Technologie

Grundsätzlich werden zwei Bauarten von Windkraftanlagen eingesetzt, Horizontalachswindturbinen (HAWT) und Vertikalachswindturbinen (VAWT)

Physik des Windes

Selbst die beste Windkraftanlage kann aus dem Windpotential nicht mehr elektrische Energie bereitstellen, als die bewegte Luftmasse hergibt.

Die aus dem Windpotential resultierende nutzbare Energie verändert sich in der dritten Potenz (x³) zur Windgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass sich bei einer Verdopplung der Windgeschwindigkeit der Ertrag verachtfacht. Umgekehrt heisst dies, dass die halbe Windgeschwindigkeit nur noch einen Achtel des ursprünglichen Ertrags ergibt. Diese physikalische Gesetzmässigkeit gilt unabhängig davon, wie ausgetüftelt die angepriesene Kleinwindkraftanlage ist. Je besser deren Entwicklungsstand und damit der Wirkungsgrad ist, umso effizienter arbeitet sie und umso grösser ist der Anteil elektrischer Energie.

Eigenverbrauch, ZEV und LEG

Mit einer geeigneten Standortwahl können Sie mit einer Kleinwindanlage den Bezug elektrischer Energie aus dem Netz reduzieren und einen allfälligen Überschuss ins öffentliche Netz des Energieversorgers einspeisen oder Speichern. Zum Beispiel durch Laden des elektrischen Autos, eines stationären Speichers elektrischer Energie oder thermisch durch geringfügige Erhöhung der Raumtemperatur bzw. Erwärmen von Brauchwarmwasser. Die Überschussenergie kann aber auch den Nachbarn verkauft werden. ZEV steht für „Zusammenschluss zum Eigenverbrauch“. Dies bedeutet, dass mehrere Verbraucher gemeinsam, erzeugte elektrische Energie nutzen können, ohne das öffentliche Verteilnetz zu belasten. Eine LEG (Lokale Elektrizitätsgemeinschaft) geht noch einen Schritt weiter und ermöglicht es, elektrische Energie innerhalb eines bestimmten geografischen Bereichs (z.B. Quartier) über das öffentliche Netz zu teilen. Mehr Informationen dazu unter ZEV/Eigenverbrauch.

Herstellermarkt

Der Markt wird als gross erachtet. Gerade deshalb ist es schwierig in der Schweiz oder International einen Überblick über mögliche Hersteller und Anbieter zu erlangen. Amerika und China sind seit Jahren führend der Entwicklung und Produktion von Kleinwindanlagen, dabei fällt auf, dass Produkte aus China preisgünstig, jedoch oft von geringer Qualität sind. Publizierte Herstellerangaben zu Wirkungsgrad, Leistung und Ertrag sind teilweise nicht nachvollziehbar oder irreführend. Die Auswahl ist schwierig und es ist Vorsicht geboten.

Für Kleinwindanlagen gilt

• Nahe an den Verbrauchern und vorhandenem Netzanschluss
• Wirken als Botschafter für Windenergie
• Grüner Strom zu allen Nacht- und Tageszeiten möglich
• Ergänzung zu Photovoltaikanlagen, um Eigenverbrauchsquote zu erhöhen
• Typenabhängig, geringe Lärmimmission
• Der Ertrag ist sehr von der Windgeschwindigkeit und somit vom Standort abhängig

Mast und Turm

Falls erforderlich, sind unabhängige Analysen der Türme und deren Fundamente bei den Herstellern erhältlich. Turbinen sind so konstruiert, dass sie Windgeschwindigkeit in Hurrikanstärke standhalten sollten (200 km/h).

Netzausfall

Gleich wie bei Solaranlagen, sind bei Windkraftanlagen Wechselrichter so konzipiert, dass sie sich im Regelfall bei Stromausfällen automatisch abschalten, ausser sie sind vom Stromnetz entkoppelt und speichern die elektrische Energie in eine Batterie.

Überdrehzahlschutz

Turbinen sind mit einem manuellen und automatischen Überdrehzahlschutz ausgestattet, um die Drehzahl des rotierenden Teils so zu begrenzen, dass sie innerhalb eines kontrollierten Bereichs bleibt.

Elektrische Sicherheit, Genehmigung und Netzanschluss

Der Antragsteller einer KWA muss einen Schaltplan bzw. ein ausreichend detailliertes Diagramm (Single Line Diagramm) der elektrischen Komponenten mit ausreichenden Details bei der örtlichen Bauaufsichtsbehörde vorlegen, um festzustellen, ob die Installationsmethode den Vorschriften entspricht. Gewisse Hersteller von Wechselrichtern bieten Stecker-Anlagen an, die wie Balkon – Solaranlagen einfach an einer Steckdose eingesteckt werden können, sofern die einzuspeisende Leistung des Wechselrichters auf 600 Watt limitiert ist.

Längere Rotorblätter für das Binnenland

Vor allem an weniger windstarken Standorten im Binnenland ist die Verwendung langer Rotorblätter der wichtigste Hebel, um die Jahreserträge auf ein höheres Niveau zu heben. Einige Hersteller von Kleinwindanlagen bieten für die gleiche Generatorleistung unterschiedliche Rotorgrössen an. Der kleine Rotor kommt an Starkwindstandorten zum Tragen, der grössere Rotor wird an Standorten mit schwachen Windbedingungen eingesetzt.

In der folgenden Tabelle werden Daten von drei horizontalen Kleinwindrädern dargestellt, die nach Herstellerangabe eine Nennleistung von 10 Kilowatt haben. Die angegebenen Jahreserträge gelten für eine mittlere Jahreswindgeschwindigkeit von 4 m/s. Das entspricht einem guten Binnenland-Standort.