IEC 61400-2: Technische Norm für Kleinwindkraftanlagen

Die IEC 61400-2 ist das zentrale technische Regelwerk für Kleinwindkraftanlagen. Diese internationale Norm definiert, wie sichere und zuverlässige Kleinwindanlagen konstruiert und getestet werden müssen.

Für Käufer, Betreiber oder Planer einer Kleinwindanlage ist diese Norm der Schlüssel zur Beurteilung der technischen Qualität. Auch Investoren und Banken können sich an diesem Standard orientieren.

Der Markt für Kleinwindkraftanlagen ist geprägt von enormen Qualitätsunterschieden – von hochwertiger, sturmsicherer Technik bis hin zu mangelhaft konstruierten Anlagen, die vor der Markteinführung nur unzureichend getestet wurden.

Autor: Patrick Jüttemann

Technisches Fundament der Kleinwindkraft

Die IEC 61400-2 ist mehr als nur ein technisches Dokument – sie ist ein wichtiges Fundament für die gesamte Kleinwindkraft-Branche. Ohne diese Norm gäbe es keine einheitlichen Standards für Sicherheit, Qualität und Leistung von Kleinwindanlagen.

Warum ist die IEC 61400-2 so wichtig?

Alle Hersteller versprechen hohe Stromerträge und lange Lebensdauer. Doch wie lässt sich erkennen, welche Anlage wirklich hält, was sie verspricht?

Hier kommt die IEC 61400-2 ins Spiel. Sie definiert beispielsweise für folgende Bereiche klare Kriterien:

• Wie stark müssen Rotorblätter sein, um Stürme zu überstehen?
• Welche Sicherheitssysteme sind bei Extremwetter erforderlich?
• Wie wird die Leistungskurve korrekt ermittelt?
• Welche Tests muss eine Anlage durchlaufen?

Orientierung für Käufer

Die Norm bietet eine Orientierungshilfe zur Bewertung der technischen Qualität. Kleinwindanlagen, die nach IEC 61400-2 konstruiert und getestet wurden, haben bewiesen, dass sie funktionieren und sicher sind.

 Wenn eine Kleinwindanlage nach dieser Norm sogar zertifiziert ist, hat man einen unabhängigen Qualitätsnachweis. Doch längst nicht alle Kleinwindanlagen sind zertifiziert, darunter auch empfehlenswerte Windturbinen. Das wird unten genauer erläutert.

Grundlagen: Was ist die IEC 61400-2?

Die IEC 61400-2 wurde von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) entwickelt und definiert Anforderungen für die Sicherheit, Qualität und technische Integrität von Kleinwindkraftanlagen.

Geltungsbereich

Die IEC 61400-2 gilt für Windkraftanlagen mit einer Rotorfläche kleiner als 200 m². Dies entspricht etwa einem Rotordurchmesser bis ca. 16 m und einer elektrischen Leistung bis maximal 75 kW. Die erzeugte Spannung liegt unter 1.000 V AC oder 1.500 V DC.

Während die IEC 61400-1 für größere Windkraftanlagen inklusive Megawatt-Turbinen gilt, wurde die IEC 61400-2 speziell für Kleinwindanlagen entwickelt. Sie enthält vereinfachte Lastmodelle und angepasste Testanforderungen, die der unterschiedlichen Anwendung und den geringeren Größen von Kleinwindanlagen Rechnung tragen.

Entwicklung der Norm

Die Norm wird kontinuierlich weiterentwickelt. Die aktuelle dritte Ausgabe IEC 61400-2:2013 löste die zweite Ausgabe von 2006 ab. Die vierte Ausgabe ist bereits in Vorbereitung.

Rechtlicher Status

Die IEC 61400-2 ist keine verbindliche Rechtsnorm, sondern eine anerkannte Regel der Technik. Hersteller kleiner Windkraftanlagen müssen ihre Anlagen nicht verpflichtend auf Basis dieser Norm unabhängig testen und zertifizieren lassen.

Dennoch bildet die IEC 61400-2 das technische Fundament, auf das sich nationale Bauvorschriften stützen. In Deutschland wurde sie als DIN EN 61400-2 übernommen und dient als Referenz für die rechtlich bindende DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen.

