Rotorblätter von Windanlagen Eisfrei dank Carbon-Nanotube-Schicht

Das per CNT-Schicht beheizte Areal des Rotorblatts bleibt eisfrei.
Das per CNT-Schicht beheizte Areal des Rotorblatts bleibt eisfrei.

In nördlichen oder hohen Lagen stellen extremen Wetterbedingungen wie tiefe Temperaturen eine Herausforderung für Windkraftanlagen dar: Auf den Rotorblättern bilden sich dünne Eisschichten. Eine spezielle Beschichtung verspricht smarte Abhilfe.

Windkraftanlagen sind häufig extremen Umgebungen und Wetterlagen ausgeliefert. In nördlichen Gebieten oder höheren Lagen kann sich aufgrund der tiefen Temperaturen und frostigen Stürme eine dünne Eisschicht auf den Rotorblättern bilden. Manch einer wird sich denken: Das dürfte doch kein Problem sein. Allerdings verschlechtert sich durch diese Eisschicht das aerodynamische Verhalten der Rotorblätter und die Windkraftanlage produziert weniger Strom. Laut Fraunhofer liegen die durch Vereisung verursachten Leistungseinbußen bei 14 bis 20 Prozent. Zudem entstehen durch das zusätzliche Gewicht und die veränderte Lastenverteilung Umwuchten, sodass die Windräder schneller Schaden nehmen können; herunterfallende Eiszapfen können zu einem Sicherheitsrisiko werden.

Neuer Heizansatz CNT-Beschichtung

Natürlich können die Rotorblätter durch Heizungen Eisfrei gehalten werden, allerdings heizen diese dann gleich das gesamte Blatt, obwohl vielleicht nur einige Bereiche von Vereisungen betroffen sind. Anders das Anti-Eissystem des EU-Projekts »Windheat«. Darin arbeitet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA gemeinsam mit sechs Unternehmen aus vier EU-Ländern  an einem energieeffizientem Eiserkennungs- und Enteisungssystem für Kleinkraftwindlagen.

Für ihr neues System teilen die Forscher das Rotorblatt in verschiedenen Zonen auf, die jeweils mit einer Carbon-Nanotube-Beschichtung (CNT) ausgestattet ist. In jeder dieser Schicht ist ein eigener Eisdetektor integriert. Anne Gerten vom Fraunhofer IPA erklärt: »Unsere Schicht aus Kohlenstoffnanoröhren beheizt nur die Zonen, die tatsächlich vereist sind. Das sind vor allem die Kanten des Rotorblatts.« Diese kleinen Eisdetektoren messen permanent die Temperatur und die Feuchtigkeit an der Oberfläche. Dabei erkennen sie, wann Wasser gefriert. Wird Eis erkannt, wird die das entsprechende Heizelement, sprich: Die CNT-Schicht, eingeschaltet. Sobald kein Eis mehr erkannt wird, schaltet die Heizung ab. Gerten: »Mit der Kombination aus CNT-Schicht und Sensoren können wir gezielt die vereisten Zonen beheizen und zwar dann, wenn es tatsächlich erforderlich ist.«

Mit dieser Enteisungsstrategie möchte die Forscher die Energieeffizienz um mindestens 18 Prozent steigern.