Kleinwindkraftwerk – So viel Strom produzierst du mit Wind

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Windenergie ist neben Solarenergie eine wichtige Säule nachhaltiger Stromversorgung und wird auch für Eigentümer immer interessanter. Doch was kann das Miniwindrad auf Dach und Garten wirklich?

Kleinwindkraftanlage - in Kürze

  • Der Ertrag der Kleinwindkraftanlage hängt stark vom Standort ab.
  • Während sie für das Eigentumshaus oder den Garten sehr geeignet sind, raten Expeten vom Betrieb auf dem Balkon ab.
  • In den meisten Fällen lohnt sich die Anlage wirtschaftlich nicht, ist jedoch ein Beitrag zur Energiewende.
  • In den meisten Bundesländern sind kleine Anlagen genehmigungsfrei.

Was ist eine Kleinwindanlage?

Eine Kleinwindkraftanlage (KWA) oder auch Kleinwindenergieanlage (KWEA) funktioniert genau wie ein großes Windrad: Sie wandelt die Energie aus dem Wind in Strom um. Dies geschieht durch einen Rotor, der bei ausreichend Wind durch die Rotorblätter angetrieben wird und wie bei einem Dynamo am Fahrrad die Bewegungsenergie über eine Antriebswelle in einen Generator leitet, wo sie zu Gleichstrom umgewandelt wird.

Grundsätzlich sind Kleinwindkraftanlage so definiert, dass sie nicht höher als 50 Meter hoch und eine geringere Leistung als 50 Kilowatt haben. Ansonsten zählt die Anlage zu den großen Windrädern. Allerdings sind diese für den Betrieb im eigenen Garten oder auf dem Haus deutlich zu groß. Für Anlagen auf dem Haus sind Mikrowindanlagen ab 1,5 Kilowatt bis Kleinwindanlagen bis 10 Kilowatt Leistung typisch. Ohne Genehmigung vom Bauamt dürfen die Windräder in den meisten Ländern ohnehin nicht 10 Meter Höhe überschreiten.

Welche Arten von Windkraftanlagen gibt es?

Es gibt Anlagen mit verschiedenen Designs, vom klassischen "Propeller" bis zu sich vertikal drehenden Modellen. Die horizontale Bauweise mit senkrecht abstehenden Rotorblättern ist die bekannteste. Sie überzeugt mit einem hohen Wirkungsgrad und liefert hohe Stromerträge. Die vertikale Bauweise, bei der die Rotorblätter waagerecht angebracht sind, verursachen in der Regel weniger Lärm. Es gibt  weltweit mehrere hundert Anbieter mit unterschiedlichen Modellen, Formen und Varianten, die alle ihre Vor- und Nachteile haben.

Achtung

Viele Anbieter auf den Markt haben zwar eine CE-Zertifizierung, oft fehlen aber unabhängige Prüfzertifizierungen. Es gibt hunderte Anbieter und Geräte, die aber genauso schnell wieder vom Markt verschwinden. Experten warnen deswegen vor allzu großen Versprechungen. Günstige und trotzdem höchsteffiziente Geräte sind eher Marketingtrick zu bewerten .

Standort: Wo kann ich eine Kleinwindkraftanlage montieren?

Eine Kleinwindkraftanlage, Foto: hcast | adobe.stock
Ein kleines Windkraftwerk für Haus und Garten kann bei guten Windverhältnissen den Haushalt mit zusätzlichem Strom versorgen. Foto: hcast | adobe.stock

Für eine Kleinwindanlage sind viele Orte für den Aufbau denkbar. Ob im Garten auf einem Gerüst, auf dem Dachfirst des Einfamilienhauses oder am Balkon der Mietwohnung. Allerdings ist Installation am Balkon oder direkt an der Hausfassade ist in der Regel nicht zu empfehlen, da die Windverhältnisse dort meist zu schlecht sind. Ohnehin müsste Vermieter und gegebenenfalls der Stromversorger mitspielen, weil Stromzähler und Stromkasten umgerüstet werden müssten, um den Strom in der Wohnung zu nutzen.

