Was sind Kleinwindkraftanlagen eigentlich?
Aus dem Inhalt:
Kleinwindkraftanlagen (Kleinwindenergieanlagen oder KWEA) wandeln Windenergie in Strom um. Sie befinden sich in der Regel in unmittelbarer Nähe zu Wohn- oder Geschäftshäusern und sollen diese direkt mit Strom versorgen. Durch diese Einsatzgebiete und gesetzliche Regelungen zur Aufstellung von Windturbinen bieten viele Hersteller Kleinwindkraftanlagen somit bis zu einer Leistung von 20 kW an.
Übrigens: Geht es um die Installation von Windanlagen auf dem freien Feld (Onshore) oder über dem offenen Meer (Offshore) ist das Angebot an Windenergie oft deutlich größer als in urbanen Räumen. Aus Kosten- und Nutzensicht sind Großwindkraftanlagen in diesen Regionen daher oft die bessere Wahl.
Die wichtigsten Bestandteile der Kleinwindkraftanlagen
Genau wie große Windkraftanlagen bestehen auch die kleinen Windturbinen im Wesentlichen aus Rotor, Generator und Wechselrichter.
Der Rotor setzt die Windenergie in eine Drehbewegung um. Er ist heute in verschiedenen Arten erhältlich und lässt sich der Windrichtung meist nachführen. Da Kleinwindkraftanlagen oft in Regionen mit geringeren Windgeschwindigkeiten stehen, ist die Rotorfläche im Vergleich zur Leistung oft höher als bei Großwindkraftanlagen.
Übrigens: Um Schäden durch zu hohe Windgeschwindigkeiten sicher ausschließen zu können, sind Rotoren von Kleinwindkraftanlagen mit einer sogenannten Sturmsicherung ausgestattet. Abhängig von ihrer Bauart lässt sich die Rotorbewegung dabei zum Beispiel durch einen Kurzschluss am Generator abbremsen. Alternativ können sich die Windräder aus dem Wind drehen, ihre Rotoren nach oben umklappen (Helikopter-Regelung) oder ihre Rotorblätter verstellen (Pitch-Regelung). Ohne zusätzliche Technik lässt sich die Sturmsicherung bei Kleinwindkraftanlagen auch mit dem Rotordesign realisieren. Dabei sind die Blätter so gestaltet, dass die Strömung bei zu hohen Windgeschwindigkeiten abreißt.
Der Generator funktioniert einfach beschrieben wie ein Dynamo am Fahrrad. Er ist direkt mit dem Rotor verbunden und wandelt die Bewegungsenergie in Gleichstrom um.
Der Wechselrichter von Kleinwindkraftanlagen hat die gleiche Aufgabe, wie bei der Photovoltaik: Er wandelt den Gleichstrom im Wechselstrom um. Das ist nötig, um die erzeugte elektrische Energie selbst verbrauchen oder in das öffentliche Netz einspeisen zu können.
Darüber hinaus benötigen die kleinen Windkraftanlagen Verbrauchs- und Einspeisezähler für die Abrechnung des selbst erzeugten Stroms. Für die sichere Installation sind außerdem auch spezielle Befestigungssysteme (Masten zur Boden- oder Dachmontage) sowie Blitzschutzsysteme erforderlich.
Übrigens: Vor allem kleine Windanlagen bis zu einer Höhe von 10 Metern lassen sich in vielen Bundesländern ohne besondere Genehmigung aufstellen. Ausnahmen bilden hier lediglich Berlin, Bremen und Niedersachsen.
Arten und Funktion der Windkraftanlagen
Die Arten der Kleinwindkraftanlagen lassen sich nach der Rotor-Konstruktion unterscheiden. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über Bauformen und deren Eigenschaften.
| Art der Kleinwindkraftanlage | Eigenschaften |
|---|---|
| Horizontalachsen-Windturbinen (HAWT) | Wie bei großen Windkraftanlagen drehen sich die Rotorblätter hier um eine horizontale Achse. Um auch bei wechselnden Windrichtungen einen hohen Ertrag zu erzielen, lassen sich die Systeme dem Wind meist nachführen. |
| Vertikalachsen-Windturbinen (VAWT) | Hier drehen sich die Rotoren um eine vertikale Achse. Die Systeme sind vor allem bei Kleinwindkraftanlagen im Einsatz und bieten hier viele Vorteile in Bezug auf Schattenwurf, Geräuschentwicklung und Vibrationen. Nachteilig ist allerdings der geringere Wirkungsgrad. Dieser ist schlechter als bei Horizontalachsen-Windturbinen, da sich die Rotoren auf einem Teil ihres Weges gegen den Wind bewegen. |
| Darrieus-Rotoren | Diese Sonderbauart der Windanlagen besteht aus mindestens zwei halbrund gebogenen Rotorblättern, die an ihren Enden miteinander verbunden sind. Sie drehen sich um eine vertikale Achse und können auch Fallwinde nutzen, um Windenergie in Strom umzuwandeln. |
| Savonius-Rotoren | Diese Bauart besteht aus mindestens zwei halbrunden Flügeln. Sie überlappen einander und drehen sich um eine vertikale Achse. Die Systeme stehen immer optimal im Wind. Sie drehen sich sehr langsam und sorgen für eine geringe Geräuschentwicklung. |
Neben den hier beschriebenen Windturbinen-Arten gibt es heute zahlreiche weitere Sonderbauformen. Diese sollen den Wirkungsgrad vor allem bei kleinen Windgeschwindigkeiten verbessern. Für den Einsatz in urbanen Räumen ermöglichen die speziellen Entwicklungen aber auch einen geringeren Schattenwurf und einen leiseren, vibrationsärmeren Betrieb.
