Versuche: Windkraft

• Durch einen Adapter kann man ein Glühbirnchen (z.B. 3,5V/0,2A) anschließen. http://youtube.com/shorts/gmz1rDaAwwY
• Alternativ kann man ein Voltmeter anschließen http://youtube.com/shorts/LPuZ2XZ93KE
• Dabei wird auch deutlich, dass das Windrad durchaus Lärm erzeugt und fest am Boden verankert werden muss

• Misst man die Höhe (Fuß zu Spitze=85cm) und vergleicht das Windrad mit einem mittelgroßen Windrad von 170m Höhe, so erhält man einen Maßstab von 1cm ≙ 2m. Die Schüler herausfinden, dass eine kleine Spielfigur einen Menschen entspricht und eine Streichholzschachtel einem Haus. Passend zum AB Windausbau kann hier auch an die Wartung eines Windrads und die entstehenden Berufsbilder angeknüpft werden.
• Nun können typische Abstandsregel, wie die in Bayern 8 Jahre lang gültige 10H Regel im korrekten Maßstab nachgestellt und beurteilt werden.
• Mit einer Handytaschenlampe kann man den Sonnenverlauf nachspielen und beobachtet, dass die tatsächlich unangenehmen Schlagschatten nur in Ost-West-Richtung über weitere Abstände entstehen. Kreisförmige Abstandsregelungen sollen daraufhin hinterfragt und Alternativen benannt werden.
• Man kann das Windrad natürlich auch im Freien nutzen

Bei üblichen Onlinehändlern kann man geeignete Sets an Solarmotoren mit verschiedenen Rotoren zum Wechseln kaufen.

Die Schüler sollen messen, welcher Rotor die meiste Leistung bewirkt bei gleicher Windstärke. Dazu wird ein Fön oder eine Windmaschine mit festem Abstand gehaltert und dann die Spannung über einem Lämpchen oder die Leistung gemessen. Überraschend ist, dass die Werte massiv abweichen und die Form der Rotorblätter und nicht deren Anzahl entscheidend ist.

Nun wird ein fester Rotor gewählt und stattdessen die Stärke des Föns und die Winkel unter dem der Wind einströmt variiert. Man kann hier auch gut digitale Messsysteme einsetzen und sieht schön die Änderungen der Verläufe. Hier ist ein Leistungsmessgerät der Spannungsmessung eindeutig überlegen.

Besitzt man einen Windmesser, so kann man zeigen, dass die Leistung in etwa kubisch mit der Windgeschwindigkeit ansteigt.  Auch wenn die Windgeschwindigkeit nur um den Faktor 1,2 steigt, verdoppelt sich fast die Leistung. Bei der Spannung ist er Effekt natürlich kaum zu sehen, da P∼U² gilt.

Hält man zwischen Generator und Fön einen weiteren Generator mit Rotor so sieht man deutlich, wie die Leistung des ursprünglichen Generators abnimmt, selbst wenn der zweite Rotor nur ganz am Rand den Luftstrom stört und sich weiterhin beide Rotoren drehen.

Als Handversuch bietet sich auch dieses Windrad an, dass schon mit LED geliefert wird und man einfach durch Anpusten betreiben kann.

• Eine schöne Animation liefert dieses Video Windkraftanlage - Aufbau und Funktion (3D-Animation)
• Sehr schönes Hintergrundwissen, mit einer schönen Animation in der Mitte die auch das Verständnis für den Zylinder beinhaltet ist

So funktioniert eine Windkraftanlage Prof Quaschnig

Weitere Links

Ein komplettes Unterrichtsprojekt findet man hier  https://www.umwelt-im-unterricht.de/medien/dateien/standortplanung-einer-windenergieanlage