Немцы разработали лучшую лопасть для компактных ветрогенераторов — КПД близок к теоретическому пределу

Немецкие исследователи из Института прикладных исследований полимеров им. Фраунгофера (IAP) в сотрудничестве с компанией BBF Group разработали революционную миниатюрную ветряную турбину, открывающую путь к децентрализованной возобновляемой энергетике. Эта компактная система сочетает передовую аэродинамику и технологии производства на основе волокнистых композитных материалов, позволяя эффективно генерировать электричество даже при слабом ветре.

В отличие от традиционных малых турбин, требующих для запуска скорости ветра около 4 м/с, новая модель начинает вращение уже при 2,7 м/с, что делает её идеальной для регионов с нестабильными ветровыми условиями, таких как Берлин-Бранденбург. Разработчики подчёркивают: «Наша цель — максимально эффективно использовать энергию ветра для выработки электроэнергии».

Испытания в аэродинамической трубе продемонстрировали выдающиеся характеристики турбины: она достигает скорости вращения 450 об/мин и выдаёт мощность до 2500 Вт при скорости ветра 10 м/с, что на 83 % превышает показатели аналогичных систем на рынке. Коэффициент полезного действия (КПД) составляет 53 %, приближаясь к теоретическому пределу Беца в 59 %. Кроме того, общий вес турбины снижен на 35 % благодаря облегчённой конструкции ротора, что повышает её мобильность и снижает затраты на установку, подталкивая конечных потребителей и предпринимателей брать технологию на вооружение.

Секрет успеха заключается в необычных лопастях ротора, изготовленных из волокнистых композитных материалов в виде двух полых оболочек без пенопластовой сердцевины. Производство осуществлялось с помощью промышленного 3D-принтера с рабочим полем 2 × 2 м и системы автоматизированного размещения волокон (AFP), которая обеспечила точную укладку волоконных полос с последующим затвердеванием смолами.

Автоматизированный процесс минимизировал дефекты, снизил вес и позволил создать компактные компоненты. Многослойная структура лопастей сделала их эластичными: во время штормовых ветров они изгибаются таким образом, что автоматически замедляют вращение, защищая установку от разрушения без всяких систем аварийного отключения или стабилизации.

Разработчики изготовили пять прототипов новой турбины и передали их в BBF Group для полевых испытаний на разных участках и в различных условиях, чтобы оценить влияние высоты подъёма турбин и их местоположения на производительность. В будущем команда планирует доработать роторы, перейдя к перерабатываемым мономатериалам для повышения экологичности. Этот проект не только демонстрирует потенциал волокнистых композитов для повышения прочности и долговечности малых турбин, но и подчёркивает роль инноваций в создании индивидуальных решений для децентрализованной энергетики, способствуя снижению зависимости от ископаемых источников.