Windkraft: Kleinwind-Marktübersicht 2020

Von Daniela Roelfsema

(14. August 2020) Viele Hausbesitzer im ländlichen Raum interessieren sich für Kleinwindräder zur Stromerzeugung. Eine gute Übersicht über die wichtigsten Planungsaspekte, vermeidbare Fehler und aktuelle Modelle bietet der kürzlich in der 6. aktualisierten Auflage veröffentlichte Kleinwind-Marktreport.

Mitglieder im Bund der Energieverbraucher erhalten auf den regulären Preis in Höhe von 79,99 Euro einen Rabatt in Höhe von 50 Prozent. Informationen zum rabattierten Bezug erhalten Sie über die Geschäftsstelle des Vereins. Ergänzend zum Report in Textform hat der Herausgeber kostenfrei abrufbare YouTube-Videos zu den Kleinwind-Grundlagen veröffentlicht.

Marktübersicht für Kleinwindräder

Von Louis-F. Stahl

(26. Juli 2018) Kleine Windräder sind mit rund 3.000 bis 9.000 Euro pro Kilowatt Maximalleistung (kWp) deutlich teurer als Photovoltaikanlagen.

Aber dennoch interessieren sich Verbraucher, besonders in ländlichen Gebieten, für diese Art der Stromerzeugung, weil sie technikbegeistert sind, ihren Strom selbst herstellen möchten oder etwas für die Umwelt tun möchten (siehe Energiedepesche 4/2013, S. 37).

Eine gute Übersicht über Planungsaspekte, vermeidbare Fehler und aktuelle Modelle bietet der im Mai veröffentlichte Kleinwind-Marktreport 2018. Mitglieder im Bund der Energieverbraucher erhalten einen Rabatt in Höhe von 50 Prozent auf den regulären Preis von 69,99 Euro. Informationen zum rabattierten Bezug erhalten Sie von der Geschäftsstelle des Vereins.

Kleinwind-Marktreport 2018: www.klein-windkraftanlagen.com

Kleines Windrad auf dem Dach?

Mit einem kleinen Windrad können Privatleute und Gewerbebetriebe verbrauchsnah selbst Strom erzeugen. Die Leistung eines Windrads für den Privatgebrauch liegt in der Größenordnung einer privaten PV-Anlage. Doch für die Aufstellung eignet sich das Hausdach kaum.
Patrick Jüttemann berichtet.

Patrick Jüttemann | Betreiber des Portals www.klein-windkraftanlagen.com

(13. Dezember 2013) Die Sinnhaftigkeit einer kleinen Windkraftanlage hängt stark vom jeweiligen Standort ab. Bei Solaranlagen können die Standortvoraussetzungen einfach überprüft werden: Wenn das Dach eine Montage der Solarmodule in südliche Richtung erlaubt, die Statik des Daches geeignet ist und keine Verschattung der Solaranlage vorliegt, sprechen die Fakten für die Installation eines kleinen Sonnenkraftwerks. Komplizierter ist der Standortcheck bei kleinen Windrädern. Das gilt vor allem für die Ermittlung der Windverhältnisse vor Ort, die entscheidend für die Stromerträge sind.

Genug Wind im Garten?

Man würde eine Solaranlage nicht installieren, wenn das Dach aufgrund eines großen Baumes im Sommer meistens im Schatten liegt. Ohne Sonne, kein Strom. Das Gleiche gilt für Windräder: Nur Standorte, die nicht im Windschatten von Hindernissen liegen, kommen in Frage. Ohne Wind, kein Strom.

Häufig überschätzen private Hausbesitzer die Windbedingungen des eigenen Grundstücks. Das gilt vor allem für Lagen mitten im Siedlungsgebiet. Der Wind strömt parallel zur Erdoberfläche. Je geringer die Entfernung zum Boden, desto stärker wirken sich Objekte auf der Erdoberfläche auf den Wind aus. Ein Kennzeichen von Kleinwindkraftanlagen ist die geringe Aufstellungshöhe bis rund 30 Meter. Privat betriebene Anlagen werden eher niedrig aufgestellt zum Beispiel auf einem zehn Meter hohen Mast oder auf einem Dach. Standorte mitten im Wohngebiet sind deshalb oft ungeeignet, weil aufgrund der umgebenden Häuser und Bäume der Wind nicht nur schwach, sondern auch verwirbelt und turbulent ist. Ein Windgenerator benötigt laminare, das heißt stetige Windströmung, turbulenter Wind kann vom Rotor schlecht genutzt werden.

Von großer Bedeutung ist die Windrichtung. In Deutschland sind die Westwinde entscheidend, das heißt die Hauptwindrichtung ist von West nach Ost. Es gibt auch lokale Abweichungen. Eine Solaranlage sollte aus südlicher Richtung frei angestrahlt, ein Windrad aus westlicher Richtung frei angeströmt werden. Wenn man vom geplanten Aufstellungsort des Windrads nach Westen schaut, sollten keine Hindernisse in Form von Gebäuden oder Bäumen vorhanden sein. Je höher das Hindernis, desto weiter weg muss sich das Windrad davon befinden. Freie Lagen, Standorte am westlichen Rand bebauter Gebiete oder Höhen- sowie Hanglagen können geeignet sein. Eine freie Anströmung aus westlicher Hauptwindrichtung herrscht oft bei landwirtschaftlichen Betrieben in Alleinlage.

