Oben links (grün): Experimenteller Aufbau in der Klimakammer mit Rotorblattabschnitt, Infrarotkamera und den wesentlichen Eingangsgrößen. Oben rechts (blau): COMSOL-FEM-Modell mit geometrischem Blattmodell und Randbedingungen (Temperaturtransienten, Materialeigenschaften). Unten: Gegenüberstellung von gemessenem Thermogramm (links) und FEM-Simulation (rechts) nach 85 Minuten Aufheizung mit 2 K/h; der Doppelpfeil kennzeichnet den qualitativen Vergleich beider Datensätze.
Quelle: BAM
Windenergie spielt eine zentrale Rolle in der globalen Energiewende – doch mit dem wachsenden Bestand an Windkraftanlagen steigt auch der Bedarf an zuverlässigen und effizienten Methoden zur Inspektion von Rotorblättern. Rotorblätter sind aus verschiedenen Verbundwerkstoffen gefertigt, und das Erkennen innerer Schäden oder Strukturfehler von außen ist technisch anspruchsvoll.
Die passive Infrarot-Thermografie ist ein vielversprechendes Verfahren: Sie nutzt, im Gegensatz zur aktiven Thermografie natürliche Temperaturschwankungen – etwa den Tag-Nacht-Wechsel oder Wetterumschwünge – um Unterschiede im Aufwärmen und Abkühlen verschiedener Materialien und Strukturen sichtbar zu machen. Aus der gemessenen Oberflächentemperatur können anschließend Informationen über die innere Struktur oder Defekte abgeleitet werden. Forschende der BAM haben einen Abschnitt eines ausgedienten Rotorblatts in einer Klimakammer untersucht. Der Blattabschnitt wurde zum Erwärmen und Auskühlen kontrollierten klimatischen Bedingungen ausgesetzt, während eine Infrarotkamera die Oberflächentemperatur kontinuierlich aufzeichnete. Parallel wurde das Experiment mit einem Finite-Elemente-Modell (FEM) in der Software COMSOL Multiphysics simuliert. Die Klimakammer bot erstmals eine vollständig kontrollierte Umgebung – frei von Sonnenstrahlung, Wind und anderen thermischen Störgrößen.
Der Vergleich von Messung und Simulation zeigt eine gute Übereinstimmung: Das Modell beschreibt das Temperaturverhalten der Blattoberfläche sowie das Entstehen und Verschwinden thermischer Kontraste korrekt. Geringe Abweichungen konnten auf Inhomogenitäten in der Klimakammer und die Messungenauigkeit der Kamera zurückgeführt werden.
Die Studie zeigt erstmals, dass thermografische Inspektion von Windturbinenblättern auch ohne Sonnenlicht Sinn ergeben – vorausgesetzt, die Lufttemperatur ändert sich relativ gleichmäßig um mindestens 1° C über eine Stunde. Das validierte Modell bildet die Grundlage für zukünftige Simulationen unter realistischen Bedingungen im Freien mit Sonnenstrahlung, bewölktem oder klarem Himmel und Wind.
Modeling Temperature Responses of a Wind Turbine Blade Section Under Climate Chamber Conditions – Part 1: Challenges for FEM Simulations.
Chaudhuri, S., Krankenhagen, R., Lapšanská, I., & Stamm, M.
Wind Energy, 2026