Die zwei Säulen der Norm

Die IEC 61400-2:2013 ist in zwei Hauptteile strukturiert, die sich ergänzen und gemeinsam die technische Qualität einer Kleinwindanlage sicherstellen:

Teil I: Bewertung der Konstruktion (Design Evaluation)

Hier wird festgelegt, wie Kleinwindanlagen konstruiert werden müssen. Dieser Teil behandelt die theoretische Auslegung und definiert Anforderungen:

• Strukturelles Design und Materialfestigkeit
• Sicherheits- und Bremssysteme
• Elektrische Komponenten und Schutzeinrichtungen
• Fundament und Tragstruktur
• Dokumentation und Kennzeichnung

Teil II: Anlagentests (Type Testing)

Hier werden alle praktischen Tests beschrieben, die eine Kleinwindanlage durchlaufen muss. Dieser Teil umfasst:

• Leistungsmessungen und Verifikation der technischen Daten
• Dauerbelastungstests
• Prüfung einzelner mechanischer Komponenten
• Sicherheits- und Funktionstests der Schutzsysteme
• Umwelttests unter extremen Bedingungen
• Elektrische Prüfungen und Netzverträglichkeit

Nur wenn eine Kleinwindanlage sowohl in der Konstruktion (Teil I) als auch in der praktischen Erprobung (Teil II) alle Anforderungen erfüllt, kann sie eine vollständige Zertifizierung nach IEC 61400-2 erhalten.

Teil I: Konstruktion von Kleinwindanlagen (Design Evaluation)

Der erste Teil der IEC 61400-2 legt fest, wie Kleinwindanlagen konstruiert werden müssen, damit sie sicher und zuverlässig funktionieren. Hier geht es um die theoretische Auslegung aller wichtigen Komponenten.

Äußere Bedingungen (External conditions)

Die Norm teilt Kleinwindanlagen in vier Klassen (SWT classes) ein, je nachdem für welche Windstärke sie konstruiert wurden. Die Windklassen der IEC 61400-2 lauten I, II, III und IV sowie S (Sonderklasse). Sie werden durch die Referenzwindgeschwindigkeit (Vref) und mittlere Jahreswindgeschwindigkeit (Vave) als auch der Turbulenzintensität auf Nabenhöhe definiert. Klasse I ist für sehr starke, Klasse IV für schwache Windstandorte ausgelegt.

Zusätzlich müssen Umwelteinflüsse berücksichtigt werden: Temperatur, Feuchtigkeit, Vereisung, Blitzschlag und Korrosion durch salzhaltige Luft in Küstenregionen.

Strukturelles Design (Structural design)

Dieser Teil der Norm definiert verschiedene Belastungsszenarien, die eine Windkraftanlage überstehen muss:

• Normaler Betrieb bei verschiedenen Windstärken
• Notabschaltungen und Bremsvorgänge
• Sturmsituationen
• Transport und Wartungsarbeiten

Alternativ können Hersteller komplexere Simulationsmodelle verwenden, um die Sicherheit ihrer Anlagen nachzuweisen.

Schutz- und Bremssystem (Protection and shutdown system)

Jede Kleinwindanlage benötigt automatische Sicherheitssysteme:

• Überdrehzahlschutz: Verhindert zu schnelle Rotation
• Sturmabschaltung: Stoppt die Anlage bei Extremwetter
• Notausschalter: Ermöglicht manuelle Abschaltung
• Wartungssicherung: Schutz während Servicearbeiten

Elektrisches System (Electrical system)

Alle elektrischen Komponenten müssen sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen:

• Blitzschutz für Gewittersituationen
• Erdung gegen Stromschläge
• Überspannungsschutz für die Elektronik
• Trennschalter für sichere Wartung

Tragstruktur (Support structure)

Fundament und Turm müssen verschiedenste Belastungen aushalten:

• Windkräfte aus allen Richtungen
• Vibrationen durch den Rotor
• Extreme Wetterbedingungen

Besonders wichtig ist die Eigenfrequenzanalyse, um gefährliche Resonanzerscheinungen zu vermeiden.