Windrad auf dem Dach nur nach sorgfältiger Überprüfung

Die Montage eines Windrads auf einem freistehenden Mast oder Turm sollte einer Dachmontage vorgezogen werden. Zum einen aufgrund der Windströmung als Voraussetzung für das nutzbare Energiepotenzial. Der Gebäudekörper kann aufgrund seines Volumens ungünstige Windturbulenzen verursachen. Ein auf dem Boden stehender Mast ist sehr schmal, so dass der Wind nicht verwirbelt wird.

Störende Geräusche im Haus

Ein Windrad auf dem Dach kann im Gebäude unangenehme Geräusche verursachen. Sie stören vor allem in Wohn- und Geschäftshäusern, in denen sich Menschen häufig aufhalten. Bei Lagerhallen oder Scheunen kann eine etwaige Schallproblematik vernachlässigt werden. Nicht nur die Rotorgeräusche an sich, sondern die Körperschallübertragung auf das Gebäude als Resonanzkörper können störend wirken. Bestimmte Geräusche nimmt man nur dann wahr, wenn man sich im Gebäude befindet. Ob Systeme für die Körperschallentkopplung funktionieren, weiß man erst nach der Installation. Jedes Gebäude reagiert anders. So manches Mini-Windrad wurde vom Dach wieder abgebaut, weil die Bewohner sich gestört fühlten. Wichtig ist ein Stoppschalter, der über eine Bremse den Rotor sofort zum Stillstand bringt. Wenn nachts ein Sturm aufkommt und die Nachtruhe durch das Windrad gestört werden sollte, kann mit dem Stoppschalter der Rotor abgebremst werden.

Die Statik des Daches und die Auswirkung eines Windgenerators müssen unbedingt geprüft werden. Durch das Gewicht und die Rotorvibrationen können Schäden am Gebäude entstehen. Je höher der auf dem Dach montierte Mast und je größer die Windangriffsfläche des Rotors, desto größer werden die wirkenden Kräfte. Neben dem Gewicht der Windturbine müssen die auf den Rotor wirkenden Windlasten als auch mögliche Schneelasten mit einbezogen werden. Die Bewährungsprobe wird bei starkem Sturm erfolgen. Eine große Lagerhalle mit Flachdach am Rande eines Industriegebiets ist ein besserer Dachstandort, als das Einfamilienhaus mit Giebeldach im Wohngebiet. Die günstigste Lösung ist meist ein freistehender Mast.

Positives Beispiel: Freie Lage mit Mast-Aufstellung

Die Wirtschaftlichkeit eines Kleinwindrads hängt essenziell von der Windgeschwindigkeit ab, wie das folgende Beispiel zeigt. Gehen wir von einem freiliegenden Gehöft aus. Mittlere Jahreswindgeschwindigkeiten ab vier m/s als Voraussetzung sind dann realistisch.

Angenommen, eine am Markt angebotene Kleinwindanlage mit 5,5 Kilowatt Nennleistung (bei 11 m/s Wind) kostet inklusive 20 Meter hohem Mast rund 35.000 Euro. Die spezifischen Investitionskosten pro Kilowatt Leistung betragen somit rund 6.300 Euro. Bei einer mittleren Jahreswindgeschwindigkeit von vier m/s produziert die Windturbine 5.500 Kilowattstunden Strom, bei fünf m/s Wind 9.900 Kilowattstunden Strom pro Jahr. Geht man von einer Betriebszeit von 20 Jahren aus, so beträgt die Stromproduktion 110.000 Kilowattstunden bei vier m/s und 198.000 Kilowattstunden bei fünf m/s. Bei Windverhältnissen von vier m/s kostet der eigene Windstrom dann 31, 8 Cent pro Kilowattstunde, bei starkem Wind von fünf m/s rund 18 Cent pro Kilowattstunde. Wenn der Strom selbst verbraucht wird und günstiger als der Preis des Stromversorgers ist, kann man Geld sparen. Dabei sollte man die in Zukunft zu erwartenden Strompreissteigerungen mit berücksichtigen.

Preise und Hersteller

Die Kosten einer schlüsselfertigen Kleinwindanlage bewegen sich zwischen 3.000 und 9.000 Euro pro Kilowatt installierter Leistung. Das ist deutlich mehr als die knapp 1.500 Euro, die eine Solarstromanlage pro Kilowatt derzeit kostet. Das Angebot an kleinen Windturbinen in Deutschland ist vielfältig und schwer zu überblicken. Einen guten Überblick gibt die Broschüre: „Kleinwind-Marktreport“.

Genehmigung

Im Gegensatz zu Solaranlagen benötigt man für ein kleines Windrad oft eine Baugenehmigung. Kleinwindkraftanlagen können Geräusche und Schattenschlag verursachen. Vor der Kontaktaufnahme mit dem lokalen Bauamt sollte man mit den Nachbarn über das Kleinwindrad sprechen. Beschwerden durch unmittelbare Anwohner können zu einer Verhinderung des Kleinwindkraft-Projekts führen.

