Die Kraft des Windes zu nutzen, um Strom zu erzeugen, war bis dato nur Betreibern von Windparks vorbehalten. Jetzt eröffnen Kleinwindkraftanlagen auch Eigenheimbesitzern neue Möglichkeiten. Worauf muss man achten, damit der Kauf sich lohnt? Und welche Vorschriften gelten? Wir klären auf.
Was sind Kleinwindkraftanlagen?
28.433 Windkraftanlagen waren 2022 in Deutschland installiert. Dabei handelt es sich meist um große Anlagen mit einer Leistung ab 500 Megawatt. Üblich sind in Windparks meist Windturbinen mit einer Nennleistung von 1 bis 10 Megawatt. Obwohl eine offizielle Definition fehlt, definiert man Kleinwindkraftanlagen dagegen als Anlagen mit einer Leistung bis 100 Kilowatt. Manche Hersteller bezeichnen allerdings auch Windturbinen bis 250 Kilowatt Leistung als Kleinwindkraftanlagen.
Stromtarifrechner:
Jetzt Stromtarife vergleichen und sparen!
Alternativ nutzt man die Definition der Norm DIN EN 61400-2, die die Vorschriften für Kleinwindkraftanlagen (KWEA) festlegt. Demnach ist eine Kleinwindkraftanlage eine Anlage, bei der die Rotorfläche 200 Quadratmeter nicht übersteigt und bei der die Elektrizität mit einer Spannung unter 1000 V (Wechselspannung) oder 1 500 V (Gleichspannung) erzeugt wird.
Nichtsdestotrotz, obwohl sie kleiner sind und eine geringere Leistung aufweisen, funktionieren Kleinanlagen von der Physik her genauso wie große. Aus diesem Grund beschreibt dieser Artikel zunächst die allgemeinen Bauprinzipien von Windkraftanlagen.
Windkraftanlagen: Ausführungen und Bauweise
Wind entsteht durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne. Wenn der Wind die Blätter der Windturbine dreht, fängt ein Rotor die kinetische Energie des Windes ein und wandelt sie in mechanische Rotationsenergie um, die den Generator antreibt und Strom erzeugt.
Man unterscheidet zwischen horizontalen Windkraftanlagen, bei denen die Rotorblätter sich um eine horizontale Achse drehen, und vertikalen Windkraftanlagen mit einer vertikalen Drehachse. Beide Varianten haben Vor- und Nachteile.
Anlagen mit vertikaler Achse haben den Vorteil, dass sie keine Windrichtungsnachführung benötigen, müssen sich also nicht je nach Windrichtung drehen. Aufgrund anderer Nachteile wie einer unruhigeren Dynamik und eines schwächeren Windes in Bodennähe konnten sie sich jedoch bei großen Anlagen mit einer Leistung ab 500 Kilowatt nicht durchsetzen.
Hier bleibt das dominierende Modell die Anlage mit horizontaler Achse und drei Rotorblättern. Dreiblattrotoren haben sich seit dem Siegeszug der Windenergie ab den neunziger Jahren durchgesetzt, weil sie dynamisch gesehen am ruhigsten sind.
Dabei handelt es sich um sogenannte Luvläufer, bei denen der Rotor in Windrichtung vor dem Turm läuft. Leeläufer, bei denen der Rotor hinter dem Turm steht, haben den Nachteil, dass der periodische Gang des Rotorblattes durch den Turm wegen der verwirbelten Strömung im Turmschatten für zusätzlichen Lärm sorgt, was der Akzeptanz schadet.
Auch bei Kleinwindkraftanlagen dominieren Turbinen mit horizontaler Achse und drei Rotorblättern. Einige Anbieter haben sich jedoch auch auf sogenannte Laterne-Windturbinen mit vertikaler Achse spezialisiert.
Heizung Fachbetriebe:
Preise vergleichen und sparen
- Bundesweit
- Unverbindlich
- Qualifizierte Anbieter
- Top Preise
Warum drehen sich Windkraftanlagen?
Dass Windkraftanlagen sich drehen, hängt mit dem sogenannten Flügelprofil zusammen. Steht der Rotor im Wind, erzeugt der unterschiedliche Verlauf der Stromlinien genauso wie bei den Tragflügeln eines Flugzeugs eine Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite. Dieser Druckunterschied sorgt wiederum für ein Drehmoment.