Dokumentation und Kennzeichnung

Jede Anlage benötigt verständliche Handbücher mit:

• Technischen Daten und Leistungsangaben
• Aufbau- und Installationsanleitungen
• Bedienungs- und Wartungshinweisen
• Sicherheitsvorschriften

Standardisierte Kennzeichnungen für Identifikation, Sicherheitshinweise und Betriebsdaten sind verpflichtend.

Teil II: Tests von Kleinwindanlagen (Type Testing)

Der zweite Teil der IEC 61400-2 behandelt alle praktischen Tests, die eine Kleinwindanlage durchlaufen muss, wenn sie nach internationalen Standards zertifiziert werden soll.

Allgemeine Prüfanforderungen

Alle Tests müssen von unabhängigen Prüfstellen durchgeführt werden, die nach internationalen Standards akkreditiert sind. Die Prüfungen erfolgen nach dem Vier-Augen-Prinzip: Eine Prüforganisation testet, eine separate Zertifizierungsstelle bewertet die Ergebnisse.

Leistungstest (Tests to verify design data)

Der Hersteller muss beweisen, dass seine Anlage die angegebenen technischen Werte erreicht:

• Nennleistung bei definierter Windgeschwindigkeit
• Maximale Drehzahl
• Windgeschwindigkeit für Volllastbetrieb
• Leistungskurve über den gesamten Windbereich

Diese Messungen erfolgen auf speziellen Testfeldern für Kleinwindanlagen.

Dauerbelastungstest (Duration testing)

Ein zentraler Test ist der Dauerbelastungstest über mindestens sechs Monate. Die Windkraftanlage muss dabei:

• Mindestens 2.500 Stunden Strom produzieren
• Verschiedene Windstärken durchlaufen
• 25 Stunden bei mindestens 1,8-facher mittlerer Windgeschwindigkeit überstehen

Dieser Test soll beweisen, dass die Anlage über einen längeren Zeitraum zuverlässig funktioniert.

Prüfung mechanischer Komponenten (Mechanical component testing)

Einzelne Bauteile werden separat getestet:

• Rotorblätter: Biegung, Torsion und Dauerfestigkeit
• Nabe und Antriebsstrang: Belastung durch wechselnde Kräfte
• Getriebe: Verschleiß und Geräuschentwicklung
• Turm: Schwingungen und Materialermüdung

Besonders wichtig ist bei Kleinwindanlagen die Rotorblattprüfung, da Kleinwindanlagen immer in der Nähe von Menschen aufgebaut werden und gebrochene Rotorblätter eine Gefahr darstellen können.

Sicherheits- und Funktionstests (Safety and function)

Alle automatischen Schutzsysteme werden auf ihre Funktion geprüft:

• Überdrehzahlschutz bei simulierten Extrembedingungen
• Sturmabschaltung bei definierten Windgeschwindigkeiten
• Notausschalter und manuelle Sicherheitssysteme
• Verhalten bei Netzausfall oder elektrischen Störungen

Umwelttests (Environmental testing)

Die Kleinwindanlage bzw. einzelne Komponenten werden extremen Umweltbedingungen ausgesetzt:

• Temperaturbereich: Von -40°C bis +60°C
• Feuchtigkeit: Bis zu 95% relative Luftfeuchtigkeit
• Vereisung: Eisansatz an Rotorblättern
• UV-Strahlung: Alterung der Materialien

Elektrische Prüfungen (Electrical)

Geprüft wird die elektrische Sicherheit und Qualität:

• Stromqualität: Spannungsstabilität und Oberwellen
• Schutzmaßnahmen: Überspannungs- und Kurzschlussschutz
• Blitzschutz: Ableitung von Blitzströmen
• Elektromagnetische Verträglichkeit: Störaussendung und Störfestigkeit

Besonderheiten in Deutschland

Deutsche Normen und Richtlinien

Die IEC 61400-2 wird in Deutschland als folgende Norm übernommen:

DIN EN 61400-2 VDE 0127-2:2015-05 Windenergieanlagen
Teil 2: Anforderungen für kleine Windenergieanlagen (IEC 61400-2:2013);
Deutsche Fassung EN 61400-2:2014

Das Dokument kann man über den VDE Verlag beziehen:
>> siehe hier. 

