Eule als Vorbild: Spezielle Fächerstruktur macht Windräder fünf Dezibel leiser

Schleiereulen gleiten auf ihren Beuteflügen nahezu lautlos durch die Nachtluft. Verantwortlich dafür sind ihre aufgefächerten Schwingen, die der Vogel permanent neu ausrichten kann. Von diesem Vorbild in der Natur inspiriert, analysierten nun chinesische Wissenschaftler Luftströmung und Geräuschentwicklung an verschiedenen Fächerstrukturen. Auf der Grundlage ihrer Ergebnisse könnten nun Rotorflügel von Windkraftanlagen für einen noch leiseren Betrieb entwickelt werden.

"Heute ist das Design von Rotorblättern schon weit gereift, doch die Reduzierung von Lärm ist immer noch eine Herausforderung", sagt Xiaomin Liu von der Xi’an Jiaotong University. Zusammen mit seinem Kollegen Lei Wang simulierte er im Computer die mehr oder weniger turbulenten Luftströmungen von angeströmten Eulenflügeln. Dabei untersuchten sie verschiedene, wenige Zentimeter große Fächerstrukturen an der Hinterkante der Flügel. Je weniger turbulente Strömungen dort auftraten und je gleichmäßiger die Luftströmung war, desto weniger Geräuschentwicklung war zu erwarten.

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Fünf Dezibel leiser durch spezielle Fächerstrukturen

Ihre Analyse lieferte ein überraschendes Ergebnis: Gleichmäßige Fächerstrukturen mit einer symmetrischen Zackenform können Wirbel und Geräuschentwicklung schon etwas reduzieren. Diese Fächerstrukturen – auch Serrations genannt – werden bereits heute bei einigen Windkraftanlagen angewendet. Doch deutlich besser als diese symmetrische Fächerform wirkten sich asymmetrische Strukturen, bei der eine Kante der Zacken gewölbt und die andere exakt gerade geformt waren. Diese asymmetrischen Fächer in einem Sägezahnmuster reduzierten die Geräusche um 5,47 Dezibel und damit um 3,68 Dezibel stärker als symmetrisch strukturierte Fächer.

Trotz der geringen Dezibelwerte kann dieser Unterschied durchaus relevant sein, da eine Steigerung von zehn Dezibel in etwa einer Verdoppelung der vom Menschen wahrgenommene Lautstärke entspricht. Nun schlagen Liu und Wang vor, das Design der Hinterkanten von Rotorblättern und genauer die Serrations noch einmal zu optimieren, um die Lärmentwicklung von Windkraftanlagen weiter zu reduzieren. Denn gerade beim angestrebten Ausbau der Windkraft in Deutschland auf bis zu zwei Prozent der Fläche werden die Abstände zwischen Windrad und Häusern nicht immer sehr groß sein können. So besteht die Chance, mit etwas leiseren Windkraftanlagen die Akzeptanz dieser Kraftwerke in der Bevölkerung weiter zu sichern.

(jle)