Windmühlen für den Garten - Je höher und je freier ein Windrad in der Landschaft steht, desto größer ist der Stromertrag

Laut einer Studie des Bundesverbandes Windenergie (BWE) interessieren sich immer mehr Eigenheimbesitzer für Kleinwindräder. Die Anlagen haben demnach in Deutschland großes Marktpotenzial. Allerdings sei das Angebot noch sehr unübersichtlich und manche angebotenen Anlagen noch nicht völlig ausgereift, heißt es in der Studie: „[es sind] viele verschiedene kleine Anlagen mit manchmal sehr schlechtem Leistungsverhalten, geringer Effizienz und schlechter Qualität [auf dem Markt]“.
Handwerker oder Planer haben es besonders schwer, die Angebote zu vergleichen, weil die Herstellerangaben nicht standardisiert sind. Dabei lassen sich falsche Angaben leicht entlarven, wenn man die Maße der Anlage kennt. Denn die Energie, die ein Windrad maximal liefern kann, hängt von der Fläche ab, die die Rotorblätter abdecken. Durchschnittlich 300 bis 350 W Leistung pro m² sind realistisch, sagt Mersid Huskic vom Windanlagenbauer PSW Energiesysteme in Celle.
Weitaus höhere Werte sollten stutzig machen. Einige Anbieter versuchen ihre Anlagen auch aufzuwerten, indem sie die Leistung bei 20 m pro Sekunde oder ähnlich angeben. Das entspräche 8 bis 9 Windstärken. Und die sind eher die Ausnahme.

Windverhältnisse erfassen und auswerten
„In küstennahen Regionen wie Nord- und Ostfriesland sind durchschnittliche Windgeschwindkeiten von 5 bis 6 m pro Sekunde üblich. Im Binnenland ist eher mit 3,5 bis 4,5 m pro Sekunde zu rechnen“, sagt Huskic.
Laut PSW kann eine Anlage mit einer Leistung von 5 kW und einer Nabenhöhe zwischen 7 und 17 m bis zu 21000 kWh jährlich erzeugen, je nach Standort und Rotordurchmesser. Die Erträge können in der Praxis stark variieren, daher rät PSW im Zweifelsfall dazu, die Windverhältnisse an dem geplanten Standort vor Baubeginn über einen längeren Zeitraum zu erfassen und auszuwerten.
Erst danach sollte enschieden werden, ob tatsächlich wie vorgesehen gebaut wird oder nicht. „Wir bieten Interessenten die Möglichkeit, bei uns Windmessgeräte zu erwerben, um die nötigen Daten vor Ort für drei bis sechs Monate erfassen zu können“, so Huskic. „So lässt sich im Vorfeld klären, wo die Aufstellung einer Anlage sinnvoll ist und ob sie an dem geplanten Standort wirtschaftlich betrieben werden kann.“
Seit 2007 entwickelt PSW Windanlagen. 2009 wurden erste Prototypen auf der Hannovermesse vorgestellt. Die Modellreihe „EN-Drive 2000“ von PSW umfasst drei Anlagentypen von 5 bis 15 kW mit Rotordurchmessern von 6,2 bis 8,5 m und Bauhöhen von 10 bis 21 m.
Der Physiker Albert Betz hat schon 1919 nachgewiesen, dass die theoretische Maximalausbeute im Verhältnis von Input zu Output bei einer Windkraftanlage 59,3% beträgt. Denn würde der Wind 100% seiner Energie abgeben, stünde die Luft plötzlich still. Doch die nachfolgenden Luftmassen strömen weiter und reißen die Moleküle mit, sodass sich ein theoretisches Gleichgewicht bei 59% einpendelt. In der Praxis ist dieser Wert allerdings noch nie erreicht worden.