Die wichtigste nationale Ergänzung ist die DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen (2015). Diese nationale Baurichtlinie ist für alle Windkraftanlagen in Deutschland verbindlich und verweist für Kleinwindanlagen explizit auf die DIN EN 61400-2. Sie ergänzt jedoch nationale Anforderungen, die über die IEC-Norm hinausgehen.

Windklassen vs. DIBt-Windzonen

• IEC 61400-2: Internationale Windklassen (I-IV) für die Anlagenauslegung
• DIBt (Deutschland): DIBt-Windzonen (1-4) für regionale Standortbewertung

Die Logik ist umgekehrt: DIBt Zone 1 = schwächste Winde (Süddeutschland), IEC Klasse I = Anlagen für stärkste Winde. Ein Binnenlandstandort in Bayern ist DIBt-Windzone 1, benötigt aber eine IEC-Windklasse IV Turbine.

Erweiterte Sicherheitssysteme
Die DIBt-Richtlinie verlangt zusätzlich zur IEC 61400-2:

• Zwei oder mehrere Bremssysteme (mechanisch, elektrisch oder aerodynamisch)
• Mindestens ein System muss auch bei Netzausfall funktionieren
• Redundante Sicherheitsauslegung für kritische Komponenten

Auswirkungen für Hersteller

Diese Unterschiede führen dazu, dass Hersteller für den deutschen Markt zusätzliche nationale Anforderungen erfüllen müssen, auch wenn ihre Anlagen bereits nach IEC 61400-2 zertifiziert sind. Dies kann zusätzliche Kosten und Anpassungen verursachen.

Für Käufer bedeutet dies: Eine IEC-Zertifizierung allein garantiert noch nicht die Konformität mit deutschen Bauvorschriften. Zusätzlich muss die Anlage den DIBt-Anforderungen entsprechen.

Akteure: Wer prüft, wer zertifiziert?

Prüfung und Zertifizierung einer Kleinwindanlage laufen nach dem Vier-Augen-Prinzip ab: Eine unabhängige und akkreditierte Prüforganisation testet die Windanlage auf einem Testfeld und prüft eingereichte Unterlagen. Die Ergebnisse dieser Prüfungen werden anschließend von einer separaten, akkreditierten Zertifizierungsstelle bewertet.

Erst wenn beide Organisationen unabhängig voneinander zu einem positiven Ergebnis kommen, erhält die Anlage ein offizielles Zertifikat.

Prüforganisationen in Deutschland

Diese Organisationen führen die praktischen Tests und technischen Bewertungen durch:

• Windtest Grevenbroich
• Fraunhofer IWES
• DEWI (UL International GmbH)
• TÜV Süd
• TÜV Nord
• TÜV Rheinland

Zertifizierungsstellen in Deutschland

Diese Stellen bewerten die Prüfergebnisse und stellen die finalen Zertifikate aus:

• TÜV Süd
• TÜV Rheinland
• TÜV Nord
• WindGuard Certification

Internationale Anerkennung

Deutsche Zertifizierungsstellen sind international akkreditiert und ihre Zertifikate werden weltweit anerkannt. Umgekehrt werden auch Zertifikate ausländischer Stellen in Deutschland akzeptiert, sofern sie nach denselben internationalen Standards arbeiten.

Kosten und Dauer

Eine vollständige IEC 61400-2 Zertifizierung kostet je nach Anlagentyp über 100.000 Euro und dauert 12 bis 18 Monate.

Überwachung und Nachprüfung

Zertifizierte Anlagen unterliegen einer kontinuierlichen Überwachung. Änderungen am Design oder der Produktion müssen den Zertifizierungsstellen gemeldet werden und können Nachprüfungen erforderlich machen.