Damit die Anlage sich dreht und Strom erzeugt, muss der Wind jedoch eine Mindestwindgeschwindigkeit aufweisen. Zwar ist es nicht möglich, eine Voraussage bezüglich einer bestimmten Windgeschwindigkeit an einem bestimmten Tag zu treffen. Bestimmte Standorte weisen jedoch über das Jahr gesehen eine höhere mittlere Windgeschwindigkeit als andere. Diese Flächen, die sich oft in Küstennähe befinden, eignen sich besonders als Standorte für Windparks. In bergigen Regionen und dicht bebauten Gebieten reicht der Wind dagegen oft nicht aus, um einen zufriedenstellenden Ertrag zu erzielen.
Generell ändert sich die Windgeschwindigkeit abhängig von der Höhe. In Bodennähe bremsen Bäume, Gebäude und weitere Hindernisse den Wind. Fachleute sprechen in diesem Zusammenhang von einer bodennahen Grenzschicht und von einem Höhenprofil des Windes. Aus diesem Grund wählt man für große Windkraftanlagen Turmhöhen von 60 bis 100 Metern und darüber. Bei Kleinwindkraftanlagen ist eine solche Höhe aufgrund der Bauvorschriften nicht realisierbar.
Im Allgemeinen wächst die Windleistung, die dem Wind entnommen werden kann, mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit bedeutet daher eine achtfache Leistung. Die mittlere Windgeschwindigkeit an einem Standort entscheidet aus diesem Grund darüber, ob es sich lohnt, eine Windkraftanlage aufzustellen. Diese Überlegung gilt sowohl für kleine als auch für große Windkraftanlagen.
Wie erhalte ich Informationen über die mittlere Windgeschwindigkeit an einem Standort?
Eine allgemeine Aussage, ab wann der Betrieb einer Kleinwindkraftanlage sich lohnt, ist schwer zu treffen. Fachleute geben oft den Wert von vier Meter pro Sekunde (mittlere jährliche Windgeschwindigkeit) als Richtwert an. Maßgebend ist allerdings auch die Windrichtung, dessen Häufigkeitsverteilung sich anhand einer Windrose darstellen lässt.
Auch wenn der Jahresmittelwert wichtig ist, handelt es sich nicht um den wichtigsten Wert. Viel ausschlaggebender ist die Häufigkeitsverteilung des Windes. Um sie zu erfassen, bildet man Windstärke-Klassen (1 bis 2 m/s, 2 bis 3 m/s usw.) und schaut man, wie viele Stunden pro Jahr der Wind in den einzelnen Klassen weht.
Je höher der Preis für die Anlage, desto wichtiger wird die Einschätzung des Windstandortes, um zu urteilen, ob der Kauf sich lohnt. Wer beispielsweise 10.000 Euro für eine Windturbine ausgibt, sollte den Standort mehrere Monate mit einem professionellen Gerät messen. Solche Windmesssysteme gibt es ab zirka 300 Euro. Ausgefeilte Messsysteme inklusive Mast sind ab zirka 1.500 Euro zu haben.
Wer keine Zeit investieren möchte oder kann, kann einen professionellen Dienstleister beauftragen, der allerdings meist für eine detaillierte Analyse einen mittleren vierstelligen Betrag verlangt. Alternativ bieten allgemeine Datenbanken wie der Global Wind Atlas gute Ansatzpunkte, wenn auch oft keine präzise Einschätzung.
Gibt es für Kleinwindkraftanlagen eine Einspeisevergütung und Förderungen?
Genauso wie Besitzer von Solaranlagen erhalten auch Kleinwindkraftanlagen eine Vergütung, wenn sie den erzeugten Strom ins öffentliche Netz einspeisen. Allerdings beträgt sie derzeit (Stand: 2023) 8,93 Cent pro Kilowattstunde. Damit lohnt es sich eher, den Strom selbst zu verbrauchen. Anders als bei großen Windparks ist der Betrieb einer Kleinanlage mit dem Ziel, den Strom zu verkaufen, nicht lukrativ.
Zuschüsse für Kleinwindkraftanlagen gibt es vom Staat derzeit nicht. Allerdings vergibt die KfW-Bank unter bestimmten Bedingungen günstige Kredite.
Was kosten Kleinwindkraftanlagen?
Die meisten Kleinwindkraftanlagen auf dem Markt weisen eine Leistung zwischen 1 und 10 Kilowatt auf. Der Preis schwankt erheblich zwischen 200 und 9.000 Euro pro Kilowatt Leistung. Dabei ist billig nicht zwingend besser: Wer auf qualitativ hochwertige Materialien und Bauteile setzen möchte, sollte lieber etwas tiefer in die Tasche greifen, um negative Überraschungen zu verhindern.