Wichtigste Gesetzesgrundlagen sind die einzelnen Landesbauordnungen. In jedem Bundesland herrschen andere Rahmenbedingungen für die Aufstellung einer kleinen Windkraftanlage. Manche Länder erlauben für sehr kleine Anlagen bis maximal zehn Metern Höhe eine Installation ohne Genehmigung, um die bürokratischen Hürden zu verringern. Eine Rechtssicherheit für den dauerhaften Betrieb des Windgenerators besteht dann allerdings nicht, das gewährleistet nur eine ordentliche Baugenehmigung. Bei einer geringen Aufstellungshöhe unter zehn Metern sollte man besonderes Augenmerk auf die Windverhältnisse richten. Je näher am Boden, desto schwächer der Wind.

Eigene Motive ergründen: Was bezwecke ich mit dem Kleinwindrad?

Die Gründe für das Interesse an einer Kleinwindanlage sind sehr unterschiedlich. Während für private Betreiber oft Unabhängigkeit in der Stromversorgung, ökologische Motive und Technikinteresse im Vordergrund stehen, steht bei gewerblich betriebenen Kleinwindanlagen oft die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund. Die Einsparung von Stromkosten ist für private Betreiber nur an sehr windstarken Standorten möglich und die Ausnahme. Das hängt vor allem mit den höheren spezifischen Investitionskosten von Windgeneratoren geringerer Leistung zusammen. Wer als Verbraucher vor allem aufs Geld schaut, der sollte besser in einen auf Rendite ausgelegten Bürgerwindpark investieren.

Gewerblich betriebene Anlagen mit einer Leistung über 5 kW können bei hoher mittlerer Jahreswindgeschwindigkeit und hohem Eigenverbrauch des Stroms wirtschaftlich sein. Das ist dann der Fall, wenn der selbst produzierte Windstrom günstiger als der Strompreis des Versorgers ist. Allgemein ist nur der Selbstverbrauch des Stroms von Kleinwindkraftanlagen wirtschaftlich sinnvoll, da es für die Einspeisung weniger als 9 Cent pro Kilowattstunde gibt.

Wer als privater Hausbesitzer ein frei gelegenes und windstarkes Grundstück hat und umweltfreundlich Strom für den Eigenverbrauch produzieren möchte, kann sich näher mit dem Thema Kleinwindkraft beschäftigen. Das Hausdach im Wohngebiet gehört in der Regel nicht zu den optimalen Standorten.

Urbane Windkraft erforscht

(8. April 2013, geändert 12. Juni 2013) ) Kleine Windkraftanlagen, die Windströme über Stadtgebieten nutzen, können sich lohnen, wenn auch nur unter bestimmten Randbedingungen. So lautet das Fazit einer Arbeitsgruppe der Berliner Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW Berlin), die seit mehreren Jahren urbanes Windenergiepotenzial erforscht. Die an den Gebäuden herrschenden turbulenten Winde hätten dabei großen Einfluss auf Ertrag und Stabilität einer Kleinwindanlage.

So sieht die  Urban Wind Study der Berkely University die Zukunft der Windkraft in der Stadt.

Für das Projekt wurden fünf Kleinwindkraftanlagen samt meteorologischer Messtechnik auf Dächern im Berliner Stadtgebiet installiert und zwei Jahre lang das charakteristische Windangebot vermessen. Analysiert wurde, ob sich exponierte Dächer für einen wirtschaftlichen Betrieb eignen, welche Positionen auf dem Dach das größte Potenzial bieten, ebenso wie das dynamische Verhalten sowie die mechanische und elektrische Anbindung der Anlagen und die genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen.

Die HTW-Berlin hat einen Leitfaden mit Handlungsempfehlungen für Kleinstwindkraftanlagen herausgegeben: Empfehlungen zum Einsatz kleiner Windenergieanlagen im urbanen Raum

Kleinstwindanlagen: Mehr als Spielzeug?

Die Entwicklung der Windenergie übertrifft weltweit alle Prognosen und begründet die Hoffnung auf eine schnelle Energieversorgung durch Erneuerbare. Das Interesse an kleinen Windrädern ist riesengroß: Könnte nicht eine solche Anlage im eigenen Garten oder auf dem Hausdach Strom erzeugen? Zahlreiche Anbieter bieten entsprechende Systeme zu erschwinglichen Kosten an. Doch lohnt sich der Aufwand?

(7. Juni 2011, ergänzt am 19. März 2012) Gegen moderne Anlagen nehmen sich die Windräder aus der Mitte der 80er Jahre fast wie Spielzeug aus: Damals betrug die durchschnittliche Leistung eines Windrads 30 Kilowatt bei einer Rotorengröße von 15 Metern. Heute dagegen dominieren Anlagen mit über 2.000 Kilowatt Leistung und die Nabenhöhe liegt bei etwa 100 Metern. Große Windparks entstehen dort, wo es viel Wind gibt. Kleine Anlagen erzeugen den Strom dagegen direkt dort, wo er gebraucht wird, also in der Nähe von hohen Bäumen und Häusern.