Herausforderungen und Ausblick

Hohe Kosten problematisch für Hersteller

Für viele Hersteller von Kleinwindanlagen sind die hohen Kosten für eine offizielle Zertifizierung ein großes Problem: Die aufwendigen Tests nach IEC-Norm kosten oft mehr als 100.000 Euro pro Anlagentyp und beinhalten zahlreiche Messungen, Gutachten und Prüfaufwand. Hinzu kommt, dass es neben der internationalen Norm noch unterschiedliche nationale Zusatzanforderungen gibt, die weitere Kosten und Anpassungen verursachen können.

Deshalb verzichten viele Anbieter auf eine Zertifizierung und verkaufen ihre Windanlagen "ohne Siegel". Es gibt hier einen klaren Gegensatz: Einerseits wünschen Hersteller einfachere, günstigere und marktfreundliche Regeln, damit sie nicht viel Geld für Tests und Prüfungen ausgeben müssen. Andererseits braucht es aber ausreichende technische Anforderungen, damit Windkraftanlagen sicher und langlebig sind – was im Interesse der Betreiber und Verbraucher liegt.

Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit bleibt daher eine zentrale Herausforderung der Kleinwindkraft-Branche.

Zukünftige Revision der IEC 61400-2

Neben den Vorschlägen der nationalen Gremien wird die Weiterentwicklung der IEC 61400-2 auch von Forschungsprojekten wie denen der Internationalen Energie Agentur (IEA) bestimmt. Vor allem sind hier die Projekte IEA Wind Task 27 (2013-2018) und IEA Wind Task 41 (2019-2026) bedeutsam.

Verbesserungen in Vorbereitung

Die Revision soll stärker auf den Einsatz von Kleinwindanlagen in stark turbulenten und komplexen Standorten eingehen. Forschungen haben gezeigt, dass die bisherigen Regeln oft zu ungenau waren – besonders bei schwierigem Wind in Städten oder hügeligen Regionen. Die dort vorkommenden Turbulenzen wurden unterschätzt.

Zu den geplanten Verbesserungen gehören:

• Aktualisierung der Turbulenzmodelle für realistische Standortbedingungen
• Vereinfachung der Methoden für den Dauerbelastungstest zur Kostenreduktion
• Neue Turbinenklassifizierungen für verschiedene Größen und Typen

Internationaler Abstimmungsprozess

Entscheidend für die tatsächliche Revision sind die Vorschläge der nationalen Komitees. Zuständige Organisation in Deutschland ist die DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik), welche ein Organ des VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V.) ist. Die Arbeitskreise DKE K383 bearbeiten die Normen-Reihe IEC 61400. Für Kleinwindanlagen gibt es einen extra Gremium: DKE/AK 383.0.2 IEC 61400-2 Windenergieanlagen - Teil 2: Kleine Windenergieanlagen.
>> Gremium DKE/AK 383.0.2

Alle nationalen Vorschläge werden im internationalen Arbeitskreis diskutiert und in einem Abstimmungsprozess zusammengeführt. Nur bei Mehrheit der nationalen Normungsorganisationen wird eine neue Version verabschiedet und übernommen.

Fazit

Die IEC 61400-2 ist der wichtigste technische Standard für Kleinwindkraftanlagen weltweit. Sie definiert klare Kriterien für Sicherheit, Qualität und Leistung – auch wenn sie rechtlich nicht bindend ist.

Eine IEC 61400-2 Zertifizierung ist ein starkes Qualitätssignal, aber kein Muss-Kriterium. Viele empfehlenswerte Kleinwindanlagen sind nicht zertifiziert – schlicht wegen der hohen Kosten. Manche Hersteller haben einzelne Bereiche unabhängig getestet, wie beispielsweise Leistungstest oder Dauerbelastungstest. Dann liegt zwar keine Vollzertifizierung vor, aber die offiziellen Prüfdokumente belegen eine hohe Qualität beim entsprechenden Prüfumfang.

Bei nicht-zertifizierten Anlagen sollte man als Referenz mit Betreibern reden, die die Windkraftanlage mindestens ein Jahr im Betrieb haben. An einem möglichst windstarken Standort inklusive Sturmperioden. Besonders wichtig ist die Sturmsicherheit.