Auswahl Windkraftanlage | Rotor-Größe wichtiger als Leistung

Auswahl einer Windkraftanlage: Leistung oder Rotor als Bezugsgröße?

Windkraftanlage - Rotor & Generator-LeistungBei der Suche nach einer Kleinwindkraftanlage wird oft eine spezifische Leistung als Kriterium genannt. Beispielsweise: „Ich suche ein Minwindrad mit 2 kW Leistung“. Das ist keine hilfreiche Herangehensweise für die Auslegung einer Windkraftanlage. Dieser Fachartikel stammt aus dem Buch „Ratgeber Kleinwindkraftanlagen“.

Die Verwendung der Generator-Leistung in Kilowatt ist bei der Auswahl von Kraftwerkstechnik üblich. Deshalb wird die Nennleistung auch bei Windanlagen häufig verwendet, obwohl es bei Windkrafttechnik ein ungenauer Parameter ist. Zwei Windkraftanlagen mit gleicher Nennleistung können am selben Standort sehr unterschiedliche Jahreserträge aufweisen. Die Auswahl und Auslegung einer Kleinwindkraftanlage auf Basis der Nennleistung ist offensichtlich eine ungenaue Methode. In der folgenden Tabelle werden Daten von drei horizontalen Kleinwindrädern dargestellt, die nach Herstellerangabe eine Nennleistung von 10 Kilowatt haben. Die angegebenen Jahreserträge gelten für eine mittlere Jahreswindgeschwindigkeit von 4 m/s. Das entspricht einem guten Binnenland-Standort. Während der Jahresertrag von Windturbine A rund 7.000 kWh beträgt, kommt Windturbine C auf eine Stromproduktion von fast 14.000 kWh. Die Leistung der Windkraftanlagen hat denselben Nennwert und die Windturbinen haben das gleiche Windangebot. Die stark unterschiedlichen jährlichen Stromerträge stehen im Zusammenhang mit den Rotorgrößen, wie die folgende Tabelle zeigt.

Tabelle: Jahreserträge von Windanlagen mit 10 kW Nennleistung

Windrad A Windrad B Windrad C
Nennleistung 10 kW 10 kW 10 kW
Jahresertrag (bei 4 m/s) 7.150 kWh 9.050 kWh 13.800 kWh
Rotor-Durchmesser 7,0 m 7,5 m 9,7 m
Rotorfläche 38,50 m2 44,18 m2 73,90 m2

 

Kreisfläche des Rotors erntet den Wind

So wie die Modulfläche einer Solarstromanlage für die Ernte der Solarstrahlung zur Verfügung steht, fungiert die vom drehenden Rotor gebildete Kreisfläche als Erntefläche des Windes. Bei einer Photovoltaikanlage stehen Fläche und Leistung in einem linearen Verhältnis zueinander, da jede einzelne Solarzelle ein Minikraftwerk mit einer bestimmten Leistung ist. Bei Windkraftanlagen sind der Rotor als Energieerntefläche und der Generator mit einer spezifischen Leistung zwei unterschiedliche Komponenten. In einem anderen Artikel wurden weitere Unterschiede zwischen PV-Anlagen und kleinen Windkraftanlagen erläutert.

Schon eine geringe Vergrößerung des Rotors bei gleichem Generator kann eine beträchtliche Auswirkung auf die Ertragskraft der Windanlage haben. Die Größenunterschiede der Rotoren werden dem Betrachter oft nicht auffallen. Vergleicht man in der Tabelle oben die Windturbinen A und B: Ein nur 50 cm größerer Rotordurchmesser führt zu einem jährlichen Mehrertrag von 1.900 kWh! Ein Trend bei der Entwicklung kleiner und großer Windanlagen ist die Verwendung größerer Rotoren.

Das folgende Foto zeigt zwei Kleinwindanlagen der 5-kW-Klasse eines Gartenbaubetriebs am nördlichen Stadtrand von Frankfurt am Main. Der Rotor des linken Windgenerators ist größer, man muss von deutlich höheren Erträgen im Vergleich zur rechten Windturbine ausgehen.

Kleine Windraftanlagen - Gartenbaubetrieb

Größere Rotorblätter für das Binnenland

Vor allem an weniger windstarken Standorten im Binnenland ist die Verwendung langer Rotorblätter der wichtigste Hebel, um die Jahreserträge auf ein höheres Niveau zu heben. Einige Hersteller von Kleinwindanlagen bieten für die gleiche Generatorleistung unterschiedliche Rotorgrößen an. Der kleine Rotor kommt an Starkwindstandorten zum Tragen, der größere Rotor wird an Standorten mit schwachen Windbedingungen eingesetzt.

Textquelle: Fachbuch „Ratgeber Kleinwindkraftanlagen“. Für den Artikel leicht verändert.