Funktion des Kleinwindanlagen-Rechners

Funktionsweise des Kleinwindanlagen-Rechners

Der Rechner geht auf wichtige Fragen ein…

  • Wie viel Strom produzieren marktgängige Kleinwindkraftanlagen?
  • Wie verändern sich die Stromerträge mit höherem Mast?
  • Ist der eigene Windstrom günstiger als der Strompreis?

Das Konzept des Kleinwindanlagen-Rechners

  • Fachlich fundiert und wissenschaftlich korrekte Berechnung
  • Leistungsdaten von unabhängig geprüften Windgeneratoren
  • Realistische Winddaten
  • Neutral und herstellerunabhängig

Hilfe zur Anwendung und Funktionsweise

Die Bereiche des Rechners im Überblick:

 

Standort und Windenergie

Standort:
Eine windstarke Lage des Aufstellungsortes der Kleinwindanlage ist essenziell wichtig. Zur Auswahl stehen Standorte in verschiedenen Regionen in Deutschland. Zu jedem Standort werden die Winddaten angezeigt (Windgeschwindigkeit, Weibull-Parameter, Messhöhe).

Dem Rechner wurden nur Winddaten von Standorten mit geeigneter Lage zugrunde gelegt. Entscheidend ist eine freie Anströmung aus Hauptwindrichtung. Wenn beispielsweise der Standort „Hessen – Vogelsberg Höhenlage“ ausgewählt wird, dann sollte man die Winddaten folgendermaßen interpretieren: An einem guten Standort in Höhenlage im Vogelsberg ist in 10 Meter Höhe über Grund eine mittlere Jahreswindgeschwindigkeit von 3,6 m/s realistisch.

Wichtiger Hinweis

Man kann von den Ergebnissen des Online-Rechners nicht pauschal auf die Windverhältnisse des eigenen Grundstücks schließen! Mit einer Windmessung kann man die Winddaten vor Ort in Erfahrung bringen.

Windgeschwindigkeit:
Der wichtigste Parameter für die Standortqualität ist die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit in Rotorhöhe, dargestellt als Windgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde (m/s).

Weibull-Werte (a-Wert, k-Wert):
Mit diesen Werten wird die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit beschrieben. Die Leistung einer Windkraftanlage nimmt überproportional stark mit steigender Windgeschwindigkeit zu. Die Häufigkeitsverteilung ist im Vergleich zum Jahresmittelwert der exaktere Parameter.

a-Wert (Skalierungsfaktor):
Der a-Wert steht im Zusammenhang mit der Windgeschwindigkeit einer Messreihe und wird in Meter pro Sekunde angegeben.

k-Wert (Formfaktor):
Der k-Wert gibt die Form der Verteilungs-Kurve wieder. Standorte mit eher konstanten und gleichmäßigen Windverhältnissen haben einen höheren Wert. Ungleichmäßige Windverhältnisse in Form häufiger Flauten und Starkböen werden durch einen geringen k-Wert dargestellt.

Messhöhe:
Die Windgeschwindigkeit gilt immer für eine bestimmte Höhe. Häufig werden Windmessgeräte für Kleinwindkraftanlagen in 10 m Höhe aufgestellt. Je höher, desto stärker der Wind. Mit einem höheren Mast können die Windbedingungen verbessert werden.

Windkraftanlage

Zur Auswahl stehen Windkraftanlagen, deren Leistungskurven von unabhängigen Prüfinstituten vermessen wurden. Alle wählbaren Kleinwindkraftanlagen werden am Markt angeboten. Name von Hersteller und Modell wurden nicht genannt.

Windrad-Typ: Der Rechner umfasst ausschließlich Windgeneratoren mit horizontaler Rotorachse, da diese dem Stand der Technik entsprechen. Horizontale Windkraftanlagen sind in der Praxis oft deutlich ertragsstärker als vertikale Windkraftanlagen.