Die Windgeschwindigkeit macht's

Je Quadratmeter Rotorfläche ernten große Windkraftanlagen bei einer Windgeschwindigkeit von acht Metern pro Sekunde über 1.000 Kilowattstunden Strom jährlich. Kleine Windkraftanlagen erzeugen dagegen 50 Kilowattstunden bei drei Metern pro Sekunde und 140 Kilowattstunden bei vier Metern pro Sekunde. Ein solcher Vergleich der Erträge bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten sieht zwar auf den ersten Blick unfair aus, doch entspricht dies den durchschnittlichen Betriebsbedingungen von großen beziehungsweise kleinen Windanlagen.

Das Beispiel zeigt den gravierenden Unterschied zwischen Photovoltaik und Windenergie: Bei der Photovoltaik bringt jeder Quadratmeter einer Anlage den gleichen Ertrag, unabhängig von der Größe der Anlage. Bei Windanlagen schwankt dagegen der Ertrag erheblich: Zum einen hängt der Ertrag von den Windverhältnissen ab und steigt mit der Windgeschwindigkeit in dritter Potenz. Doch sobald das Windrad an keiner besonders exponierten Stelle steht, verringert sich der Ertrag deutlich, denn der Wind verwirbelt an Hindernissen, Bäumen und Gebäuden.

In Siedlungsgebieten oder dörflichen Regionen bleiben die Windverhältnisse und somit die Erträge mangelhaft, selbst wenn man hohe Masten baut. Anders kann es auf dem flachen Land aussehen, am Meeresrand oder in Mittelgebirgen. Doch ein hoher Ertrag ist oft nicht das einzige Ziel. Viele Verbraucher haben einfach nur Spaß an der eigenen Energieernte, wie groß oder klein sie auch sein mag.

Ernüchternde Praxis

Doch bevor man sich ein kleines Windrad kauft, sollte man sich gründlich informieren und aus den teilweise ernüchternden Erfahrungen anderer lernen. Denn kleine Windräder haben besondere Probleme:

• Die Stromausbeute kleiner Windräder ist sehr gering. Regelmäßig beträgt sie nur einen Bruchteil dessen, was die Käufer erwarten. Das liegt daran, dass die Leistung der Anlagen mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit steigt. Wenn also die Windgeschwingkeit vier Meter pro Sekunde beträgt, liegt die Leistung beispielsweise bei 4 x 4 x 4 = 64. Beträgt das Windtempo aber nur zwei Meter pro Sekunde, sinkt die Leistung auf 2 x 2 x 2 = 8. Selbst auf einem zehn Meter hohen Mast oder einem Gebäude wird man im Jahresmittel kaum über eine Windgeschwindigkeit von drei Metern pro Sekunde kommen. Der Jahresertrag bei sehr kleinen Windrädern liegt in Deutschland empirisch bei etwa 80 Kilowattstunden je Quadratmeter Rotorfläche.
• Die Anlagen sind oft technisch nicht ausgereift und gehen kaputt.
• Für besiedelte Gebiete liegen keine Winddaten vor, weil die Windmessungen eine hindernisfreie Strömung voraussetzen.
• Die Aufstellung ist schwierig. Die Windgeschwindigkeit nimmt mit der Aufstellhöhe zu. Hohe Masten sind in Wohngebieten nicht nur optisch ein Problem, sondern müssen auch so stabil gebaut sein, dass sie auch bei Sturm sicher stehen. Wer sein Windrad auf dem Dach anbringt, muss damit rechnen, dass die Schwingungen des Windrads das Gebäude schädigen.
• Auch die Geräuschentwicklung führt gerade in Siedlungsgebieten oft zu Problemen.
• Die Anbieter liefern oft keine oder geschönte Ertragsprognosen. Sofern solche Daten überhaupt vorliegen, enthalten sie meist zu hohe Werte für die bei einer bestimmten Windgeschwingkeit gelieferte Leistung. Für verwirbelte Strömungen, die praktisch immer vorliegen, gelten die Leistungsangaben nicht. Die Leistungsangaben beziehen sich auf Windgeschwindigkeiten, die in der Praxis nie erreicht werden.
• Die Anlagen müssen oft auch behördlich genehmigt werden.

Prognose versus Wirklichkeit

Das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel hat ein Programm zur Abschätzung des Ertrags entwickelt und zur freien Verfügung ins Internet gestellt (www.windmonitor.de unter „Service/Ertragsschätzung kleiner Windenergieanlagen"). Man sollte bei den Daten jedoch realistische Windgeschwindigkeiten eingeben. Beispiel: Errichtet man in einem dörflichen Gebiet auf sechs Metern Höhe eine Anlage mit einem Meter Durchmesser, dann kann man bei einer Windgeschwindigkeit von durchschnittlich drei Metern pro Sekunde jährlich 38 Kilowattstunden Strom erwarten und bei einem 20 Meter hohen Mast 126 Kilowattstunden.

Größenverhältnisse: Kleine Anlagen (S) und kleinste Anlagen (XS)

Im Juni 2005 berichteten wir über ein Windrad der Firma Windsave, das mit einem Durchmesser von 1,74 Meter angeblich an jeder Hauswand angebracht werden kann und bei zwölf Metern pro Sekunde Wind ein Kilowatt elektrische Leistung liefert. Im Encraft Warwick Wind Trial Projekt wurden zwei Jahre lang 26 an Gebäuden montierte Windanlagen vermessen und der Ertrag mit den Prognosen verglichen.

