Windrad für zuhause: Strom erzeugen via Kleinwindkraftanlage

Die unterschiedlichen Arten von Windkraftanlagen

Am häufigsten ist hierzulande das horizontale Windrad mit einem dreiblättrigen Rotor. Dies begründet sich damit, dass diese Art der Windkraftanlage eine sehr hohe Leistungseffizienz und Lebensdauer aufweist. Eine entsprechende Windkraftturbine verfügt über Rotorblätter mit aerodynamisch optimiertem Flügelprofil. Dieses trägt nicht nur zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei, sondern verringert gleichzeitig die Lärmemissionen. Besonders große Windräder kommen auf einen Rotordurchmesser von mehr als 100 Metern.

Deutlich seltener sind Windkraftanlagen mit vertikalen Drehachsen wie Savonius-Rotoren oder Darrieus-Rotoren. Gegenüber dem Dreiblattrotor mit horizontaler Achse kommt eine vertikale Windkraftanlage jedoch nur auf einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad.

Darüber hinaus lassen sich Bauformen mit und ohne Generator voneinander unterscheiden. Die begrenzte Drehzahl der Rotoren machte es vor allem bei älteren Windkraftanlagen nötig, ein mechanisches Getriebe einzubauen, damit der Generator mit einer ausreichend hohen Drehzahl laufen kann. Der Einsatz von Getrieben verursacht jedoch Verschleiß und Reibungsverluste. Aus diesem Grund wurden Windkraftanlagen entwickelt, die ohne Getriebe auskommen und bei denen der Generator direkt angetrieben wird. Dadurch sinken sowohl die Energieverluste als auch der Wartungsaufwand.

Offshore und Onshore

Es ist außerdem zu unterscheiden zwischen Offshore und Onshore-Windkraftanlagen. Erstere erzeugen Strom im Küstenvorfeld der Meere, letztere an Land. Der bauliche Aufwand für Offshore-Anlagen ist zwar höher, wird aber über eine deutlich höhere Anzahl an Volllaststunden gegenüber den auf dem Festland zu findenden Onshore-Anlagen kompensiert.

Die Leistung der Windräder

Die durch ein Windrad erzielte Leistung wächst proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Bei doppelter Geschwindigkeit nimmt die Leistung also bereits um das Achtfache zu. Ein großes Windrad moderner Bauart kann eine Leistung von mehreren Megawatt erreichen.

Fällt die Windgeschwindigkeit unter zwei Meter je Sekunde, setzt die Energieerzeugung komplett aus. Weht der Wind hingegen zu stark, muss die Anlage zum Schutz vor Beschädigungen abgeschaltet werden. Ein modernes Windrad kann durch eine Effizienzverringerung allerdings auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten mit der höchstzulässigen Maximalleistung laufen. Lediglich bei Orkanen ist es notwendig, die Windkraftturbine abzuschalten.

Der Wirkungsgrad der Windräder

Der Wirkungsgrad eines Rotors wird auch als Leistungsbeiwert bezeichnet. Er beschreibt das Verhältnis zwischen der einströmenden Windenergie und der daraus gewonnenen elektrischen Leistung. Die theoretische Obergrenze des erzielbaren Wirkungsgrades wird durch den Betzschen Leistungsbeiwert angegeben, der bei 59,3 Prozent liegt.

Die derzeit effizientesten Windkraftanlagen kommen auf Werte von annährend 50 Prozent. Das bedeutet zugleich aber auch, dass das physikalisch Mögliche schon fast abgeschöpft ist. Weitere Optimierungsmaßnahmen zielen deswegen in erster Linie darauf ab, diesen Wirkungsgrad in einem breiteren Spektrum an Windgeschwindigkeiten zu erzielen, was sich durch eine variable Rotordrehzahl erreichen lässt.

Kleinwindkraftanlagen: Mini-Windräder für Endverbraucherinnen und Endverbraucher

In der Vergangenheit wurde Windstrom ausschließlich mithilfe großer Anlagen erzeugt. Seit einiger Zeit gibt es aber auch einige Unternehmen, die Mini-Windkraftanlagen für die private Nutzung anbieten. Das Design eines solchen Windgenerators kann jedoch sehr unterschiedlich ausfallen. Im Handel lassen sich sowohl Ausführungen mit horizontaler Drehachse als auch als vertikale Windkraftanlage konzipierte Modelle finden.

Als Mini-Windkraftanlage gelten im Allgemeinen alldiejenigen Windräder, die eine Leistung von 100 Kilowatt nicht überschreiten. Der Bundesverband Windenergie – der Fachverband der Windenergieindustrie – unterscheidet darüber hinaus zwischen:

• Mikrowindanlagen (maximal 5 Kilowatt Leistung)
• Miniwindanlagen (maximal 30 Kilowatt Leistung
• Mittelwindanlagen (maximal 100 Kilowatt Leistung)

Wieviel Strom produziert ein Windrad im Eigenheim?

