Um Windkraft als Energiequelle zu nutzen, sind nicht immer riesige Propeller nötig. Shashank Priya von der Universität Texas in Arlington hat ein Mini-Windrad mit nur zehn Zentimeter Durchmesser entwickelt. Das kann kleine Geräte mit Strom versorgen. (Applied Physics Letters, Bd. 87, 18410, 2005).
Allerdings wäre eine herkömmliche Turbine in dieser Größe sehr wenig effizient – sie würde nur ein Prozent der Windenergie in Strom umwandeln. Das Mini-Windrad aus Arlington nutzt daher ein anderes Prinzip: Eine am Windrad befestigte Nockenwelle verbiegt beim Drehen piezoelektrische Kristalle. Die mechanische Deformation des Kristalls verursacht eine elektrische Oberflächenladung, die als Strom genutzt werden kann. Die ständige Verformung sorgt auch dafür, dass bei den kleinen Dimensionen kein starker Abrieb an der speziell beschichteten Achse entsteht. Das Mini-Windrad nutzt so 18 Prozent der Windenergie zur Stromerzeugung. Dieser Wirkungsgrad entspricht etwa dem großer Windturbinen.
Schon bei einer milden Brise mit einer Windgeschwindigkeit von 16 Kilometern pro Stunde erzeugt das Windrad eine elektrische Leistung von 7,5 Milliwatt. Das reicht zum Beispiel, um kleine Sensoren mit Strom zu versorgen, mit denen Geologen die seismische Aktivität von Bergen beobachten. Diese Messgeräte stehen miteinander per Funk in Verbindung; sie mussten bislang aufwändig mit Stromkabeln oder Solarzellen betrieben werden. Das neue Mini-Windrad kostet nur 20 Dollar, läuft wartungsfrei und liefert auch – und gerade – bei schlechtem Wetter Energie. Je nach Anzahl der Kristalle lässt sich auch noch mehr Energie herausholen – bis zu 50 Milliwatt bei gleicher Windstärke. Für noch kleinere Anwendungen hat Shashank Priya einen Prototypen entwickelt, der nur einen halben Zentimeter misst.
Aus den Piezokristallen möchte Priyas Team nun auch tragbare Radio- und CD-Spieler entwickeln, die durch die Bewegung durch Gehen, Laufen oder Fahrradfahren mit Strom versorgt werden. Und implantierte Insulinpumpen könnten von den Vibrationen des Herzschlags angetrieben werden.

Andreas Grote

Ahhoz, hogy a szél erejét energiaforrásként hasznosítsuk, nincs szükség óriási propellerekre. Shashank Priya, az arlingtoni Texas Egyetem munkatársa olyan, mindössze 10 cm átmérojû mini-szélkereket fejlesztett ki, amely képes kisméretû mûszereket árammal ellátni.(Applied Physics Letters, Bd. 87, 18410, 2005).
Hasonló méretû hagyományos turbina a szél energiájának mindössze egy százalékát tudná árammá alakítani. Az arlingtoni mini-szélkerék mûködési elve azonban más: egy, a kerékre erõsített bütyök forgás közben piezoelektromos kristályokat hajlít meg. A deformáció következtében a kristályok felületén elektromos töltés keletkezik, amely áramként hasznosítható. Az állandó deformációnak köszönhetõen ilyen méretek mellett a speciális bevonattal ellátott tengely kopása minimális. Így a mini-szélkerék a szélenergia 18 százalékát képes áramfejlesztésre fordítani. Ez nagyjából megfelel a hagyományos, nagy méretû szélturbinák teljesítményének.
A mini-szélkerék már 16 km/h –s szellõ esetén is 7,5 Milliwatt teljesítményre képes. Ez elegendõ például ahhoz, hogy olyan kisméretû érzékelõket lásson el árammal, amelyek segítségével geológusok megfigyelhetik a hegyek szeizmikus aktivitását. Ezek a mérõmûszerek rádiókapcsolatban állnak egymással, áramellátásukat eddig költséges kábelek vagy napkollektorok biztosították. Az új mini-szélkerék ára mindössze 20 dollár, nem igényel karbantartást, és rossz idõben is – sõt leginkább olyankor – termel energiát. A kristályok számától függõen még több energia termelhetõ, akár 50 Milliwatt is, változatlan szélerõ mellett.
Shashank Priya kifejlesztett egy mindössze 0,5 cm átmérõjû prototípust is, amely még kisebb méretû mûszerek áramellátását biztosíthatja.
A piezokristályok alkalmazásával Priya és munkatársai szeretnének olyan hordozható rádió-és CD-lejátszókat kifejleszteni, amelyek áramellátását a járás, futás vagy éppen a kerékpározás közbeni mozgás biztosítaná. A szervezetbe beültetett inzulinpumpákat pedig a szívverés által keltett véráramlás hozná mûködésbe.

Übersetzung: Dibusz Anikó