Zur Nennleistung der Windgeneratoren wird die entsprechende Windgeschwindigkeit angezeigt. Der Rotor-Durchmesser bildet die Windangriffsfläche und ist für die Ertragsstärke von zentraler Bedeutung. Vor allem in windschwachen Gebieten kann ein großer Rotor vorteilhaft sein.

Windgeschwindigkeit und Masthöhe

Die im grünen Ergebnisfeld angezeigte mittlere Jahreswindgeschwindigkeit kann durch zwei Regler verändert werden:

1. Regler „Windgeschwindigkeit“:
Ausgangs-Windgeschwindigkeit in Messhöhe von i.dR. 10 m.

2. Regler „Windrad-Mast“:
Je höher der Mast, desto stärker der Wind. Ausgehend von der Mess-Windgeschwindigkeit kann so ermittelt werden, wie sich mit einem höheren Mast die Windgeschwindigkeit und die Stromerträge verbessern.

Regler „Windverteilung“:
Entspricht dem Weibull k-Wert, siehe Erläuterung oben. Typische Werte bewegen sich zwischen 1.3 und 2.1.

Grünes Ergebnisfeld „Windgeschwindigkeit“:
Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit in Rotorhöhe.

Stromerzeugung

Die Berechnung der Stromerzeugung erfolgt durch die Gegenüberstellung der Verteilung der Windgeschwindigkeit (Weibull-Daten) mit den Leistungskurven der Windgeneratoren. Das ist das wissenschaftliche korrekte Verfahren.

Der am Generatorausgang anstehende Strom erfährt weitere Systemverluste, beispielsweise durch den Transport in Stromleitungen und Wandlungsverluste im Wechselrichter. Die Netto-Stromerzeugung steht den Stromverbrauchern zur Verfügung.

Tipp:
Prüfen Sie die Veränderung der Netto-Stromerzeugung, wenn Sie das Windkraftanlagen-Modell oder die Windgeschwindigkeit ändern.

Stromnutzung

Die Stromerzeugung entspricht der Netto-Stromerzeugung der Windturbine. Wie viel des produzierten Windstroms selbst verbraucht wird, kann im Feld „Davon Eigenverbrauch“ bestimmt werden. Der Anteil Eigenverbrauch als auch die Einspeisung wird aus den Werten darüber automatisch berechnet. Jede nicht selbst verbrauchte Kilowattstunde Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist.
Tipp:
Es sollte ein möglichst hoher Anteil des Windstroms selbst verbraucht werden. Das gilt für Länder wie Deutschland, Österreich und die Schweiz, wo der Einspeisetarif für Windstrom sehr niedrig ist.
Wichtig:
Bei der Wahl einer neuen Windturbine immer prüfen, ob der Eigenverbrauch in Relation zur gesamten Stromerzeugung stimmt!

Strompreis

Die Höhe des Strompreises ist wichtig, da man diesen beim selbst verbrauchten Strom der Kleinwindkraftanlage einspart. Nicht nur der aktuelle Strompreis, sondern auch die erwartete Preis-Steigerung des Stroms während der Betriebszeit des Windgenerators muss kalkuliert werden. Eine Preis-Steigerung von 2 % ist konservativ. Die Auswirkungen der Strompreis-Steigerungsrate wird durch die Werte Strompreis in 10 Jahren und Strompreis in 20 Jahren verdeutlicht.

Der Einspeisetarif bestimmt die Vergütungshöhe des ins öffentliche Netz eingespeisten Stroms. In Deutschland beträgt er 8,66 Cent pro kWh für im Jahr 2014 installierte Kleinwindkraftanlagen.