Wie viel Strom ein Windrad im Garten oder auf dem Hausdach pro Jahr produziert, lässt sich nicht pauschalisieren. Der Ertrag hängt sehr stark vom Standort und der Windstärke beziehungsweise -verteilung ab. Erfahrungen zeigen jedoch, dass ein Kilowatt Leistung jährlich rund 800 bis 1.000 Kilowattstunden Windstrom einbringt.

Verfügt eine Kleinwindkraftanlage beispielsweise über eine Nennleistung von 1,5 Kilowatt, kann die Menge des erzeugten Stroms in Jahren mit guten Windverhältnissen bei über 2.000 Kilowattstunden liegen, in schlechten Jahren dagegen nur bei ungefähr 500 Kilowattstunden. In städtischen Gebieten fällt der Stromertrag zudem niedriger aus als in ländlichen Gegenden.

Neben robusten Mini-Kraftwerken werden aber auch einfache Hobby-Anlagen vertrieben, die zwar günstig in der Anschaffung sind, jährlich aber nur rund 100 bis 200 Kilowattstunden Windstrom produzieren. Außerdem gelten entsprechende Anlagen als recht fehleranfällig und wenig sturmsicher.

Wo sollte ein privates Windrad am besten montiert werden?

Damit die Mini-Windkraftanlage die größtmögliche Menge an Strom produziert, sollte sie möglichst hoch und frei montiert werden. Daher scheidet das Hausdach als Anbringungsort in den meisten Fällen aus. Zum einen weht der Wind in Höhen unter zehn Metern meist nicht ausreichend. Zum anderen können Verwirbelungen und Nachbargebäude den Stromertrag senken. Außerdem kann ein Windrad auf dem Eigenheim störende Geräusche und Vibrationen nach sich ziehen.

In der Regel empfiehlt es sich, eine Kleinwindkraftanlage auf einem hohen Mast zu montieren. Dieser sollte optimalerweise auf einer freien Wiese oder in Höhen- beziehungsweise Hanglage stehen.

Vor- und Nachteile von Kleinwindkraftanlagen

Für Verbraucherinnen und Verbraucher ist vor allem von Vorteil, dass die Stromkosten durch die selbstproduzierte Windenergie sinken. Wenn die Mini-Windkraftanlage im Jahr beispielsweise 500 Kilowattstunden Strom erzeugt, fällt die Jahresendabrechnung des Energieanbieters bei einem Preis von 40 Cent je Kilowattstunde rund 200 Euro niedriger aus. Wer sich ein Windrad fürs Eigenheim anschafft, produziert zudem grünen Ökostrom, verbessert damit also auch die persönliche CO2-Bilanz.

Ein wesentlicher Nachteil sind die hohen Anschaffungskosten. Diese liegen bei rund 5.000 Euro pro Kilowatt Leistung. Für ein Mini-Windrad mit einer Nennleistung von 2,5 Kilowatt ergeben sich beispielsweise Kosten in Höhe von circa 12.500 Euro.

Darüber hinaus gibt es weitere Risiken, die sich als problematisch erweisen können. Einerseits besteht die Gefahr, dass sich Nachbarn durch die Betriebsgeräusche des Windrades gestört fühlen. Andererseits kann es passieren, dass die Erträge deutlich niedriger ausfallen als erwartet.

Windrad für zuhause – lohnt sich das?

Ob die Anschaffung eines kleinen Windrades lohnend ist, hängt vor allem vom Standort beziehungsweise den dortigen Windverhältnissen ab. Bebaute Gebiete erweisen sich aufgrund umstehender Gebäude und Bäume für gewöhnlich als ungünstig. Sinnvoll ist ein Mini-Windgenerator nur an einem sehr gut geeigneten Standort und wenn die erzeugte Energie selbst genutzt wird. Bis sich die Investition amortisiert, dürften jedoch auch in einem solchen Fall rund zehn bis 15 Jahre vergehen.

Voraussetzungen: Worauf Sie bei der Planung eines privaten Windrades achten sollten

Wer ein Windrad im Garten oder auf dem Dach betreiben möchte, muss die Energieerzeugungsanlage sowohl beim Netzbetreiber als auch bei der Bundesnetzagentur anmelden. Es empfiehlt sich zudem, die Mini-Windkraftanlage in eine eventuell vorhandene Gebäude- beziehungsweise Haftpflichtversicherung zu integrieren.

Zusätzlich benötigen Sie unter Umständen eine Baugenehmigung für das Windrad. Anlagen mit einer Höhe von weniger als zehn Metern dürfen in den meisten Bundesländern ohne Genehmigung errichtet werden. Genehmigungspflichtig sind entsprechende Mini-Windkraftanlagen lediglich in Berlin, Bremen und Niedersachsen. Ist das Windrad höher als zehn Meter, ist überall in Deutschland eine Genehmigung erforderlich. Baurechtliche Vorschriften – etwa der Abstand zum Nachbargrundstück – müssen allerdings so oder so eingehalten werden.