Aber auch im Garten oder auf dem Haus muss nicht zwangsläufig der beste Standort sein. Grundsätzlich gilt: Exponierte Lagen auf einem Hügel oder in Küstennähe garantieren durchgehend stärkere Winde. Umliegende Häuser und Wälder sorgen dagegen für Luftverwirbelungen und beeinträchtigen den Luftstrom. Mit einem Windmesser kann zuvor ausgelotet werden, ob es denn überhaupt Sinn ergibt, eine Windanlage auf oder am Haus im Garten aufzustellen. 

Wie stark sollte der Wind sein?

Die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit sollte mindestens vier bis fünf Meter pro Sekunde (in Rotorhöhe) betragen. Das sind etwa 15 bis 20 Km/h. Eine erste Einschätzung, wie die Windverhältnisse in der Region sind, liefert die Windkarte des Deutschen Wetterdienst. Für eine sichere und genaue Einschätzung der Windverhältnisse muss jedoch auf einen Windsensor oder auf einen Fachmann zurückgegriffen werden. Beides kann jedoch kostspielig sein.

Wichtig ist, dass es sich nicht um verwirbelten, turbulenten Wind handelt, sondern um die sogenannte laminare Windströmung. Nur den kann eine Windanlage in Strom umwandeln.

Praxis-Tipp

Der Deutsche Wetterdienst liefert eine bundesweite Windkarte zur mittleren Windgeschwindigkeit. Sie liefert einen Überblick, welcher Standort für eine Kleinwindkraftanlage geeinget ist.

 

Wie viel Strom liefert eine Kleinwindkraftanlage?

Abhängig vom Wind und vom Standort kann die Kleinwindkraftanlage wenig bis enorm viel Strom produzieren. Wichtigster Wert zur Einordnung des Geräts ist die Nennleistung. Der Begriff bezeichnet die garantierte höchste Dauerleistung an. Üblich für den Haushalt sind kleine 1,5 bis  3,5 kW Nennleistung. Es gibt aber auch größere. Es gilt jedoch: Selbst die beste Anlage kann nicht mehr Energie aus dem Wind herausholen als drin ist. Denn sie alle unterliegen den physikalischen Naturgesetzen: In diesem Fall liefert die kinetische Energie (der Wind) bei doppelter Geschwindigkeit die achtfache Leistung – bei halber Geschwindigkeit nur ein Achtel.

Info

Physikalische Grenzen der Windenergie
Während bei Sonnenenergie der Wirkungsgrad von Solarzellen mittlerweile über 90 Prozent liegt und stetig verbessert wird, ist er bei Windanlagen begrenzt. Das Betz'sche Gesetz (1919) besagt, dass eine Windkraftanlage höchstens  59 Prozent der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie umwandeln kann. Doch selbst dieser Höchstwert wird von modernen Anlagen nicht erreicht, weil allein durch den Reibungsverlust des Generators etwa 10 Prozent verloren gehen.

Hintergrund: Würde ein der Rotor die Energie der strömenden Luft vollständig aufnehmen (was 100 Prozent Wirkungsgrad entspräche, wirkt er wie eine Wand. Die Luft dahinter würde stillstehen, wodurch keine neue Luft nachrücken kann. Die Energiegewinnung würde abrupt stoppen. Effiziente  Windräder dürfen also nur so viel Energie nutzen, dass die Luft dahinter wegströmt, ohne die neue zu bremsen.

Welche Jahreserträge theoretisch erwirtschaftet werden können, zeigt die folgende Tabelle:

Nennleistung (kW)WindverhältnisseJahresertrag (kWh)
1,5Schwach (3 m/s)480
1,5Gut (4 m/s)1.270
1,5Sehr gut (5 m/s)2.250
3,5Schwach (3 m/s)770
3,5Gut (4 m/s)2.400
3,5Sehr gut (5 m/s)4.700
6Schwach (3 m/s)2.000
6Gut (4 m/s)5.800
6Sehr gut (5 m/s)10.000
10Schwach (3 m/s)3.000
10Gut (4 m/s)9.000
10Sehr gut (5 m/s)17.000

Quelle: klein-windkraftanlagen.com

Zum Vergleich: So viel Strom verbraucht eine vierköpfige Familie im Jahr im Durchschnitt.