Kosten

Die Investitionskosten des Windgenerators werden nicht als Gesamtwert, sondern als Kosten pro kW (Kilowatt) Leistung eingegeben. Beispiel: Ein Windgenerator mit 6 kW Leistung und Investitionskosten von 5000 Euro pro kW beläuft sich auf eine Gesamtinvestition von 30.000 Euro. Der Wert der Gesamtinvestition wird auf Grundlage der ausgewählten Windkraftanlage und deren Nennleistung automatisch berechnet. Es handelt sich um den Preis der schlüsselfertigen Kleinwindkraftanlage inkl. Mast, Anschlusskosten und aller Projektkosten.

Als Zeitraum für die Dauer der Investition d.h. Betriebszeit der Kleinwindkraftanlage wird ein fixer Wert von 20 Jahren angesetzt.

Die Betriebskosten pro Jahr werden als Prozent-Wert der Gesamtinvestition bestimmt (Feld Anteil an Gesamtinvest.). Der sich daraus ergebende reale Wert wird im Feld Betriebskosten 1. Jahr automatisch berechnet. Da die Betriebskosten im Zeitverlauf steigen können, kann dies mit einem Prozent-Wert im Feld Kostensteigerung p.a. angegeben werden. Auf Basis der Betriebskosten im 1. Jahr und der Steigerungsrate wird die Höhe der Betriebskosten im 20. Jahr berechnet.

Finanzierung

Der Wert der Gesamtinvestition wird von der Kosten-Berechnung übernommen. Im Feld Eigenkapital wird der absolute Betrag eingetragen, der durch den Käufer aus eigenen Mitteln bereitgestellt wird. Der Anteil des Eigenkapitals und die Summe des bei der Bank aufzunehmenden Fremdkapitals wird automatisch berechnet. Für das Fremdkapital müssen der Zinssatz und die Laufzeit des Darlehens angegeben werden, um daraus die Rate pro Monat zu berechnen, die in Form von Zinsen und Tilgung an die Bank gezahlt werden muss.

Die Kapitalverzinsung wird zur Berechnung der Stromgestehungskosten mit Kapitalverzinsung verwendet (Siehe Ergebnis-Box). Die Kapitalverzinsung ist der individuelle Kalkulationszinssatz des Investors im Sinne einer gewünschten Mindestverzinsung des eingesetzten Kapitals.

Resultate

Die Amortisation gibt an, in wie viel Jahren das eingesetzte Kapital durch die Kleinwindanlage wieder eingespielt wird. Eine grafische Darstellung der Amortisation befindet sich darunter.

Das Ergebnis gibt den Gewinn oder Verlust nach 20 Jahren Betriebszeit an.

Die Stromgestehungskosten sind die Kosten des produzierten Windstroms in Euro-Cent pro Kilowattstunde. Den über die Betriebszeit von 20 Jahren entstehenden Gesamtkosten wird die Strommenge gegenübergestellt. Die Stromgestehungskosten mit Kapitalverzinsung umfassen den individuellen Kalkulationszinssatzes des Investors. Dieser kann im Bereich Finanzierung unter dem Wert „Kapitalverzinsung“ geändert werden.

Wichtig ist der Vergleich zwischen den Stromgestehungskosten und dem Strompreis. Wenn die Stromgestehungskosten des selbst produzierten Windstroms niedriger als die Strombezugskosten (Preis des gekauften Stroms) sind, dann kann man Stromkosten sparen. Vorausgesetzt der eigene Windstrom wird selbst verbraucht. Wichtig ist ein hoher Eigenverbrauch des Windstroms, denn nur dann kann man gekauften Strom durch eigenen Strom kompensieren.

Fehlerbehebung

Falls komische bzw. unrealistische Ergebnisse berechnet werden, bitte unter dem Feld „Stromnutzung“ den Eigenverbrauch prüfen. Vor allem bei der Wahl eines neuen Windgenerators kann es sein, dass der Eigenverbrauch höher ist als die gesamte Stromerzeugung. Der Wert des Eigenverbrauchs darf maximal so hoch sein wie die Stromerzeugung der Windturbine.

Hier geht’s zum Windenergie-Rechner für kleine Windkraftanlagen.