Ratgeber
Ein Windgenerator ist ein Bestandteil einer Windkraftanlage. In diesem Generator wird der Strom erzeugt. Dazu wird die horizontale Luftbewegung ausgenutzt, um die Rotorblätter eines Propellers in Bewegung zu versetzen. An der Rotationsachse befindet sich der eigentliche Generator, der die Drehbewegung in elektrischen Strom umwandelt.
Um stets den optimalen Luftstrom auszunutzen, sind diese Windturbinen drehbar auf hochwertigen Lagern montiert und mit einer Windfahne ausgestattet, so dass der Wind immer möglichst parallel zur Rotationsachse auftrifft. Vergleichbar ist das mit einer wasserbetriebenen Anlage, daher spricht man auch von einer Windturbine.
Um den Wind möglichst ohne störende Einflüsse durch Gebäude, Bäume oder Geländeerhebungen zu nutzen, wird ein Windrad auf einem senkrechten Mast oder auf Dächern von Gebäuden montiert. Somit kann ein Maximum des verfügbaren Windes in Rotation des eigentlichen Windgenerators umgewandelt werden, was die Effizienz der Anlage steigert. Hinweise zu geeigneten und auch zu meidenden Installationsorten finden Sie in der Regel in den Herstellerinformationen, die dem Windgenerator beiliegen.
Weitere Merkmale eines Windgenerators sind die Anzahl und Grösse der Rotorblätter. Es gilt, ein Optimum zwischen möglicher Drehzahl, technischem Aufwand und Effizienz sowie dem Preis zu finden. Logisches Minimum sind zwei Rotorblätter. Inzwischen sind auch vertikale Windgeneratoren gebräuchlich. Diese arbeiten unabhängig von der Windrichtung, allerdings wird ihnen eine geringere Effizienz zugesprochen.
Dazu kommt eine nachgeordnete Elektronik, die die Stromspeicherung und Netzeinspeisung sowie das Zusammenspiel mit den Verbrauchern regelt.
Am Ausgang des Generators steht – wie bei einer Solaranlage – Gleichspannung (DC) zur Verfügung. Da die Verfügbarkeit der elektrischen Energie von meteorologischen Gegebenheiten abhängt, muss umgewandelte Energie zwischengespeichert werden. Dazu dienen Speicher-Akkus, aus denen die Verbraucher in windarmen Zeiten versorgt werden. Das Management zwischen Laden und Entnahme der Energie übernimmt ein Laderegler.
Da Wind nicht konstant und berechenbar weht, werden Windkraftanlagen mitunter in Kombination mit Solarstromanlagen genutzt. So ist die Energiequelle "Natur" auf hybride und effektivere Art nutzbar. Über Hybrid-Laderegler werden die Anlagen in das zu versorgende System eingebunden, um eine sicherere Netzeinspeisung zu gewährleisten. Das sorgt für eine höhere Ausbeute aus regenerativer Energie.
Im Vergleich zu Anlagen, die nur auf ein Medium setzen, ist mit hybriden Wind-Solar-Systemen eine kosteneffizientere Stromerzeugung möglich.
Bei Hybrid-Ladereglern ist es in den meisten Fällen möglich, die Ladeschluss-Spannung variabel einzustellen, so dass man auf Speicher-Batterien mit verschiedenen Technologien zurückgreifen kann.
Für den Privatgebrauch kommt eine Kleinwindkraftanlage beziehungsweise ein Wind-Generator in Betracht, der eine Leistung bis maximal 1,5 Kilowatt (kW) bei bis zu 48 Volt liefert. Die Angabe der Nennleistung in Kilowatt in den technischen Daten der Wind Turbine bezieht sich immer auf eine definierte Windgeschwindigkeit.
Ein Beispiel: Ein Windrad liefert eine Leistung von 600 Watt (0,6 kW) bei einer Windgeschwindigkeit von 10 Metern pro Sekunde (36 Kilometer pro Stunde). Die Abgabe von elektrischer Energie beginnt bei einer Windgeschwindigkeit zwischen 2 und 3 Metern pro Sekunde.
Konstruktionsbedingt sind solche Windturbinen bis zu einer festgelegten maximalen Windgeschwindigkeit verwendbar. Das ergibt sich aus der Fliehkraft der Rotorblätter, der Stabilität des Montagemastes und der mit der Drehzahl ansteigenden Spannung am Ausgang der Windturbine.
