IG Windkraft Windfakten
Wind und Energie

Wie funktioniert ein Windrad?

Vereinfacht gesagt entnimmt ein Windrad über den Rotor dem wehenden Wind einen Teil der Energie. Der Wind versetzt den Rotor in Rotation. Die Rotations-Energie wird dann mit Hilfe eines Generators in Strom umgewandelt. Von dort aus wird die elektrische Energie ins Stromnetz eingespeist. Die Höhe der Anlage ist dabei sehr wichtig. Je höher die Anlage ist und je größer der Rotordurchmesser, desto gleichmäßiger ist die Windströmung und umso mehr Strom kann erzeugt werden.

Die Bauteile einer Kleinwindenergieanlage

Rotor

Kleinwindkraftanlagen gleichen vom Prinzip her der Großwindkraft gleich.
Jedoch gibt es bei der Kleinwindkraft verschiedenste Bauformen und Ausführungen. Das wesentlichste Unterscheidungsmerkmal zur Großwindkraft ist die Größe und Form des Rotors. Alle Großwindkraftanlagen haben eine horizontale Rotorachse. Im Bereich der Kleinwindkraft werden auch Anlagen mit vertikalen Rotorachsen angeboten. Beide Technologien haben ihre Vor- und Nachteile.

Horizontalachsanlagen

  • Hohe Effizienz

  • Verschiedene Konzepte bei der Windnachführung

  • Meist höhere Bauhöhe und dadurch höhere Ertragschancen

  • Meist etwas höhere Schallemissionen

Vertikalachsanlagen

  • Mäßige Effizienz

  • Windnachführung ist nicht notwendig 

  • Eher geeignet für turbulente Windverhältnisse

  • Geringere Schallemissionen

Eine Auflistung aller zu erwerbenden gängigen Kleinwindkraftanlagenbiete bieten der BWE und die deutsche Kleinwindkraftplattform www.klein-windkraftanlagen.com in ihren kostenpflichtigen Marktreports an.

Horizontal- und Vertikalanlage

Hinweis

Die Bauform alleine sagt nichts über die Qualität bzw. Effizienz einer Anlage aus. Es gibt quer durch alle Bauformen gute und weniger gute Produkte. Der bewährte horizontale „Propellertype“ mit 3 Flügeln, ist jedoch mit Abstand am weitesten verbreitet, gut erforscht und effizient.

Je weniger Flügel eine Anlage hat, umso anfälliger ist sie für Turbulenzen. Je geringer die Turbulenz ist, desto besser ist die Leistungsausbeute. In der Vergangenheit gab es in der Kleinwindkraftbranche teilweise Fälle von unseriösen Anbietern, die Anlagen minderer Qualität verkauft haben. Nehmen Sie sich daher Zeit, sehen Sie sich Referenzanlagen an und ziehen Sie am Besten immer unabhängige Experten zu Rate.

Sturmsicherung

Da sich Kleinwindkraftanlagen in der Nähe der Abnehmer (Häuser, landwirtschaftliche Gebäuden etc.) befinden und somit im dicht verbauten Gebiet sind, ist eine Sturmsicherung ein wesentlicher Bestandteil einer Kleinwindkraftanlage. Es gibt verschiedene Varianten die Anlagen zu bremsen bzw. aus dem Wind zu nehmen:

  • Generatorkurzschluss: Die Anlage wird aufgrund des Kurzschlusses des Generators gebremst, der Anlagenwiderstand erhöht sich 

  • Stallregelung (Strömungsabriss): Aufgrund des Rotorblattdesigns reißt die Strömung bei einer bestimmten Windgeschwindigkeit ab. Somit reduziert sich die Anlagengeschwindigkeit

  • Helikopter Regelung: Bei zu hohen Windgeschwindigkeiten klappt sich die Anlage aufgrund eines Federmechanismus aus dem Wind nach oben

  • Aus dem Wind drehen: Durch einen eigenen Stellmotor kann die Gesamtanlage aus dem Wind gedreht werden

  • Pitch-Regelung (Rotorblattverstellung): Durch die Verstellung einzelner Rotorblätter wird die Windlast von der Anlage genommen. Dadurch kann die Leistungsabgabe ab der Nenngeschwindigkeit auf eine konstante Leistung geregelt werden. Alle modernen Großwindanlagen haben diese Regelung eingebaut.

  • Mechanisches Bremssystem

Generator

In Kleinwindkraftanlagen werden verschiedenste Arten von Generatoren verbaut. Am häufigsten aufzufinden ist, aufgrund seiner Robustheit, der Asynchrongenerator. Um den erzeugten Strom verwenden oder in das Netz einspeisen zu können, muss eine netzkonforme Spannung und Frequenz mittels Wechselrichter hergestellt werden, da der Generator „asynchron“ zum  Stromnetz ist.

Wechselrichter

Eine "Muss-Voraussetzung" für den optimalen Wechselrichter bei Kleinwindkraftanlagen ist, dass dieser schnelle und häufige Lastwechsel durch Böen verarbeitet. Die Einspeisung des erzeugten Stroms der Kleinwindräder erfolgt grundsätzlich im Niederspannungsnetz (230/400V –  Haushaltsstrom).

Wird der erzeugte Windstrom wie bei einer Photovoltaikanlage in das örtliche Netz eingespeist, muss zuerst ein Einspeisepunkt definiert werden. Dieser wird vom Netzbetreiber vergeben und mit einer Zählernummer versehen. Dieser Zählpunkt wird dann zur Abrechnung der erzeugten und in das öffentliche Netz eingespeisten Energie herangezogen.

Hinweis

Eine Feinabstimmung der gesamten Regelungselektronik samt Wechselrichter mit der Windkraftanlage, ist essenziell. An dieser Schnittstelle kann viel Energie verloren gehen, wenn nicht alle Bauteile genau aufeinander abgestimmt sind.

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