 EinfamilienhausWohnung
Warmwasser ohne Strom4.000 kWh2.600 kWh
Warmwasser mit Strom5.000 kWh4.100 kWh

Quelle: co2-online.de

Es ist also gut zu erkennen: Ein Standort mit weniger als 4 m/s Windgeschwindigkeit wird den Energiebedarf mit den kleinen Anlagen bis 3,5 kW Nennleistung kaum decken können. Aber zumindest einen Teil. Es ist neben der Nachhaltigkeit auch eine wirtschaftliche Frage, ob und wann sich die Anschaffung amortisiert.

Was kostet eine Kleinwindkraftanlage?

Es gibt im Internet durchaus günstige Anlagen, deren Anbieter damit werben, beste Ertragsleistungen zu erzielen. Hier ist aber Vorsicht geboten. Eine Windkraftanlage, die langlebig und über Jahre effizient arbeiten soll, kann nicht günstig sein. Interessenten sollten sich vom Fachmann beraten lassen. Faustformel: 1 kW Nennleistung kostet 5.000 Euro. Im Preis sind der Architekt, der das Haus auf die Statik prüft, der Aufbau sowie die Elektroinstallation inbegriffen.

Miniwindkraftanlagen mit 1,5kW  Nennleistung kosten also 7.500 Euro. Wenn sie bestenfalls 1.000 kWh Strom im Jahr produzieren, entspricht das beim aktuellen Strompreis von knapp unter 40 Cent je kWh etwa 400 Euro. Es würde also bei gleichbleibendem Preis fast 20 Jahre dauern, bis sich die Anschaffung amortisiert hat. Deswegen ist ein Windgeschwindigkeit im Schnitt von 5 m/s so wichtig, weil sich der Ertrag dadurch drastisch steigert. Unter 4 m/s lohnen sich aus wirtschaftlicher Sicht nicht.

Gibt es eine Förderung für ein privates Windrad?

Für die Finanzierung eines Kleinwindkraft können Eigentümer einen KfW-Förderkredit. Im Programm 270 "Erneuerbare Energien Standard" werden unter anderem Anlagen zur Stromerzeugung aus Windkraft gefördert. Bis zu 100 Prozent der Investitionskosten können mit einem Darlehen der KfW finanziert werden.

Gibt es für eine Kleinwindkraftanlage eine Vergütung?

Eingespeister Windstrom wird 2022 mit durchschnittlich 6,18 Cent pro Kilowattstunde (kWh) vergütet, 2023 mit 5,97 Cent. Es ist also jetzt und in Zukunft deutlich profitabler, den selbst erzeugten Strom selbst zu verbrauchen. Ansonsten zahlt man 37,30 Cent pro kWh (Stand Juli 2022).

Wann ist eine Kleinwindkraftanlage bei mir sinnvoll?

Eine Kleinwindkraftanlage kommt vor allem als Ergänzung zu anderen Energiequellen infrage, da die Stromausbeute gerade im Bereich der Mikroanlagen (1,5 kW Nennleistung) eher gering ist. Hier ist bei sehr guten Windbedingungen jährlich über 2.000 kWh theoretisch möglich. Jedoch variiert die Strommenge stark. Die Anlage selbst ist nur so effizient, wie tauglich der Standort und die vorherrschenden Windverhältnisse sind. Grundsätzlich profitieren zwar Haushalte mit einem hohen Eigenverbrauch, da sie den Strom komplett selber verwenden können, anstelle ihn für etwa 6 Cent ins Netz einzuspeisen.

Kleinkraftanlage auf dem Balkon: Ist das möglich?

