Nutzung der Taguchi-Methode zur Optimierung der Rotorblattgeometrie für eine verbesserte Energieausbeute bei mikro horizontalen Windkraftanlagen mit Gehäuse

Diese numerische Studie nutzte die Taguchi-Methode, um systematisch die Blattgeometrie einer mikro horizontalen Windkraftanlage (HAWT) mit Gehäuse für bewegte Fahrzeuge zu optimieren und den Leistungskoeffizienten zu erhöhen. Drei geometrische Parameter des Rotors, nämlich die Anzahl der Blätter, die Rotorfestigkeit und der Blattwinkel, wurden untersucht. Das optimale Parameterdesign umfasst acht Blätter, eine Rotorfestigkeit von 60 % und einen Blattwinkel von 30°, wobei der Blattwinkel den größten Einfluss auf die Rotorleistung hatte. Dieses Ergebnis bestätigt, dass eine hohe Rotorfestigkeit für mikro HAWTs besser geeignet ist. Der CP,max-Wert, der mit der optimalen Geometrie erreicht wurde, betrug 0,432, was 39,4 % höher war als der Wert, der mit der schlechtesten Blattgeometrie erzielt wurde. Die aerodynamischen Eigenschaften dieser Windkraftanlage wurden ebenfalls untersucht. Im Vergleich zur schlechtesten Blattgeometrie zog der Rotor mit der optimalen Blattgeometrie mehr Luftströmung in das Gehäuse und zeigte einen höheren CP,max, aufgrund eines größeren Druckunterschieds zwischen der windzugewandten und der windabgewandten Seite der Blätter. Die optimale Blattgeometrie erreichte ein CT,max von 0,43, was 38,7 % höher war als bei der schlechtesten Blattgeometrie. Die untersuchten unverdrehten Blätter wiesen nahe ihren Spitzen ein niedriges Drehmoment auf; daher wird empfohlen, gedrehte Blätter zu verwenden, um das am Blattende erzeugte Drehmoment weiter zu erhöhen und somit die Energieausbeute der Turbine zu steigern. Diese Studie erleichtert Einblicke in die Auswirkungen der Blattgeometrie auf die Rotorleistung und trägt zur Verbesserung der Windenergienutzung bei, was zu den Zielen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) wie SDG 7 (bezahlbare und saubere Energie) beiträgt.