Ein Beispiel zeigt dabei, wie sehr sich Werbeversprechen und Realität unterscheiden: Auf der Stadthalle von Daventry in Großbritannien wurde eine Windsave WS1000 auf einer Höhe von 15 Metern zwei Meter über dem Giebel errichtet. Man erwartete eine Windgeschwindigkeit von 5,4 Metern pro Sekunde. Tatsächlich gemessen wurden jedoch nur 2,74 Meter pro Sekunde. Dadurch sank der erwartete Ertrag der Anlage von 204 Kilowattstunden auf 109 Kilowattstunden. Weil man Gebäudeschäden mit dem Windrad in Verbindung brachte, wurde die Anlage im Mai 2008 stillgelegt.

Erfahrungen von Betreibern

Das Fraunhofer Institut Windenergie und Energiesystemtechnik hat 51 Betreiber von Klein- und von Kleinstwindanlagen telefonisch befragt (2,5 bis 75 kW). Nur 21 Prozent gaben dabei an, dass sich ihre Ertragserwartungen erfüllt hatten. Lediglich sieben Prozent konnten einen Gewinn erwirtschaften. 28 Prozent würden dennoch noch einmal eine Anlage anschaffen.

Zufriedenheit von Anlagenbetreibern

Fazit:

All diese Probleme lassen sich lösen. Es stellt sich aber unter dem Strich die Frage, ob Aufwand und Ertrag in einem vernünftigen Verhältnis stehen. Wer Spaß an eigener Energieproduktion hat, technisch erfahren ist, keine finanziellen Interessen hat und die erwähnten Hürden nehmen will, der sollte sich eine eigene Anlage als Hobby zulegen. Wer jedoch mit regenerativ erzeugtem Strom einen Beitrag zur Energiewende leisten will, sollte sich besser an einer großen Windanlage beteiligen, eine Photovoltaik-Anlage installieren oder ein Blockheizkraftwerk betreiben. Anders sieht es in dünn besiedelten Gebieten in Entwicklungsländern aus: Probleme mit Nachbarn oder Behörden sind dort kaum zu erwarten, das Gelände ist hindernisfrei und es gibt oft kein Stromnetz als Alternative. Für solche Einsatzgebiete gibt es bereits sehr günstige Kleinanlagen, oft in Eigenbau gefertigt.

Schönheitsfehler bei Kleinwindrädern

(23. Dezember 2007, ergänzt April 2011) - Eigentlich schade: Ein Kleinwindrad mit einem Kilowatt Leistung ist in England schon für rund 2.500 Euro zu kaufen. Laut Hersteller erzeugt ein solches Modul bei einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von sechs Metern pro Sekunde jährlich 600 bis 1.000 Kilowattstunden Strom. Warum nicht einfach aufs Dach setzen?

Die Leistung einer Windkraftanlage hängt von der Windgeschwindigkeit in der dritten Potenz ab:

Sie errechnet sich aus dem Produkt von Rotorfläche und Windgeschwindigkeit hoch drei. Ein Windrad mit 1,7 Metern Durchmesser hat eine Fläche von 2,3 Quadratmetern. Bei einer Windgeschwindigkeit von drei Metern pro Sekunde (leichte Brise) beträgt die Leistung des Windes 62 Watt (3 x 3 x 3 x 2,3). Bei acht Metern pro Sekunde (frische Brise, kleine Bäume schwanken) erhöht sich die Leistung auf 1.200 Watt (8 x 8 x 8 x 2,3). Der Wirkungsgrad beträgt 30 bis 40 Prozent. Im besten Fall kann man in zehn Metern Höhe im Jahresschnitt mit einer Windgeschwindigkeit von fünf Metern pro Sekunde rechnen. Die Windleistung beträgt dann 300 Watt (5 x 5 x 5 x 2,3). Der Jahresertrag liegt bei 800 Kilowattstunden (0,3 kW x 0,3 x 8.760 Stunden). Bei einer Windgeschwindigkeit von drei Metern pro Sekunde beträgt der Jahresertrag nur 160 Kilowattstunden. Der Jahresertrag hängt also sehr stark von der Windgeschwindigkeit und von der Umgebungsturbulenz durch Hindernisse, wie Büsche, Bäume und Nachbarhäusern, ab. Experten raten zudem von der Montage auf Hausdächern ab.

Infos im Internet unter www.kleinwindanlagen.de.

Solange man nicht auf einem Berg oder freiem Feld ist, kann man realistisch bei zehn bis 15 Metern Nabenhöhe nur mit 2,5 bis 3,5 m/s mittlerer Windgeschwindigkeit rechnen. Was das für den Ertrag bedeutet, kann man sich leicht selbst ausrechnen. Man kann es auch empirisch bestimmen, wie etwa hier geschehen:  Warwick-Test-Feld.

Mini-Windpark im Vorgarten

Miniwindräder rechnen sich in Deutschland kaum: Genehmigungs- und Materialkosten sind hoch, die Vergütung für die produzierte Energie ist dagegen viel zu niedrig. Von Nicole Weinhold, Redaktion Neue Energie.