Wirkungsgrad von 40% und mehr
Moderne Kleinwindanlagen mit Horizontalrotoren erreichen unabhängig vom Hersteller im Durchschnitt einen Wirkungsgrad von 40% und mehr. Vertikalanlagen kommen auf rund 30%. „Das entspricht dem Stand der Technik und ist üblicherweise für Kleinwindanlagen auch ausreichend“, sagt Paul Kühn vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel.
„Konventionelle Windanlagen erreichen heute je nach Typ und Hersteller einen Wirkungsgrad von 50% und mehr“, sagt Kühn. „Bei Kleinwindanlagen ist das aus aerodynamischen und fertigungstechnischen Gründen nicht möglich und erfahrungsgemäß auch nicht erforderlich.“
Seiner Ansicht nach sollte vor der Kaufentscheidung für eine Kleinwindanlage nicht nur der Wirkungsgrad betrachtet werden. „Der Wert eignet sich nur bedingt, da z.B. bei hohen und sehr hohen Windgeschwindgkeiten die Effizenz der Anlage erheblich abnimmt“, sagt Kühn.
Wichtiger sei es, einen Anlagenstandort zu finden, der langfristig die bestmöglichen Erträge liefern könne. „Das ist die Hauptherausforderung: einen Standort zu haben, der über die Laufzeit der Anlage ausreichend Wind zur Verfügung hat, um das Windrad optimal betreiben zu können.“ Bislang muss der Anlagenbetreiber diese Standortsuche aus eigener Tasche finanzieren und entsprechende Gutachten in Auftrag geben.
Künftig wird die Arbeit voraussichtlich etwas einfacher sein. Das IWES beginnt in Kürze im Auftrag des Bundesumweltminis­teriums mit einer Untersuchung zum bundesweiten Potenzial für den Betrieb von Kleinwindanlagen. Das Gesamtpotenzial bezüglich Flächen und Ertrag wird unter Berücksichtigung der Windverhältnisse und der bestehenden Flächennutzung untersucht.
Zudem strebt das Institut die Einführung einheitlicher und damit vergleichbarer Herstellerangaben an. Beim Kauf einer Waschmaschine können Verbraucher anhand des Stromverbrauchs erkennen, welche Qualität das Gerät hat und diesen Wert zum Vergleich mit anderen Angeboten verwenden. Bei Kleinwindanlagen geht das nicht. Die Hersteller geben die technischen Daten der Anlagen nicht selten in verschiedenen Maßeinheiten an, sodass sie nicht miteinander verglichen werden können.
Das muss sich ändern, sagt Kühn. Analog zum Stromverbrauch der Waschmaschine könnte bei Windanlagen die Rotorfläche als Vergleichskriterium dienen. Darum strebt das IWES jetzt an, dass Hersteller in Zukunft vergleichbare Werte in den technischen Datenblättern auflisten. Erreichen lässt sich das u.a. mit der Einführung eines Siegels beziehungsweise eines Zertifikats, dass für alle Hersteller verbindlich ist.

Kaum technische Unterschiede
Nach Angaben des Bundesverbandes Kleinwindanlagen kann ein Kleinwindrad bei 22 m Nabenhöhe und 16 m Rotordurchmesser an einem guten Standort im Idealfall über 100000 kWh jährlich erzeugen. Wie viele Kleinwindräder es in Deutschland inzwischen gibt, ist unbekannt. Schätzungen liegen zwischen 4000 und 10000 Anlagen mit durchschnittlich 1,5 kW Nennleistung, heißt es beim Bundesverband Kleinwindanlagen. Der Markt war und ist eine Nische. Ob sich das in naher Zukunft ändern wird, und falls ja in welchem Umfang, darüber streiten Experten.
Technisch unterscheiden sich Kleinwindanlagen kaum von konventionellen Windrädern. Heranströmender Wind treibt einen Rotor an und setzt dadurch einen Generator in Bewegung. Der erzeugte Gleichstrom wird in einem Wechselrichter auf die Netzspannung von 230 V oder 400 V Wechselstrom umgewandelt.
Ähnlich ist es bei den Faktoren für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage: Wie bei den großen Windrädern, entscheiden auch bei den Kleinanlagen vier Faktorem über die Rentabilität der Investition: die Leistung, der Rotordurchmesser, die Referenzgeschwindkeit und die Windhöfigkeit am Anlagenstandort.
Als Faustformel gilt, dass je höher der Standort der Anlage liegt und je größer die Entfernung zur umliegenden Bebauung oder zu Bäumen ist, desto störungsfreier trifft der Wind auf den Rotor und desto mehr Ertrag erwirtschaftet die Anlage.
Bisher wird laut EEG der eingespeis­te Strom aus Kleinwindanlagen genauso vergütet wie von konventionellen Windanlagen an Land: In den ersten fünf Jahren ab Inbetriebnahme mit 8,93 Cent je kWh und in den folgenden fünfzehn Jahren mit 4,87 Cent. Zum Vergleich: Dänemark und Großbritannien haben spezielle Vergütungssätze von 25 bis 30 Cent pro kWh für Kleinwindräder.
Nach Ansicht von Experten sollte die Bundesregierung die Technologie stärker fördern als bislang. Dann hätten Investoren mehr Sicherheit und könnten im voraus kalkulieren, welche Rendite die Geldanlage abwerfen wird. Aber bislang fand die Forderung kein Gehör in den zuständigen Ministerien. Auch in der jüngsten EEG-Novelle wurde auf die Kleinwindräder keine gesonderte Rücksicht genommen.

