Simuliert im Zeitraffer die Umweltbedingungen: der Regenerosionsprüfstand am Fraunhofer IWES.
Regenschutz für Rotorblätter
Windenergieanlagen sind ein wichtiges Element auf dem Weg zur Klimaneutralität. Schon jetzt sind sie größter Stromerzeuger in Deutschland – sowohl an Land als auch Offshore in Nord- und Ostsee.
Erosionsschäden minimieren
Gerade auf dem Meer sind die Oberflächen der Rotorblätter extrem starken Belastungen ausgesetzt, so dass ein entsprechender Schutz umso wichtiger ist. „Das gilt insbesondere für die Vorderkanten und die Blattspitzen, die sich durch die Drehung bis zu 350 Stundenkilometern schnell bewegen“, sagt Stefan Krause, Infrastruktur-Manager am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES. Umso heftiger ist der Aufprall von Regentropfen, was die Oberfläche zunehmend rauer macht – und damit Sonnenstrahlen und Meersalzen eine Angriffsfläche bietet. „Selbst minimale Erosionsschäden können die Aerodynamik der Blätter und damit die Leistung der Anlage reduzieren.“ Das ist bei einem Element nicht wirklich tragisch, in Summe kommt da jedoch einiges zusammen: „Zurzeit befinden sich circa 1500 Windenergieanlagen in der deutschen Nord- und Ostsee. Würden die Rotorblätter dauerhaft beschädigt sein, ginge dies mit relativ hohen Ertragseinbußen einher“, sagt Stefan Krause. „Und der Betrieb von Offshore-Anlagen soll in Zukunft ja noch erweitert werden.“
Durch Regen verursachte Beschädigungen eines Rotorblattes.
Ab unter die Dusche
Der beste Schutz für die Rotorblätter gegen schädliche Umwelteinflüsse ist eine Verbesserung des Materials. Um mehr darüber herauszufinden, gibt es seit elf Jahren einen speziellen Prüfstand im Technikum des Fraunhofer IWES in Bremerhaven, der den Grad der Beschädigung durch Regenerosion simuliert – und das Szenario mit verschiedenen Beschichtungen und „Wetterbedingungen“ durchspielt. Für den Prüfkörper geht es unter eine überdimensionierte Dusche. In der Kammer werden im Zeitraffer die Belastungen dargestellt, so dass die Auswirkungen deutlich sichtbar werden „Während der Prüfung scannt ein laserbasiertes Inspektionssystem die Oberfläche des Prüfkörper und dokumentiert selbst winzige Veränderungen am Material. So können wir die Schädigungsmechanismen besser verstehen.“
Windenergie in Zahlen
Nach Angaben des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie erzeugten 2025 Offshore-Anlagen in Nord- und Ostsee rund 26,5 Terawattstunden (TWh) Strom, Windkraftanlagen an Land rund 107,4 – bei einem Gesamtverbrauch in Deutschland von rund 460 Terawattstunden. Laut Fraunhofer-Institut war die Windkraft stärkster Nettostromerzeuger, gefolgt von der Photovoltaik, die ihre Produktion um 21 Prozent steigerte und somit erstmals die Braunkohle überholte. Und die Ausbauziele für Windenergie auf See sind hoch: 30 Gigawatt Leistung bis 2030, 40 Gigawatt bis 2035 und 70 Gigawatt bis 2045. Zum Ende des ersten Halbjahres 2025 waren 1674 Offshore-Windenergieanlagen mit einer Leistung von rund 9,7 Gigawatt in Betrieb.
Neue Werkstoffe
Das Ziel dieser Forschungen: Produkte mit mehr Haltbarkeit und verbesserte Reparaturkonzepte entwickeln. Mit verantwortlich dafür ist MARiLEP, das von Fraunhofer IFAM koordinierte und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte „Verbundprojekt für Material und Reparaturinnovationen für Offshore Leading-Edge-Protection Systeme“. Aktuell verwenden Hersteller von Rotorblättern Lacke und Folien, die entweder elastisch oder hart sind und somit den Einfluss des Regentropfens auf die Oberfläche reduzieren. Im Forschungsprojekt arbeiten das Fraunhofer IFAM und das Fraunhofer IWES gemeinsam mit weiteren Industriepartner an neuen Schutzmechanismen: metallische Kappen inklusive Blitzschutz oder selbstheilende Lacke mit mikroverkapselten, in die Beschichtung eingearbeiteten Wirkstoffen. Denn nicht zu vergessen, auch die Kosten zur Schadensregulierung sind alles andere als gering: Ein Reparatureinsatz auf hoher See kostet 20 000 Euro pro Tag.