Unser Tipp: Von der Bauart lässt sich nicht direkt auf die Qualität der Kleinwindanlagen schließen. Wer eine solche Anlage kaufen möchte, sollte daher darauf achten, dass Prüfinstitute die Qualität der Produkte bestätigt haben und unabhängige Experten die Kleinwindanlagen für gut befinden. Außerdem sollten die Hersteller bereits Erfahrungen mit Testanlagen sammeln können.
Eine Kleinwindkraftanlage installieren: Ablauf
Wer eine Windkraftanlage auf dem eigenen Grundstück oder seinem Hausdach installieren möchte, muss viele Punkte beachten. Der folgende Ablauf zeigt, worauf es dabei ankommt.
Schritt 1: Den Standort genau prüfen
Damit eine Kleinwindanlage viel Strom erzeugen kann, müssen die Windverhältnisse am geplanten Aufstellort günstig sein. Ob das der Fall ist, zeigt eine professionelle Windmessung. Voraussetzung ist dabei die Windstärke 3 bis 5. Denn erst hier fangen die Anlagen an, elektrische Energie zu erzeugen. Ab diesem Punkt steigt die Leistung mit zunehmender Windstärke bis sie bei Geschwindigkeiten von 10 bis 14 Metern pro Sekunde (Windstärke 6 bis 7) ihr Maximum erreicht. Wie Verbraucher die Windgeschwindigkeit am geplanten Aufstellort überschlägig abschätzen können, zeigt die folgende Tabelle.
| Windstärke | Geschwindigkeit | Bezeichnung | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 bis 0,2 m/s | Windstille | Rauch steigt gerade nach oben; es gibt keine Luftbewegung |
| 1 | 0,3 bis 1,5 m/s | Leiser Zug | auch wenn Rauch aus dem Schornstein leicht abzieht, bewegen sich Windfahnen noch nicht |
| 2 | 1,6 bis 3,3 | Leichte Briese | Windfahnen bewegen sich leicht und der Luftzug ist auf der Haut zu spüren |
| 3 | 3,4 bis 5,4 | Schwache Briese | Blätter rascheln und dünne Zweige bewegen sich |
| 4 | 5,5 bis 7,9 | Mäßige Briese | Wind bewegt Staub und Papier |
| 5 | 8,9 bis 10,7 | Frische Briese | Windgeräusche sind zu höhen und Äste sowie kleine Bäume bewegen sich bereits |
| 6 | 10,8 bis 13,8 | Starker Wind | Wind pfeift an Oberleitungen vorbei und auch starke Äste bewegen sich |
| 7 | 13,9 bis 17,1 | Steifer Wind | Bäume schwanken und der Wind sorgt für einen Widerstand beim Laufen |
| 8 | 17,2 bis 20,7 | Stürmischer Wind | Widerstand beim Gehen ist stark und erste Zweige brechen |
| 9 | 20,8 bis 24,4 | Sturm | Wind bläst die Gartenmöbel um, lässt Äste brechen und sorgt für erste Schäden an Dächern |
| 10 | 24,5 bis 28,4 | Schwerer Sturm | Wind entwurzelt Bäume |
| 11 | 28,5 bis 32,6 | Orkanartiger Sturm | Sturm sorgt für Forst- und Sturmschäden |
| 12 | 32,7 bis 56,0 | Orkan | Wind richtet schwerste Verwüstungen an |
Eine ausführliche Windmessung mit Ertragsprognose kostet samt Technik, Montage und Demontage bis zu 1.500 Euro. Auch wenn die Kosten erst einmal hoch sind, schaffen sie doch Gewissheit. So können Experten frühzeitig abschätzen, ob sich eine Windkraftanlage wirtschaftlich betreiben lässt oder nicht.
Informationen über die Windstärke in einer Höhe von 10 Metern finden Interessierte auch in der Windkarte des Deutschen Wetterdienstes (pdf).
Schritt 2: Kleinwindkraftanlage auswählen
Steht fest, dass der Wind am geplanten Aufstellort für die Kleinwindanlage ausreicht, können Verbraucher mit der Auswahl einer Anlage beginnen. Wir empfehlen dazu die Beratung durch einen erfahrenen Experten. Dieser kann die Situation vor Ort richtig einschätzen und so die passende Technik finden. Zu klären sind dabei Fragen zur Bauart der Anlage, zur Leistung oder zur Art der Installation (Mast oder Dachmontage).