Windgeneratoren sind meist bis zur Windstärke 12 sicher, was zirka 33 Meter pro Sekunde oder 120 Kilometer pro Stunde entspricht, einige sogar bis 50 Meter pro Sekunde (180 Kilometer pro Stunde). Als Sicherheitsplus sind elektromagnetische und aerodynamische Bremseinrichtungen installiert, die einen Anstieg der Drehzahl des Windrades über das maximal zulässige Mass begrenzen.
Manche moderne Windrad-Modelle sind mit WLAN-Schnittstellen ausgestattet, die die Installation, Steuerung und Kontrolle des gesamten Systems per Smartphone oder PC und somit auch bequem aus der Ferne ermöglichen.
Grundsätzlich kommt jeder Standort, der keinen Anschluss an das öffentliche Stromversorgungsnetz hat, für die Nutzung von Windgeneratoren infrage. Besonders Orte, an denen die Installation eines Netzanschlusses einen unverhältnismässig hohen Aufwand verursachen würde, sind für Windgeneratoren prädestiniert.
Mit der Nutzung von Hybridanlagen, die Photovoltaik und Windenergie kombinieren, sind die Einsatzmöglichkeiten stark gestiegen: Abgelegene Messstationen, autonome Verkehrsleitsysteme, kombiniert mit Notrufanlagen an Fernstrassen und Autobahnen, Beleuchtungslösungen für Plakatwände, Ferienhäuser bis hin zur Ladestation für ein Elektroauto sind damit realisierbar. Zudem sind Windgeneratoren überall einsetzbar, wo mobile Einrichtungen keinen Anschluss an das Niederspannungsnetz ermöglichen, zum Beispiel auf Booten oder in Wohnwagen. Im Garten kann eine kleine Windturbine die benötigte Energie für die Teichpumpe oder die Gewächshaus-Beleuchtung liefern. Nicht zu vergessen sind Entwicklungshilfeprojekte in abgelegenen Regionen.
Es bietet sich die Nutzung eines Windgenerators an, dessen Ausgangsspannung mit der Bordspannung des Verbrauchers korreliert, also 12 oder 24 Volt DC. Wer 230 Volt Wechselstrom (AC) nutzen will, sollte gleich auf eine Anlage mit integriertem Wechselrichter setzen.
Prüfen Sie vor der Anschaffung eines stationären Windrades die regional herrschenden Windverhältnisse. Empfehlenswert ist eine Windmessung über einen Zeitraum von mindestens drei Monaten am vorgesehenen Standort, um einschätzen zu können, ob eine Windkraftanlage dort sinnvoll ist. An der Vorabmessung erkennen Sie auch die Hauptwindrichtung, aus der die Anlage frei durchströmt werden sollte. Der Deutsche Wetterdienst veröffentlicht regelmässig Winddaten für Windenergienutzer, die aus zahlreichen Windmess-Standorten in ganz Deutschland generiert werden. Damit können Sie genauer abschätzen, ob sich der Preis für die Anschaffung eines Windgenerators rentiert.
Machen Sie sich mit den Bestimmungen in der Landesbauordnung Ihres Bundeslandes vertraut, bevor Sie Windräder errichten. Darüber hinaus können andere Gesetze greifen, so zum Beispiel das Naturschutzgesetz oder Bestimmungen des Denkmalschutzes. Ein Grossteil der deutschen Bundesländer gestattet die Errichtung von Windturbinen bis zu zehn Metern Höhe ohne eine behördliche Genehmigung.
Ein Windgenerator ist mit steigender Windgeschwindigkeit hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Das kann mit einer nicht zu vernachlässigenden Geräuschbelastung einhergehen, was bei der Wahl des Standortes beachtet werden muss.
Vom sich drehenden Rotor geht eine erhebliche Verletzungsgefahr aus. Bei hohen Drehzahlen kann ein Rotor transparent erscheinen, so dass dessen Sichtbarkeit eingeschränkt ist. An den scharfen Kanten der Rotorblätter kann man sich schon bei geringen Drehzahlen verletzen. Wenn Wartungsarbeiten durchgeführt werden, muss der Rotor daher mit geeigneten Mitteln mechanisch oder elektrisch blockiert werden.
Jede Windturbine sollte über den Mast am Turmfundament geerdet werden. Der Leitungsquerschnitt vom Generator zum Laderegler sollte ausserdem grosszügig bemessen sein.
Prüfen Sie die Rotorblätter regelmässig auf Einkerbungen, Löcher und Verschmutzung sowie einen korrekten Sitz und Vollständigkeit der Befestigungsschrauben. Unregelmässigkeiten ziehen Unwuchten nach sich, die nicht nur den Generator, sondern auch den Mast gefährden. Es wird empfohlen, die Rotorblätter nach circa fünf Jahren Betrieb zu erneuern.