Vorteile bei hohem Eigenverbrauch
Bislang müssen sich die Anlagen allein durch die Menge des erzeugten Stromes bezahlt machen. Zu hohe Erwartungen dürfen die Betreiber nicht mitbringen. „Die Anlagen rechnen sich vor allem für Anwendungen mit hohem Eigenverbrauch“, sagt Dennis Kramer von Aircon in Leer in Ostfriesland. „Der Großteil des erzeugten Stromes, etwa 70 bis 80%, sollte vor Ort verwendet werden.“ Ohne Eigenverbrauch sei die Investition nicht sinnvoll.
Das Unternehmen fertig und liefert seit 2003 ausschließlich Kleinwindräder. Es gehört damit zu den ältesten Anbietern in Deutschland. Rund 120 Aircon-Anlagen sind weltweit in Betrieb, die meisten in Deutschland, sagt Kramer. „Viele Anlagen werden von Landwirten betrieben, die mit der erzeugten Energie große Stromverbraucher vor Ort betreiben.” Das Modell „Aircon 10 S“ mit einer Leistung von 10 kW und einer Nabenhöhe von 18 bis 30 m kann nach Unternehmensangaben bei einer Windgeschwindkeit von 5,5 m pro Sekunde und einem Rotordurchmesser von 7,13 m einen Jahresertrag von mehr als 20000 kWh erzeugen.

Erleichterungen bei Genehmigungsverfahren
Die genehmigungsrechtlichen Anforderungen für den Bau eines Kleinwindrades sind in einigen Bundesländern modernisiert und vereinfacht worden. Nach Angaben des Bundesverbandes Kleinwindanlagen arbeiten derzeit verschiedene Landesregierungen an Erleichterungen bei den Genehmigungsverfahren für Kleinwindanlagen. Schleswig-Holstein hat in einem Erlass den Betrieb von Anlagen bis 30 m Höhe für jedermann im Außenbereich ermöglicht. Nordrhein-Westfalen plant ebenfalls einen neuen Winderlass im Rahmen der Landesbauordnung. Leichter haben es Antragsteller in mittel- und süddeutschen Bundesländern.
In Sachsen-Anhalt, Bayern, Baden-Württemberg und im Saarland ist in den Landesbauordnungen festgelegt, dass Kleinwindanlagen bis zu einer Höhe von 10 m nur anzeigepflichtig sind. Antragsteller sparen das Geld für einen Bauantrag sowie den Zeitverzug für das Genehmigungsverfahren. Die Regelungen des Baurechts müssen bei der Installation der Anlage aber trotzdem beachtet werden; besonders wichtig sind die Maßgaben für den Abstand der Anlage zu umliegenden Gebäuden. Der Verband erwartet, dass in den nächsten drei Jahren hauptsächlich Anlagen zwischen 10 und 35 kW installiert werden, da der Genehmigungsaufwand im Vergleich zu kleineren Anlagen gleich groß ist.

Autor: Dirk Krause

Bilder: Autor

Standortwahl für Kleinwindanlagen
Das Fraunhofer IWES hat im Internet ein Exel-Tool eingerichtet, um mögliche Standorte für Kleinwindräder auf ihre Wirtschaftlichkeit prüfen zu können. In die Berechnungen fließen u.a. die Nabenhöhe, die Leistung der Anlage sowie die Windhäufigkeit an dem geplanten Standort ein.
Online unter www.windmonitor.de > Service > Ertragsschätzung kleine Windanlagen

Marktübersicht Hersteller von Kleinwindanlagen

• Aircon International, 26789 Leer, Tel. 0491 45400,info@aircon-international.com, www.aircon-international.com
• Braun Windturbinen, 57583 Nauroth, Tel. 02747 930585,info@braun-windturbinen.com, www.braun-windturbinen.com
• EasyWind, 25917 Enge-Sande, Tel. 04662 884310,mailto@easywind.org, www.easywind.org
• Nordwind Energieanlagen, 17036 Neubrandenburg, Tel. 0395 77756110, info@nordwind-energieanlagen.de, www.nordwind-energieanlagen.de/
• PSW-Energiesysteme, 29227 Celle, Tel. 05141 4870511,info@psw-energiesysteme.com, www.psw-energiesysteme.com
• Q-Solution GbR, 67366 Weingarten, Tel. 06344 7281,info@q-solution.de
• S&W Energiesysteme, 37269 Eschwege, Tel. 05651 76381,info@s-und-w-energie.de, www.s-und-w-energie.de
• Sternberg AG, 57392 Schmallenberg, Tel. 02972 97230,info@sternberg-ag.com, www.sternberg-ag.com
• Skystream, Southwest Windpower, 50996 Köln, Tel. 0221 16539450,info@southwestwindpower.eu, www.southwestwindpower.e
• winDual, OutsourcEng Ltd.&Co.KG,  72622 Nürtingen, Tel. 0173 3830418,info@windkraft-anlagen.com, www.windkraft-anlagen.com