(1. Oktober 2007) - Die aktuelle Diskussion um den Klimawandel und steigende Energiepreise lässt viele Menschen nach einer sauberen, unabhängigen Möglichkeit der Stromversorgung Ausschau halten. Die Solaranlage auf dem eigenen Hausdach ist eine Möglichkeit. Was kaum bekannt ist: Derselbe Effekt lässt sich auch mit einer kleinen Windkraftanlage erzielen.

Zu den bekannteren Kleinanlagen- Lieferanten gehört die Conergy AG. Das Hamburger Regenerativunternehmen hatte 2005 den Kleinwindanlagen-Hersteller Inventus übernommen, das Anlagendesign verbessert und verkauft seither 6-kW- und 7,5-kW-Anlagen mit dem Namen Easywind 6 AC beziehungsweise DC. Die Turbinen setzt Conergy in erster Linie bei Kunden rund um das Mittelmeer zur dezentralen Energieversorgung ein. In Deutschland kommen die kleinen Windmühlen dagegen bisher nur vereinzelt zum Einsatz.

Hohe Kosten und viel Bürokratie

Der Grund: Hierzulande sind Kleinwindräder schlicht nicht rentabel. Da ist einmal das Material: Für die Turbine liegen die Kosten je nach Fabrikat zwischen 1.500 und 5.000 Euro pro Kilowatt (kW) Leistung, rund 1.000 bis 3.000 Euro fallen für Netzanschluss und Mast an. Das Kilowatt kann demnach 2.500 bis 8.000 Euro kosten. Zum Vergleich: Bei den großen Maschinen lautet die Faustformel 1.000 Euro pro kW. Also sind die Kleinen bis zu achtmal teurer als Große. Dafür machen sie mehr Spaß und man hat bei entsprechender Verschaltung auch Strom, wenn das Netz mal ausfällt und der Wind weht.

Obendrauf kommen noch die Genehmigungskosten: "Wer hierzulande selbst Windenergie nutzen will, muss leider die gleichen bürokratische Hürden nehmen wie die großen Windkraftanlagen", weiß der Technologie-Direktor für Windkraft bei Conergy, Klaus Pötter, zu berichten. Die Behörden fordern nicht selten dieselben Gutachten wie für große Megawatt-Windräder, was in keiner Relation zum Preis der kleinen Windenergieanlagen steht, denn der Preis für jedes Schall- oder Schattengutachten würde die Kosten des Windrads selbst übertreffen. Allerdings verlangt nicht jede Behörde für die Genehmigung die genannten Gutachten. Das wird von Gemeinde zu Gemeinde unterschiedlich gehandhabt. Wer Glück hat, bekommt die Genehmigung ohne jeglichen bürokratischen Aufwand - und ohne teure Gutachten.

In den USA gedeihen die Kleinmühlen - 9.000 wurden dort im letzten Jahr aufgestellt - in genau den Bundesstaaten, die eine gezielte Förderung durch Steuervorteile oder das sogenannte Netmetering verfolgen. Dabei speist der Windmüller den Strom, den er nicht selbst verbraucht, ins öffentliche Netz, während sich sein heimischer Stromzähler zugunsten der Energierechnung rückwärts dreht.

Auch Großbritannien fördert die Minis: Die Regierung finanziert fast 30 Prozent der Anlagenkosten über ein Programm für CO2-Einsparungen an Gebäuden. "Unser Auftragsbuch ist mit über 10.000 Bestellungen von Unternehmen und Privathaushalten gefüllt", sagt Marie Cairney vom Kommunikationsbüro des schottischen Kleinanlagen-Herstellers Windsave. Die schottischen Anlagen speisen ihre Energie direkt in den Stromkreis des Haushaltes, nicht ins Stromnetz. Das vermindert die Stromrechnung und vermeidet Bezugskosten - eine unbürokratische und faire Honorierung für die eigene Stromerzeugung.

EEG-Vergütung anheben

Die Beispiele aus Großbritannien und USA zeigen, dass die Minis mit einem attraktiven Vergütungsmodell bei gleichzeitigem Bürokratieabbau auch hierzulande eine Marktchance hätten. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) berücksichtigt sie bislang jedoch nicht angemessen, denn während Erzeuger von Solarstrom derzeit fast 50 Cent für die Kilowattstunde erhalten, müssen sich Windmüller mit etwa acht Cent zufrieden geben - entsprechend der EEG-Vergütung für Megawatt-Turbinen. Der Bundesverband Windenergie (BWE) fordert, die Vergütung bei der anstehenden EEG- Novelle mindestens auf die Höhe der heutigen Strombezugskosten von Haushaltskunden in Höhe von rund 20 Cent für die Kilowattstunde anzuheben. Noch besser, so die Meinung einiger Branchenvertreter, wäre die Gleichsetzung der kleinen Windkraft mit der Photovoltaik bei der EEG-Vergütung. Das Netmetering wird in Deutschland leider nicht diskutiert.