Schritt 3: Die Wirtschaftlichkeit prüfen
Anhand konkreter Produkt- und Standortdaten können Experten nun berechnen, ob sich die Kleinwindkraftanlage wirtschaftlich betreiben lässt. Sie ermitteln also die Kosten und die möglichen Erträge. Außerdem können die Fachleute Maßnahmen vorschlagen, mit denen sich die Eigenverbrauchsrate steigern lässt. Möglich ist das zum Beispiel mit einem Stromspeicher.
Übrigens: Wirtschaftlich ist der Betrieb von Kleinwindanlagen meist nur, wenn Anlagenbetreiber einen großen Teil des selbst erzeugten Stroms auch im eigenen Haus verbrauchen. Auf diese Weise müssen sie weniger Strom einkaufen und sparen mit jeder Kilowattstunde rund 30 Cent. Das Einspeisen der elektrischen Energie ist aufgrund der geringeren Einspeisevergütung von aktuell etwa 8,5 Cent pro Kilowattstunde weniger lukrativ.
Schritt 4: Genehmigungen einholen
Steht die Planung der Windanlage, können Anlagenbetreiber die nötigen Genehmigungen (falls erforderlich) einholen. Gute Hersteller unterstützen sie dabei umfassend.
Schritt 5: Kleinwindkraftanlage kaufen
Nachdem die Vorarbeiten abgeschlossen und alle Fragen beantwortet sind, können Verbraucher eine Kleinwindanlage kaufen. Experten übernehmen die Installation und binden die Technik fachmännisch in die Hausanlage ein. Außerdem kümmern sie sich um den fachgerechten Netzanschluss.
Übrigens: Heute gibt es viele neue Hersteller am Markt für Kleinwindkraftanlagen. Gute Anbieter erkennen Verbraucher dabei an verschiedenen Merkmalen. Zunächst haben die Windanlagen Zertifizierungen (CE-Prüfzeichen) sowie Datenblätter, aus denen Schallemissions- und Leistungswerte hervorgehen (Leistungskurve). Außerdem sollten Hersteller mit Referenzen, sowie Garantieleistungen aufwarten und ihre Kunden bei der Planung unterstützen können.
Lohnt sich eine Windanlage auf dem Dach?
Die Frage nach der Wirtschaftlichkeit einer Kleinwindkraftanlage ist abhängig von den technischen Eigenschaften der Geräte und natürlich auch vom örtlichen Windangebot. Im Vergleich zu großen Windkraftanlagen, die in Höhen von bis zu 100 Metern installiert werden, sind die kleinen Windräder dabei generell im Nachteil. Denn sie befinden sich häufig in Höhen von 10 bis 30 Metern. Das Windangebot fällt hier geringer aus.
Wie für Strom aus BHKW´s oder Photovoltaikanlagen gibt es auch für selbst erzeugten Strom aus Windkraftanlagen eine Einspeisevergütung. Jedoch ist diese, mit aktuell 8,5 Cent je Kilowattstunde so niedrig, dass es sich kaum lohnt, Kleinwindanlagen auf die Einspeisung ins öffentliche Netz auszulegen. Besser ist dabei die Nutzung des selbst erzeugten Stroms in der eigenen Anlage. Denn dann spart jede selbst erzeugte Kilowattstunde etwa 30 Cent, den aktuellen Strompreis des Versorgers.
(Video-Quelle: klein-windkraftanlagen.com)
Allgemeine Aussagen über die Wirtschaftlichkeit der Kleinwindkraftanlagen lassen sich an dieser Stelle nicht geben. Denn die Ergebnisse hängen maßgebend von den örtlichen Bedingungen ab und sollten daher von einem erfahrenen Fachmann berechnet werden.
Kritische Stimmen zu Kleinwindkraftanlagen
Sie werfen störende Schatten, Spiegeln das Licht der Sonne, verursachen viel Lärm und haben generell zu wenig Leistung, behaupten viele Kritiker der Kleinwindanlagen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologien können heute aber bereits viele der aufgeführten Punkte widerlegt werden.
Denn mit speziellen Einstellungen fahren die Anlagen zum Beispiel erst ab einer Mindest-Windgeschwindigkeit an. Da sie dabei sofort eine hohe Drehzahl erreichen, sind sie fast nicht sichtbar und störende Schatten bleiben aus. Zusätzlich sorgen besondere Beschichtungen dafür, dass das Licht der Sonne nicht reflektiert wird.
Auch in Bezug auf die Lärmbelästigung bringen neue Entwicklungen eine Besserung. Beim Kauf einer Kleinwindkraftanlage sollten Verbraucher aber unbedingt darauf achten, dass die vom Hersteller angegebenen Lärmpegel im gesetzlichen Rahmen liegen. Dieser wird durch die TA-Lärm (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm) vorgegeben.
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