Strom aus Windkraft
Grundlegend für die Stromerzeugung aus Windkraft bzw. Windenergie ist das Vorhandensein von Wind. Die Bezeichnung ‚Wind‘ beschreibt im Allgemeinen bewegte Luftmassen innerhalb der Atmosphäre. Demzufolge ist die Windenergie die kinetische bzw. Bewegungsenergie der bewegten Luftmassen. Da die Bewegungen der Luftmassen indirekt durch die Sonne hervorgerufen werden, gilt die Windenergie als eine indirekte Form der Sonnenenergie und kann den erneuerbaren Energien zugeordnet werden. Die gebräuchlichste Form der Windenergienutzung erfolgt mit Hilfe von Windrädern.
Entstehung
Wind sowie die Energie des Windes entstehen durch den Ausgleich der Druck- und Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Luftmassen. Durch die Ausgleichsbestrebungen geraten die Luftmassen in Bewegung. Denn aufgrund der Tatsache, dass die Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche, die nicht gleichmäßig gestaltet ist, verschiedene Temperaturen hervorruft, erfolgt eine differenzierte Erwärmung der Atmosphäre sowie der Luft- und Wassermassen. Infolge der unterschiedlichen Erwärmungstendenzen entstehen neben den Temperatur- auch Druckunterschiede. Begünstigt werden die Unterschiede zudem durch die Einteilung der Erde in eine Tag- und eine Nachtseite.
Des Weiteren ist die Sonneneinstrahlung in Äquatornähe größer als an den Polen, so dass dort höhere Temperaturen zu verzeichnen sind. Die Unterschiede führen zu einer Ausgleichsbewegung der Luftmassen. Das bedeutet, die Luftmassen geraten nicht nur zwischen den Polen und dem Äquator sowie zwischen der jeweiligen Tag- und Nachtseite der Erde in Bewegung, sondern auch zwischen Land- und Wassergebieten, da diese sich ebenfalls unterschiedlich stark und schnell erwärmen. Die Verwirbelung der Luftmassen wird durch die Rotationsbewegung der Erde ebenfalls verstärkt. Jahreszeitliche Luftströmungen werden durch die sogenannte Schiefstellung der Rotationsachse der Erde zur Ebene hervorgerufen. Die Ebene wiederum entsteht durch die Bahn, die die Erde bei der Umkreisung der Sonne nutzt.
Aufgrund der verschiedenen Luftströmungsbewegungen entwickeln sich sowohl Hochdruck- als auch Tiefdruckgebiete. Ein Hochdruckgebiet ist eine Luftmasse über Grund, die horizontal durch einen im Vergleich zur Umgebungsluft höheren Luftdruck gekennzeichnet ist. Tiefdruckgebiete hingegen weisen einen niedrigeren Luftdruck als die Umgebungsluft auf. In der Folge kommt es zu Ausgleichsbewegungen der verschiedenen Luftdruckmassen, so dass sich infolge der Vermischung der ‚Normaldruck‘ einstellen kann. Die Bewegung der Luftmassen erfolgt immer von einem Hoch- zu einem Tiefdruckgebiet. Die Bewegungsrichtung der Luftmassen ist zudem durch die Corioliskraft bestimmt, welche sich ebenfalls aus der Drehbewegung der Erde ergibt. Durch den Einfluss der Corioliskraft bewegen sich die Luftmassen nicht gradlinig zu ihrem Ziel, sondern beschreiben eine Rotationsbewegung innerhalb ihres Bezugssystems. Auf der Nordhalbkugel erfolgt aus diesem Grund eine Ablenkung der Luftmassen nach rechts. Durch die Ablenkung wird zusätzlich die Drehbewegung der jeweiligen Hoch- und Tiefdruckgebiete bestimmt. Da zwischen den Wirbeln auf der Nord- und Südhalbkugel entgegengesetzte Drehbewegungen zu verzeichnen sind, bewegen sich die Luftmassen auf der Südhalbkugel, hervorgerufen durch die Corioliskraft, nach links.
Das heißt, auf der Rechtshalbkugel bewegen sich die Luftmassen entgegen des Uhrzeigersinns in ein Tiefdruckgebiet hinein und mit dem Uhrzeigersinn aus einem Hochdruckgebiet heraus. Auf der Südhalbkugel beschreiben die Luftmassen, ausgehend von den bisherigen Erklärungen, eine Drehbewegung mit dem Uhrzeigersinn in ein Tiefdruckgebiet hinein und entgegen des Uhrzeigersinns aus einem Hochdruckgebiet hinaus. Diese Erklärung beruht jedoch auf einem, von oben aus dem Weltall, auf die Bewegungstendenzen der Luftmassen gerichteten Blick.
Einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf die Entstehung von Winden haben lokale Faktoren. Land und Wasser erwärmen sich unterschiedlich, so dass Wind entsteht. Im Detail bedeutet dies, dass sich das Land tagsüber schneller erwärmt als das Wasser. In der Folge entstehen Druckunterschiede, die tagsüber für einen Wind sorgen, der sich vom Wasser auf das Land bewegt. In der Nacht kühlt das Wasser jedoch langsamer ab als die Landmassen, so dass die nächtlichen Druckunterschiede zu einem Wind führen, der sich von den Landmassen hin zum Wasser bewegt.
Vor allem an Küstengebieten entstehen häufig starke und regelmäßige Winde, da dort wenig natürliche Erscheinungen vorhanden sind, die zu einer Abbremsung führen können. Vor allem über Gewässern können sich Winde uneingeschränkt entwickeln. Faktoren, die die Luft- bzw. Windströmungen beeinflussen können entweder natürliche Erscheinungen wie Berge oder künstlich angelegte Barrieren, wie beispielsweise Städte, sein. In der Folge kann es zu Düsen- oder Kapeffekten kommen.
Des Weiteren haben die landschaftlichen Gegebenheiten einen enormen Einfluss auf die Windstärke in den unteren Luftschichten. Sind verschiedene sogenannte Rauigkeiten, Unebenheiten in der Oberflächenbeschaffenheit, vorhanden, wirken sich diese negativ auf die Windstärke aus. Das heißt, je mehr Rauigkeiten zu verzeichnen sind, desto stärker ist die Reibung des Windes an der Erdoberfläche und desto geringer wird die Windstärke. Als Rauigkeiten werden unter anderem Wissen, Bäume, Gewässer oder auch Gebäude bezeichnet. Trifft der Wind also beispielsweise auf ein Haus, dann nimmt die Geschwindigkeit, abhängig von der Höhe über dem Boden, ab.
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