Markt leergefegt

Während Kunden auf eine angemessene Vergütung warten, muss sich mancher Hersteller beim Warten auf Komponenten gedulden. Derzeit erholt sich der gesamte Maschinenbausektor in Deutschland. Viele Unternehmen haben üppig gefüllte Auftragsbücher. Das führt dazu, dass kaum ein Zulieferer Interesse am Bau von neuen Komponenten für Miniwindräder hat. Falls der Hersteller doch einen Zulieferer findet, muss er mit Spitzenpreisen, Lieferverzögerungen und Qualitätsmängeln rechnen. Hohe Stückzahlen, mit denen man Zulieferer locken könnte, sind in der Kleinwindkraft selten zu finden.

In schöner Regelmäßigkeit tauchen stattdessen neue Modelle auf - doch selten etabliert sich eines. Manchmal leidet die Qualität darunter. "Im Moment gibt es nicht einen einzigen Hersteller, der eine zuverlässige und bewährte Technologie vorweisen kann. Die meisten haben nur gemeinsam mit Universitäten oder Forschungszentren einige Prototypen gebaut", sagt Luca Trevisiol, Hauptgeschäftsführer des italienischen Elektromotoren-Herstellers Lafert. Sein Unternehmen zählt zu den großen Generatoren-Lieferanten der Kleinwindindustrie. Ein Windmüller, der sich für das neueste Produkt auf dem Markt entschieden hat, könnte mit dessen Kinderkrankheiten und überhöhten Materialkosten konfrontiert werden. Bei etablierten Typen wie Aerocraft oder Whisper, die seit vielen Jahren auf dem Markt zu haben sind, habe der Kunde bessere Chancen, dass etwaige Schwächen bereits ausgemerzt sind.

Geräuschentwicklung

Dafür fehlt es dort womöglich an technischen Innovationen, was zum Beispiel den Geräuschpegel des Rotors anbelangt. Reinhard Caliebe hat den Bau von drei Großwindenergieanlagen in unmittelbarer Nähe zu seinem Wohnort verhindert. In Nachbarorten hätte man zuvor schlechte Erfahrungen mit Schall und Schattenwurf gemacht, sagt er. "Aber ich sah ein, dass es eine Alternative geben musste. So bin ich auf die kleine Windkraft gekommen", erinnert sich Caliebe. Er hat sich intensiv mit dem Thema beschäftigt und festgestellt: "Die Kleinen sind kein Stück leiser als die Großen." Nur, dass die Minis im Garten oder sogar auf dem Dach viel näher an den Wohngebäuden stehen als die Großwindmühlen, für die ein Mindestabstand von mehreren hundert Metern gilt. Kleinanlagen-Kenner Uwe Hallenga relativiert: "Ich habe mehrmals Kleinanlagen mit einfachen Geräten vermessen, und da waren in zehn Meter Abstand schon keine 45dBa zu messen." Die Minis müssen nach seiner Erfahrung nicht zwangsläufig laut sein.

Reinhard Caliebe kniete sich tief in das Problem hinein und entwickelte schließlich zusammen mit weiteren Partnern und der Hochschule Bremerhaven eine Windkraftanlage mit 300 Watt. "Wir haben Schallmessungen gemacht - und es ließ sich nichts hören", stellt er stolz fest. Der Trick: Die Anlage dreht auf einer Vertikalachse statt horizontal und verfügt außerdem über verdrehte Blätter. Das macht sie besonders leise. Allerdings ist die Maschine mit 3.300 Euro nicht gerade billig. Anfang des Jahres hat er dann die Marc Power Systems GmbH gegründet - und im Herbst kommt eine 1-kW-Anlage auf den Markt. Ein weiterer Prototyp, dessen Tauglichkeit sich erst noch bewähren muss.

Vertikalachser gibt es schon lange in der Windkraft. Dennoch haben sie ihren Status als Exoten nie verloren. Grund: Die Rotoren arbeiten in etwa einem Viertel der Umlaufbahn ihrer Blätter im Drehkreis gegen die Strömung an. Der Wirkungsgrad liegt daher gewöhnlich niedriger als der von Horizontalachsern.

Hoher Mast nötig

Egal ob Horizontal- oder Vertikalachser, Gebäude, Pflanzen und Bäume bremsen teilweise den Wind ab und dämpfen damit auch die Stromausbeute. Das sollte man bei der Wahl der Masthöhe berücksichtigen. Für Gartenanlagen ist dieser sechs bis zwölf Meter hoch. Um Abschattungen zu vermeiden, sollte ein möglichst hohes Modell ausgewählt werden.

Nicht aufs Hausdach

Experten warnen aufgrund negativer Erfahrungen davor, die kleinen Anlagen auf Hausdächern zu montieren: Zum einen überträgt sich der Schall auf das gesamte Gebäude. Zum anderen besteht das Risiko, dass die Bausubstanz durch die Vibration des Rotors Schaden nimmt.

Weitere Infos: www.kleinwindanlagen.de

Windsave: Kleinturbine erzeugt ein Drittel Strom

(7. Juni 2005, aktualisiert 9. November 2005, aktualisiert April 2011) Die britische Firma Windsave hat ein kleines Windrad auf den Markt gebracht. Mit einem Durchmesser von 1,75 Meter und einem Gewicht von 25 Kg kann das Windrad an jeder Hauswand angebracht werden. Das Rad liefert laut Firmenangaben bei einer Windgeschwindigkeit von 12 m/s 1 kW elektrische Leistung. Eine realistische Leistungsabschätzung ist über kleinwindanlagen.de möglich. Es kann damit übers Jahr bei den Windverhältnissen von Großbritannien rund ein Drittel der elektrischen Energie eines Durchschnittshaushalts erzeugen. Mit zum Lieferumfang gehört ein Gleichrichter, der eine problemlose Einspeisung ins Stromnetz ermöglicht.

