Open Source Windkraftanlagen – Selbstbau durch Schwarmintelligenz

Open Source Hardware in Form einer Kleinwindanlage

Open Source Hardware in Form einer Kleinwindanlage

Die Entwicklung von Kleinwindanlagen als Open Source Hardware ermöglicht die Bündelung des Wissens von Ingenieuren und Technikern aus der ganzen Welt. Eine im Jahr 2011 gegründete Organisation trägt zur Koordinierung der einzelnen Aktivitäten bei.

Einen der spannendsten Vorträge auf dem World Summit for Small Wind im März 2012 in Husum hat Kostas Latoufis von der Technischen Universität Athen gehalten. Er stellte mit der Open Source Entwicklung von Windkraftanlagen ein Prinzip vor, welches bislang eine Domäne der Software-Branche war. Bekanntes Beispiel ist das modular aufgebaute Betriebssystem Linux, welches von Softwareexperten auf der ganzen Welt entwickelt wurde. Neben der gemeinschaftlichen Entwicklung basiert Open Source auf der Offenlegung aller Ergebnisse und deren freien Verwendung. Es herrscht das Prinzip der Schwarmintelligenz. Das weltweit verstreute Wissen wird vor allem mit Hilfe des Internets koordiniert, um aus dem Know-how Einzelner etwas Neues zu schaffen.

Die gemeinschaftliche Entwicklung von Kleinwindanlagen auf Basis von Open Source Hardware bezieht sich vor allem auf den Selbstbau bzw. die private Entwicklung von Windrädern. Es ist naheliegend, dass sich die Entwicklungsabteilungen kommerzieller Hersteller nicht daran beteiligen. Die F&E-Abteilungen schützen ihr Wissen durch Patente, um einen technologischen Wettbewerbsvorteil zu erlangen.

Open Source Hardware im Kleinwind-Sektor hat ein Fokus auf Selbstbau-Anlagen für die Stromversorgung ländlicher Gebiete. Besonders in Entwicklungsländern können in Regionen fernab des Stromnetzes durch Kleinwindanlagen positive Effekte hervorgerufen werden. Strom ist beispielsweise eine Voraussetzung für die Kühlung von Medikamenten oder die Bereitstellung von Bildungsangeboten über das Internet. Der Selbstbau von Windrädern und daraus entstehende Gewerbebetriebe tragen zur Entwicklung der regionalen Wirtschaft bei. An anderer Stelle wurde über den Selbstbau einer Windkraftanlage in Afrika berichtet.

Die Anforderungen an Selbstbau-Windräder nach dem Open Source Prinzip müssen die Bedingungen in Entwicklungsländern  berücksichtigen. Mechanische oder elektronische Komponenten können nicht wie in den westlichen Ländern im Elektronik-Kaufhaus beschafft werden. Es muss auf lokal vorhandenes und preiswertes Material zurückgegriffen werden. Beim Produktionsprozess dürfen keine Spezialwerkzeuge Verwendung finden.

Wohl fast in jedem Land dieser Erde beschäftigen sich Tüftler mit dem Bau kleiner Windräder. Einzelne Personen stechen dabei hervor, wie der Brite Hugh Piggott, der sein Wissen in dem Buch „How to Build a Wind Turbine“ veröffentlicht hat. In Deutschland hat Prof. Horst Crome seine reichhaltigen Erfahrungen in das „Handbuch Windenergie Technik“ einfließen lassen. Seit dem Jahr 2011 werden die weltweit verteilten Aktivitäten in der lokalen Fertigung von Kleinwindanlagen durch die WindEmpowerment Association koordiniert.

Experten wie Piggott haben Materialien, Werkzeuge und Techniken vorgestellt, mit denen man kleine Windturbinen bauen kann. Für den Bau von Rotorblättern eignet sich beispielsweise das weiche Holz von Nadelbäumen. Auch für komplexe Komponenten wie den Generator werden Konstruktionsanleitungen inkl. der zu verwendenden Einzelteile angegeben.

Test einer Anlage nach IEC 61400 Standards

Test einer Anlage nach IEC 61400 Standards

Die Gesamtkosten einer Selbstbau-Anlage nach dem Piggot-Design – Nennleistung von 850 W und Rotordurchmesser von 2,4 m – belaufen sich nach Angaben von Latoufis auf 550 Euro. Bei einer mittleren Windgeschwindigkeit von 5 m/s wird die Anlage Berechnungen zufolge rund 93 kWh Strom pro Monat erzeugen. In fünf Jahren summieren sich die Stromerträge auf 5580 kWh. Daraus lassen sich Stromkosten von unter 10 Cent pro kWh ableiten. Bei dieser einfachen Rechnung sind allerdings Arbeits- und Instandhaltungskosten nicht berücksichtigt worden.

Um die Leistungsfähigkeit und Qualität der Turbinen zu prüfen, werden Tests durchgeführt.
Dazu gehören Generatortests im Labor, aerodynamische Tests im Windtunnel, als auch die Aufstellung auf dem freien Feld. Bei der Vermessung der Leistungskurve und der jährlichen Energieerträge werden die Vorschriften der internationalen Norm IEC 61400-12-1 berücksichtigt.

Der Austausch der weltweit verstreuten Kleinwind-Experten findet über Blogs und Foren statt. Dort findet man u.a. Online-Tools für die Auslegung einzelner Komponenten wie z.B. Rotorblätter. Eingebunden in die Open Source Kleinwindkraft-Szene sind nicht nur Einzelpersonen, sondern auch Universitäten und öffentliche Forschungseinrichtungen. Eine entscheidende Rolle spielt die 2011 gegründete WindEmpowerment Association, die zurzeit weltweit 20 Mitgliedsorganisationen hat. Durch diese Akteure wurden mehr als 1.000 Anlagen gebaut und installiert. Erstaunlicherweise hat die Organisation keine Mitglieder in Deutschland, Österreich und der Schweiz.

Quellen und weiterführende Informationen
Hauptquelle des Artikels:
Präsentation von Kostas Latoufis – NTUA National Technical University of Athens – auf dem WWEA World Summit for Small Wind im März 2012: Locally manufactured open source hardware – small wind turbines for sustainable rural electrification.

Weitere Links:
WindEmpowerment Association
Blog von Hugh Piggott

Otherpower Forum