Ratgeber

Windgeneratoren und Kleinwindenergieanlagen

Mit Windkraft kann eine beachtliche Menge Energie erzeugt und als Strom nutzbar gemacht werden. Das Wissen um die Windkraft hütet die Menschheit bereits seit Jahrtausenden, doch erst seit dem 19. Jahrhundert kann der Wind auch elektrische Energie liefern.

Doch wie genau funktioniert ein Windgenerator und auf welche technischen Daten muss bei der Wahl einer Windkraftanlage geachtet werden? Unser Ratgeber gibt Ihnen einen Überblick zum Thema Windgenerator.



Was ist ein Windgenerator?

Ein Windgenerator ist der zentrale Bestandteil einer Windkraftanlage. Um Wind als Energiequelle zu nutzen, sind noch weitere Bestandteile wichtig:

Die klassische Windkraftanlage besteht aus einem Mast, der senkrecht aufgestellt wird und als Gehäuse für die Netzleitungen dient. An seinem oberen Ende sitzt eine Gondel.

Die Gondel beherbergt die Rotornabe, an der die Rotorblätter sitzen. Diese Blätter reagieren auf die kinetische Energie des Windes und werden in Bewegung versetzt. Es entsteht mechanische Energie. Bereits alte Windräder funktionierten nach diesem Prinzip und versorgten etwa die Mahlmühlen der Bauern mit Energie.

Erst mit der Erfindung und Einbindung der Windgeneratoren konnte die mechanische Energie in Watt übersetzt werden. Eine blaue LED zeigt den Ladebeginn an, sobald elektrische Energie erzeugt wird. Drehen sich die Rotorblätter, treiben sie das Getriebe im Generator an. Der Windgenerator selbst sitzt direkt an der Rotationsachse.

Der vom Generator erzeugte Strom kann entweder über einen Laderegler direkt an eine angeschlossene Batterie weitergegeben oder in das Stromnetz eingespeist werden.

Windgeneratoren werden vor allem als Hybridanlagen mit Photovoltaik für viele Einsatzbereiche interessant. Sie bieten eine Stromversorgung für:

  • Schiffe

  • Wohnwagen

  • Technik im Garten (z.B. Teichpumpe)

  • Ferienhäuser

  • Bürogebäude

  • Fabrikhallen 

  • Ladestationen (etwa für Elektroautos)

  • Notrufanlagen

  • Messstationen

  • autonome Verkehrsleitsysteme

  • Plakatwände (Beleuchtung)



Spielt die Ausrichtung der Rotoren eine Rolle?

In den meisten Fällen befindet sich ein Windrad in großen Höhen, um viel Wind einfangen zu können. Die Montage erfolgt auf einem senkrecht aufgestellten Mast oder als Direktmontage an hohen Häusern. Alternativ gibt es mobile Windräder, die beispielsweise auf Segelschiffen zum Einsatz kommen.

Um den Luftstrom bestmöglich zu nutzen, sind die meisten Windturbinen drehbar. Auf Lagern montiert, kann die Anlage den Wind möglichst parallel zur Rotationsachse einfangen.

Die Mehrheit der Windturbinen nutzt Horizontalachsenrotoren. Die Drehachse ist parallel zum Boden angeordnet. Das Auftriebsprinzip der Aerodynamik kommt so zum Tragen und die Windenergie wird effizienter nutzbar.

Es gibt jedoch auch Vertikalachsenrotoren, deren Rotorblätter sich bei gleicher Windenergie langsamer drehen. Der Vorteil hier: Die Rotoren arbeiten dafür unabhängig von der Windrichtung.



Wie funktioniert die Stromgewinnung?

Wie bei einer Solaranlage steht auch bei der Windkraftanlage am Ausgang des Generators Gleichspannung (DC) zur Verfügung. Der Strom fließt immer in dieselbe Richtung: vom Plus- zum Minuspol. Im öffentlichen Netz wird jedoch Wechselstrom (AC) benötigt, daher muss die erzeugte Energie mittels Wechselrichter umgewandelt werden.