Zusätzlich zum Kaufpreis der Anlage kommen Installationskosten hinzu, etwa für das Aufstellen und für das Fundament. Auch müssen die kleinen Windturbinen gewartet und bei Bedarf repariert.
Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist jedoch nicht der Preis der Anlage an sich, sondern die sogenannten Stromgestehungskosten. Damit ist der Preis pro Kilowattstunde gemeint, die die Anlage erzeugt. Eine solche Analyse berücksichtigt daher den voraussichtlichen Ertrag während der gesamten Lebenszeit der Anlage, den Eigenverbrauch und die Einspeisevergütung, die die Besitzer genauso wie bei Photovoltaikanlagen für die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz bekommen.
Welche Vorschriften gelten für Kleinwindkraftanlagen?
Anders als Photovoltaikanlagen, die keine Genehmigung benötigen, gelten Kleinwindkraftanlagen als Bauwerke. Dies hängt damit zusammen, dass sie erstens eine gewisse Höhe übersteigen und zweitens Schallemissionen verursachen. Auch sind Turm und Rotorblätter stets Belastungen ausgesetzt. Aus Sicherheitsgründen muss es sichergestellt sein, dass sie auch diesen Belastungen standhalten.
Photovoltaik Grundlagen
Photovoltaik Grundlagen Nicht nur für all diejenigen, die sich regelmäßig über zu hohe Stromrechnungen ärgern, sondern auch für alle, die… weiterlesen
Konkret greifen je nach Höhe verschiedene Gesetze und Vorschriften:
- Ab einer Gesamthöhe von 50 Metern (Punkt der höchsten Flügelspitze) gelten Windturbinen als Großwindkraftanlagen, die nur außerhalb von Siedlungen errichtet werden dürfen. Das Genehmigungsverfahren richtet sich nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz.
- Ab einer Höhe von 10 Metern ist in den allen Bundesländern eine Genehmigung der zuständigen Baubehörde erforderlich.
- Bis zu einer Höhe von 10 Metern verzichten viele Bundesländer auf eine Baugenehmigung. Es ist dennoch empfehlenswert, vor der Inbetriebnahme einer Kleinwindkraftanlage Rücksprache mit den Nachbarn zu halten. Fühlt sich etwa der Besitzer des Nachbargrundstücks durch die Anlage gestört, kann er klagen und verlangen, dass die Anlage entfernt wird. Damit fehlt Besitzern die wichtige Planungssicherheit.
Fazit: Lohnen sich Kleinwindkraftanlagen für Privatbetreiber?
Auf dem Markt ist das Angebot an Kleinwindkraftanlagen für die private Stromerzeugung vielfältig. Günstige Anlagen gibt es etwa schon ab 200 Euro. Wer eine solche Mini-Windturbine in den Garten stellen möchte, sollte jedoch vor dem Kauf eine fundierte wirtschaftliche Analyse durchführen. Dazu schätzt man den voraussichtlichen Stromertrag und setzt man ihn in Verhältnis zu den Anschaffungs-, Wartungs- und Betriebskosten der Windturbine über die Gesamtlebensdauer der Anlage.
Ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit sind die mittlere Windgeschwindigkeit und die Windverteilung an dem Standort. Somit ist es nicht möglich pauschal zu sagen, ob der Kauf sich für Eigenheimbesitzer rentiert. Wer in einer windreichen Region wohnt und beispielsweise ein freies Feld oder eine offene Fläche zur Verfügung hat, kann möglicherweise so viel Strom erzeugen, dass die Anlage sich amortisiert. Dabei ist aufgrund der niedrigen Einspeisevergütung der Selbstverbrauch lukrativ als die Netzeinspeisung.
Der Betrieb im eigenen Garten in einer reinen Wohnsiedlung lohnt sich dagegen meist nicht, da der Wind zu schwach ist. Wälder, Hausdächer und ähnliche Konstellationen sind wegen der vielen Hindernisse ebenfalls ungeeignet. Auch sollte der Standort immer so gewählt werden, dass die Schallemissionen für die Nachbarn gering bleiben und dass sie sich nicht gestört fühlen. Auch aus diesem Grund funktioniert der Betrieb für viele Eigenheimbesitzer nicht. Diese sind in vielen Fällen besser mit Photovoltaikanlagen beraten.
Energieautarkie: Wie autark können wir leben?
Viele Hausbesitzer träumen davon, unabhängig von fossilen Quellen und mit eigenem Strom zu leben. Doch lässt sich in Deutschland eine… weiterlesen
Artikel Empfehlungen zum weiterlesen