Im Gegensatz zu einem Solar-Balkonkraftwerk ist es nicht ohne weiteres möglich, ein Windkraftwert auf dem Balkon oder dem Dach des Mietshauses zu betreiben. Neben der Erlaubnis vom Vermieter und auch Nachbarn, die sich aufgrund des Geräusches gestört fühlen können, hat hier auch der Netzbetreiber ein Wörtchen mitzureden. Während ein handelsübliches Balkon-Solarkraftwerk keine besonderen Schutzvorrichtungen gegen eine Überlastung der Anlagen bedarf  (eine starke Sonneneinstrahlung hat keine Auswirkung auf die Funktion einer Solaranlage) kann ein Sturm oder ein Orkan (30 m/s) die Windanlage weit über das Zehnfache überlasten. Eine entsprechende Schutzvorrichtung wird der Netzbetreiber nicht ohne weiteres im Mietshaus durchführen. Auch Rotoren oder Generatoren können kaputtgehen und für weitere Schäden sorgen. Außerdem sind die Windbedingungen an den meisten Tagen aufgrund der Luftverwirbelungen an Gebäuden zu schlecht, mit denen selbst hochwertige Windräder auf dem Balkon kaum Strom produzieren können.

Brauche ich eine Baugenehmigung für eine Kleinwindkraftanlage?

Maßgebliche für die Genehmigung kleiner Windkraftanlagen sind die jeweiligen Landesbauordnungen, auf Bundesebene gibt es keine einheitlichen Bestimmungen. Neben den baurechtlichen Anforderungen können je nach Standort Naturschutzgesetz oder der Denkmalschutz eine Rolle spielen. In den meisten Bundesländern bedürfen aber Anlagen unter 10 Metern Höhe keiner Extragenehmigung. Lediglich in Bremen, Berlin und Niedersachsen ist eine Genehmigung der Anlage vom Bauamt notwendig. Anders ist es aber in einer Mietwohnung, wo auch durch Vermieter und Nachbarn das Recht haben, zu intervenieren.

Muss ich meine Kleinwindkraftanlage anmelden?

Kleinwindenergieanlagen mit einer Gesamthöhe bis zu 10 Meter unterliegen nur in wenigen Bundesländern (Bremen, Berlin und Niedersachsen) einer baurechtlichen Genehmigungspflicht. Eine Anmeldung ist also nicht nötig. Dennoch sollte auch bei Kleinwindanlagen in jedem Fall frühzeitig Kontakt mit dem zuständigen Bauamt sowie mit den Nachbarn aufgenommen werden.

Muss ich meine Kleinwindkraftanlage versichern?

Es gibt Versicherungen, die die Windkraftanlagen komplett abdecken. Je nach Anbieter müssen die Konditionen aber verglichen werden.

Das wird normalerweise abgedeckt:

  • Drittschäden (Personen-, Sach- und Umweltschäden)
  • Unterbrechungsschäden (z.B. durch Maschinenbruch, Überspannung, Blitzschlag)
  • Maschinenschäden bedingt durch z.B. Bedienungsfehler,
  • Blitzschlag, Überspannung, Öl- oder Schmiermittelmangel
  • Entschädigungsleistungen
  • Wiederherstellung des betriebsfertigen Zustandes
  • Totalschaden = Zeitwertersatz
  • Ertragsausfall (keine Stillstandszeiten) mit angepasster Haftzeit
  • Kosten für Aufräumungs-, Abbruch-, Bewegungs- und Schutzkosten

Was ist eine gute Kleinwindkraftanlage?

Welche Windkraftanlage gut oder schlecht ist, kann nur schwer beantwortet werden. Grundsätzlich sollten solche Anlagen beim Fachmann gekauft werden und nicht im Internet auf Shoppingseiten. Der Fachmann kann auch entsprechende Fragen über Prüfzertifikate, Langlebigkeit, Sturmsicherheit und zur Effizienz beantworten. Er wird auch helfen können, zu bestimmen, ob der Wunschstandort geeignet ist für eine Windanlage.

Fazit: Teuer, aber am richtigen Standort eine effektive Anlage

Kleinwindkraftanlagen können bei guten Windbedingungen enorm viel Strom produzieren. Das ist aber an den meisten Orten im Binnenland, vor allem in den größeren Städten, nicht der Fall. Dennoch können Windkraftwerke einen Teil des genutzten Stroms abdecken, und so die Energiewende beschleunigen.

Kilian Treß15.11.2022

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