Wichtig ist an dieser Stelle: Auch die besten Geräte können nur dann Strom erzeugen, wenn eine gewisse Windgeschwindigkeit erreicht wird. Die Rotoren müssen in Bewegung kommen. Da es windruhige Tage gibt, wird aus diesem Grund für eine zuverlässige Stromgewinnung ein Hybrid-System empfohlen.

Genutzt wird dann ein Solar-Wind-Generator, der neben dem Windrad am Mastende zusätzlich Photovoltaikmodule besitzt. Kommt diese Lösung zum Einsatz, wird ein Hybrid-Laderegler benötigt. Dieser kann das Management beider Energiequellen überwachen und steuern, sodass eine sichere und kosteneffiziente Netzeinspeisung gewährleistet wird.

Gut zu wissen: Was ist ein Laderegler?

Diese Komponente fungiert als Bindeglied. Es verbindet den Generator mit angeschlossenen Akkus und überwacht das Laden und die Entnahme von Energie. Bei Hybrid-Ladereglern kann die Ladeschluss-Spannung meist variabel eingestellt werden.



Welche Leistung können Windgeneratoren erbringen?

Während große Windturbinen mit Baugenehmigung viele Haushalte mit Strom versorgen können, sind kleine und mobile Windgeneratoren eher für den privaten Einsatz gedacht. Angegeben wird die Nennleistung in Watt (W), beziehungsweise Kilowatt (kW).

Die kleinsten Windgeneratoren erzeugen oft nur 1.000 bis 1.500 Watt. Sie kommen in Hobbyanlagen zum Einsatz und sollen beispielsweise über ihren Laderegler verschiedene Akkumulatoren aufladen. Der Anschluss an ein Stromnetz erfolgt nicht, da die erzeugte Energie viel zu gering für einen lohnenden Effekt ist.

Zur Versorgung von Privathaushalten mit Energie oder auch für Kleingewerbe eignen sich mittlere Windturbinen, die bis zu 10 Kilowatt (10.000 Watt) erzeugen. Hier lohnt sich sowohl der Anschluss eines Ladereglers für Akkus als auch der Anschluss ans Stromnetz und damit die Einspeisung ins System. Größere Windgeneratoren sind nur gewerblich im Einsatz und beginnen erst bei einer Power von 10 Kilowatt. Oft sind bis zu 250 Kilowatt möglich.

Wer mehr als nur kleine Hobbyanlagen betreiben möchte, sollte sich unbedingt vorab informieren, wie hoch der zu erwartende Stromertrag in der Region ist. Ermittelt wird dies über die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit am Standort. Im Binnenland werden an guten Standorten rund 4 Meter pro Sekunde (m/s) erreicht, an Küsten sogar 5 m/s. Gemessen wird die Windgeschwindigkeit auf der Höhe, an der später die Rotornabe sitzt.

Um die volle Leistung zu erbringen, muss zudem jeweils die passende Nennspannung in Volt angelegt sein. Auch hier unterscheiden sich die Modelle. Viele Hersteller bieten ihre Anlagen entweder mit 12, 24 oder 48 Volt Nennspannung. Um 230 Volt Wechselstrom zu nutzen, muss ein entsprechender Wechselrichter integriert sein.



Welche Kaufkriterien sind außerdem wichtig?

Nennleistung, Nennspannung und mittlere Jahreswindgeschwindigkeit sind zwar wichtige Angaben, sollte jedoch nie isoliert betrachtet werden. Achten Sie vor dem Kauf auf folgende weitere Parameter:


Rotorendurchmesser

Bei gleicher Nennleistung wird ein Rotordurchmesser von einem Meter weniger Strom erzeugen als ein Durchmesser von zwei Metern. Im Zweifel sollten Sie daher bei verfügbarem Platz die größeren Rotoren wählen.


Masthöhe

Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Höhe des Mastes, denn je höher der Generator angebracht ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass es über das Jahr verteilt ausreichend windig sein wird.


Schallpegel

Ein weiterer Parameter ist der Schallpegel. Auch eine Kleinwindanlage erzeugt bereits Geräusche, die Käuferinnen und Käufer im Hinblick auf eine etwaige Lärmbelästigung der Nachbarschaft berücksichtigen sollten. Im Regelfall liegt der erzeugte Schallpegel jedoch deutlich unter den Grenzwerten für Lärm.

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