor auf eine akzeptable Drehzahl bremst. Sollte sich herausstellen, dass es dennoch zu Überhitzungsproblemen des Generators (insbesondere bei Schwachwindgeneratoren) kommt, könnte die feste Windfahne auch durch eine Seitenfahne erweitert oder durch eine schwenkbare Lösung bzw. ein Furlingsystem ausgetauscht werden, um den Rotor mit zunehmneder Windstärke aus dem Wind zu drehen. 



Open-Source

Aufgrund beschränkter Zeit- und Fertigungskapzitäten, und im Sinne einer starken Energiewende "von unten" durch Kooperation und Vielfalt, stehen die Baupläne der Windturbine für alle frei zur Verfügung. Mit der Bereitstellung der technischen Zeichnungen und Informationen, wird Selbstbauern, Hobbyfräsern und (Klein-)unternehmen die Möglichkeit gegeben, sämtliche Bauteile selbst herzustellen, zu nutzen oder weiterzuverkaufen . Durch den Zukauf von Einzelteilen anderer Hersteller, können somit auch schnell komplette Baugruppen (z.B. der Generator), bis zur kompletten Windkraftanlage zusammengestellt und angeboten werden. Jede Firma, die etwas zum Verkauf anbieten möchte, kann sich in die Firmen-Liste eintragen lassen um Aufträge zu bekommen, bzw. kann darin andere Unternehmen finden, deren Teile sie benötigt. 


Die Vision der Wind-Werkstatt ist, eine selbst organisierende Fertigungsentwicklung in Gang zu setzen, die nicht innerhalb einer begrenzten Firma stagniert, sondern durch mehrere Akteure gestützt und wechselseitig weiterentwickelt wird, ohne großes unternehmerisches Risiko. Die Produktionsfirmen profitieren somit langfristig von höheren Stückzahlen, die Kunden von niedrigeren Preisen, das Projekt von einem höheren Bekanntheitsgrad, die Produkt-Qualität von viel technischem Know-How, und das Klima von weniger CO². 


Diese Idee ist ein offenes Experiment und als freies Angebot bzw. Inspirationsquelle, besonders für kleinere Betriebe und Start-Ups zu sehen. Jede Firma ist dabei in vollem Umfang für ihre angebotenen Produkte selbst verantwortlich.


In diesem Sinne sind die skizzierten (nicht normgerechten) technischen Zeichnungen und Informationen der Baugruppen mit ihren Einzelteilen auch nur als Vorlage zu verstehen und bilden das grundsätzliche und aktuelle Funktionsprinzip ab.


Ideen, Korrekturen, Verbesserungen und Weiterentwicklungen können immer gerne mitgeteilt werden, so dass sich die technischen Informationen ab und zu auch ändern können.