Unterschiede zwischen Photovoltaik und Kleinwindenergieanlagen: Planungsfehler vermeiden

Deutschland ist ein Solaranlagen-Land. Alleine an Solarstromtechnik (Photovoltaik) waren Ende 2016 rund 1,5 Millionen Anlagen mit einer Gesamtleistung von 41.000 MW installiert. Eine grandiose Marktentwicklung. Belastbare Zahlen zu installierten Kleinwindkraftanlagen gibt es nicht. Man kann in Deutschland von über 20.000 Windanlagen mit einer Leistung unter 100 kW ausgehen.

Viele an einer Kleinwindanlage interessierte Personen besitzen eine PV-Anlage. Häufig lassen sich Fehler bei der Planung von Kleinwindkraftanlagen darauf zurückführen, dass unbewusst die Regeln von Solaranlagen zugrunde gelegt werden. Nach dem Motto: Nach der eigenen Solarstromanlage wird jetzt ein Kleinwindrad gekauft, das wird ähnlich einfach umzusetzen sein. Doch Planung und Auswahl von Kleinwindanlagen folgen einer anderen Logik.

Tages- und jahreszeitliche Energieproduktion

Aufgrund des saisonalen Energieangebots ist das Kleinwindrad die perfekte Ergänzung zur PV-Anlage. Die Solarstrahlung ist im Herbst und vor allem im Winter gering, das heißt während der windstarken Jahreszeit. Ebenso steht mit dem Kleinwindrad nachts ein Energieproduzent zur Verfügung. Optimal sind PV-Kleinwind-Batterie-Systeme. Die Batterie wird von beiden Stromquellen gefüllt.

Leistung in Kilowatt als Parameter für Anlagenauswahl

Eine PV-Anlage kann anhand der Leistung in Kilowatt ausgewählt werden, indem der spezifische Ertrag (Kilowattstunden pro Kilowatt Leistung) als Grundlage genommen wird. In Norddeutschland sind rund 900 kWh pro kW Leistung im Jahr, im sonnigeren Süddeutschland über 1.100 kWh pro kW pro Jahr realistisch. Hilfreich sind Solarstrahlungskarten wie diese von der Weltbank: globalsolaratlas.info

Solarkarte - Solarenergie

Karte: PVGIS © European Communities, 2001-2007

Bei Kleinwindanlagen sind solche einfachen Ertragskalkulationen nicht möglich. Zwei Windanlagen gleicher Leistung können große Unterschiede bei den jährlichen Stromerträgen aufweisen. Entscheidend für die Ertragskraft einer Windkraftanlage ist nicht die Leistung des Generators, sondern die Größe des Rotors.

Rotor und Generator müssen wiederum so aufeinander ausgelegt sein, dass es für das Windangebot an meinem Standort passt. Hat man eher mäßiges Windpotential, so wird ein besonders großer Rotor in Relation zur Generatorleistung gewählt.

An windstarken Standorten haben Kleinwindräder eine deutliche höhere spezifische Leistung als Solarstromanlagen. In einer windigen Küstenregion in Norddeutschland kann eine Windanlage mit 10 kW Nennleistung durchaus 25.000 Kilowattstunden pro Jahr Strom erzeugen: 2.500 kWh pro kW Leistung, mehr als doppelt so viel, wie man mit einer PV-Anlage in Deutschland realisieren kann.

Kleinwindkraftanlage - Ertrag und Leistung

Foto: Lely Aircon

Spezifische Investitionskosten

Damit ist der Preis einer schlüsselfertigen Anlage pro Kilowatt Leistung gemeint. Nach Daten des Fraunhofer ISE lag Ende 2016 der durchschnittliche Endkundenpreis von PV-Aufdachanlagen von 10 bis 100 kW bei rund 1.300 Euro pro kW. In den letzten zehn Jahren ist der Preis um insgesamt 75 Prozent gesunken!

PV-Anlage - Photovoltaik

Foto: Patrick Jüttemann

Für eine Kleinwindanlage kann man im Schnitt von 5.000 Euro pro Kilowatt installierter Leistung ausgehen. Mit einer großen Bandbreite von 3.000 bis 10.000 Euro. Diese Preise sind in den vergangenen Jahren nahezu konstant geblieben.
Trotzdem sind Kleinwindanlagen an windstarken Standorten konkurrenzfähig…

Stromgestehungskosten

Der entscheidende Parameter zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit. Was kostet die Kilowattstunde Strom durch die PV- oder Windanlage?

Für private betriebene Anlagen unter 10 kW Leistung gilt:
Mit einer PV-Anlage werden die meisten Betreiber deutlich günstiger Strom erzeugen können, als mit einer Kleinwindanlage. Stromgestehungskosten unter 15 Cent pro kWh sollten in Süddeutschland drin sein. Eine kleine Windturbine auf einem windstarken Grundstück eines Privathauses würde mit 30 Cent pro kWh einen sehr guten Wert erzielen. Trotzdem ist das Interesse von Privatleuten an Kleinwindkraft groß, da man auch in der dunklen Jahreszeit eigenen Ökostrom erzeugen möchte.

Für gewerbliche Anlagen über 10 kW Leistung gilt:
Kleinwindkraftanlagen können ähnlich gute Werte wie PV-Anlagen haben. Die Erkenntnisse einer umfangreichen US-Studie zur Wirtschaftlichkeit kleiner Windräder gelten im Prinzip auch für Deutschland. Stromgestehungskosten von 10 Cent pro kWh sind realistisch. Voraussetzung ist ein hohes Windangebot auf dem eigenen Land. Das muss man vorab unbedingt prüfen, um belastbare Aussagen zur Wirtschaftlichkeit machen zu könne.