British Gas will nach erfolgreichen Pilotversuchen in Schottland und Südwales die Anlagen offensiv vermarkten. Die Anschaffungskosten werden von British Gas mit 1.000 Euro einschließlich Montage angegeben.

Windsave wird derzeit nur in Grossbritannien verkauft. Ende 2005 plant Windsave den Vertrieb auch in anderen Ländern in Angriff zu nehmen.

Die Testergebnisse, gemessen an installierten Anlagen sind ernüchternd:

http://www.warwickwindtrials.org.uk/resources/Warwick+Wind+Trials+Final+Report+.pdf

Kleine Windräder

(2. Februar 2004)

Die heute in Deutschland üblichen Windräder gehören zur Megawatt-Klasse. Die Freude über die sinkenden Produktionskosten dieser großen Windräder sollte die Millionen von kleinen Windrädern nicht in Vergessenheit geraten lassen, die weltweit in Betrieb sind.

Internet-Adressen einiger Hersteller kleiner Windkraftanlagen:

• www.ampair.com
  Ampair, Großbritannien
• www.bergey.com
  Bergey Windpower Company, USA
• www.bornay.com
  J. Bornay Aerogeneradores, Spanien
• www.fortiswindenergy.com
  Fortis, Niederlande
• www.northenergy.co.uk
  Gazelle Wind Turbines Ltd, Großbritannien
• www.solar-wind.co.uk
  Energy Development Co-operative Limited., Großbritannien
• www.marlec.co.uk
  Marlec Engineering Co Ltd, Großbritannien
• www.windenergy.com
  XZERES Wind, USA (auch Deutschland)
• www.vergnet.fr
  Vergnet, Frankreich (auch Deutschland)
• www.windside.com
  Windside Production Ltd, Finnland (auch Deutschland)
• www.windstreampower.com
  Windstream Power Systems Inc., USA
• Vgl. auch Refocus März 2002: Small wind turbines.

Zur Suche nach einem bestimmten Anbieter von kleinen Windkraftanlagen bietet sich die Suchmaschine Small Wind Turbine Businesses in the World von energy.sourceguides.com an.

Weltweit bald drei Millionen Anlagen?

Besonders in entlegenen ländlichen Gegenden in Entwicklungsländern sind kleine Windräder sehr weit verbreitet. Auch dieses Marktsegment wächst mit einer Rate von jährlich mehr als 35%.

Etwa 300 Millionen Häuser sind weltweit ohne Stromversorgung. Wenn nur ein Prozent dieser Häuser ein kleines Windrad einsetzt, dann ist das ein Markt von weltweit drei Millionen Windrädern. Die Weltbank schätzt, dass die Bewohner dieser Häuser jährlich etwa 35 Milliarden US-Dollar für Kerosin, Kerzen und Batterien ausgeben, um auch bei Dunkelheit Licht zu haben. Allgemein gilt Photovoltaik als verlässliche und kostengünstige Lösung dieses Problems.

Zusammen mit der Solartechnologie bieten auch Windräder gute Möglichkeiten zur Stromerzeugung. Windräder haben laut einer Studie des US-Kongresses Kostenvorteile gegenüber Dieselgeneratoren, PV-Zellen oder Stromleitungsbau. Wind und Sonnenkraft ergänzen sich gut, weil die windarmen Jahreszeiten oft besonders sonnenreich sind.

Technik kleiner Windräder

Windräder bestehen aus einem Propeller, einem Generator und einer Aufhängung. Propeller mit drei Flügeln laufen ruhiger als zweiblättrige Rotoren, sind aber teurer. Bevorzugt werden getriebelose Windräder, weil sie wesentlich wartungsärmer sind. Es gibt auch querlaufende Rotoren wie der von dem Finnen Risto Joutsiniemi erfundene. Er läuft schon bei einer Windgeschwindigkeit von 1 bis 2 m/s an und hat einen erheblich höheren Ertrag.

Der Turm für das Windrad sollte als Faustregel mindestens zehn Meter über dem höchsten Hindernis im Umkreis von hundert Metern hinausragen. Mit höherer Leistung lohnt sich auch der Bau höherer Masten. Eine kleine 250 Watt-Turbine kann auf einem 12 Meter hohen Mast befestigt werden. Eine 10 kW Maschine hat dagegen oft einen 30 bis 40 Meter hohen Mast.

Die günstigsten Masten sind die Antennenmasten von Radiostationen oder Telefonmasten. Ein 20 kW-Windrad mit einem 30-Meter-Turm ist für etwa 30.000 US$ zu erhalten. Es gibt auch Vertikalrotoren zum Zusammenfalten, geeignet für Camping oder Trecks (Fa. Shields, Finnland).

Die Hersteller

Im Ökobuch-Verlag gibt es als Literatur zum Thema den Klassiker von Heinz Schulz: Kleine Windkraftanlagen, 1993 (ISBN 3922964311).