Staatliche Unterstützung

Ein wichtiger Punkt, weil man sich folgende Frage stellen muss: Warum hat die Solarstrombranche in Deutschland so ein fantastisches Wachstum und Kostensenkungen realisiert, die Kleinwindkraft aber (noch) nicht?

Stromnetz

Der wesentliche Grund:
Kleinwindanlagen haben in Deutschland nie eine staatliche Unterstützung erfahren. Konkret: Es gab nie einen fairen, nach Leistungsklassen gestaffelten Einspeisetarif für Miniwindanlagen. Während der Einspeisetarif für eine kleine PV-Anlage in der Vergangenheit über 50 Cent pro kWh betragen hat, lag dieser bei kleinen Windrädern gleicher Leistung maximal bei rund 9 Cent pro kWh. Heute bekommt man noch nicht mal 8 Cent für die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz. Eine Windanlage mit 3 kW Leistung bekommt den gleichen Einspeisetarif wie eine Industrieanlage mit 3.000 kW. Dass es bei der Unterstützung der Kleinwind-Branche auch anders geht, haben Länder wie Großbritannien, Italien und Japan gezeigt.

Doch es gibt kein Grund zu verzagen!
Denn das Zeitalter der Einspeisetarife ist zumindest in Deutschland mehr oder minder abgelaufen. Das Geschäftsmodell lautet Eigenverbrauch des Stroms und nicht Einspeisung. Die hohen und steigenden Strompreise in Deutschland sprechen immer mehr dafür, den Strom für die Eigenversorgung selbst zu produzieren.

Goldene Zukunft für Hybridsysteme

Autarke Stromversorgung Windenergie PV

Foto: Superwind

Der Vergleich zwischen PV und Kleinwindkraft kann den Eindruck erwecken, dass es sich um Konkurrenten handelt. De facto sind es Partner. Jedenfalls in unserer Klimaregion mit einer ausgeprägten sonnenarmen Jahreszeit, die gleichzeitig den stärksten Wind mit sich bringt.

Bei der autarken Stromversorgung heißt die Zukunftsformel:
Solarenergie + Windenergie + Batteriespeicher.

Ein wesentliches Momentum für solche Hybridsysteme werden die in Zukunft stark sinkenden Batteriepreise sein, befördert durch die wachsende Bedeutung der Elektromobilität.

Angebotsmarkt und Anlagentechnik

Aufgrund der günstigen staatlichen Rahmenbedingungen (Einspeisetarife) hat sich der Photovoltaik-Sektor zu einem milliardenschweren Massenmarkt entwickelt. Die Konsolidierung der Branche hat zu einer überschaubaren Anzahl von Anbietern und Solarmodultypen geführt.

Die Kleinwind-Branche dagegen umfasst eine unüberschaubar hohe Anzahl von Anbietern mit unterschiedlichen Anlagentypen. Dazu zählen horizontale und vertikale Windkraftanlagen mit vielen Varianten des Rotorblattdesigns. Eine Marktbereinigung hat noch nicht stattgefunden. Für Deutschland kommt erschwerend hinzu, dass es kein Kleinwind-Qualitätslabel auf Basis unabhängiger Tests gibt wie z.B. in den USA.

Es gibt viele empfehlenswerte Kleinwind-Hersteller mit erprobter und effizienter Technik, auch in Deutschland. Im Kleinwindkraft-Markt tummeln sich allerdings auch Anbieter mit fragwürdiger Anlagentechnik und unseriösen Vertriebsmethoden.

Baugenehmigung

Für Solaranlagen, die vorwiegend auf Dächern installiert werden, benötigt man in den meisten Fällen keine Baugenehmigung. Ausnahmen gelten beispielsweise für Gebäude unter Denkmalschutz.

Für Kleinwindkraftanlagen dagegen benötigt man häufig eine Genehmigung. Wenn die Zustimmung der Baubehörde und beteiligter Fachbehörden erfolgen sollte, kann dies mehrere Monate in Anspruch nehmen. Für niedrige Windanlagen bis 10 m Höhe wird in manchen Bundesländern auf eine Genehmigung verzichtet. Wenn in 10 m Höhe der Wind zu schwach ist, muss man ggf. eine höhere Anlage inklusive Baugenehmigung in Kauf nehmen.

Prüfung des Energiepotenzials am Standort

Eine PV-Anlage oder Windanlage macht nur Sinn, wenn das Energiepotenzial am gewünschten Standort hoch genug ist. Die Standortprüfung für eine Solaranlage ist denkbar einfach: Ausrichtung und Verschattung des Daches sind problemlos ermittelbar. Über Online-Tools oder Karten kann das Solarstrahlungspotenzial ermittelt werden.

Das Windpotenzial dagegen kann nur über eine Windmessung vor Ort verlässlich in Erfahrung gebracht werden. Eine Messung sollte mehrere Monate umfassen.

Windmesser - Windmessung

Foto: Patrick Jüttemann

Dachmontage

Die Dachmontage von Solaranlagen ist Standard. Bei kleinen Windanlagen ist es nicht die Regel. Die Installation einer Windanlage auf einem bodenständigen Mast sollte immer vorgezogen werden. Auch wenn manche Anbieter von Mikrowindrädern etwas anderes behaupten.

Die Windbedingungen auf Dächern sind oft schwierig (Turbulenzen). Der Windgenerator könnte zudem Körperschallübertragungen verursachen, im Haus durch ein Brummen hörbar. Letztendlich entscheidet die Form und Höhe des Daches, ob eine Dachinstallation des Kleinwindrads machbar ist. Eine Entscheidung kann nur im Einzelfall gefällt werden.