Test von Kleinwindanlagen
Nur erprobte Windkraftanlagen sind zuverlässig und langlebig!
Vor allem bei Kleinwindkraftanlagen sind unabhängige Tests der Technik ungemein wichtig. Denn Windenergie entfaltet bei Sturm gewaltige Kräfte. Aufgrund der hohen Belastung von Rotor und Generator ist eine hohe Qualität der Windkraftanlage unverzichtbar.
Beim Vergleich von am Markt angebotenen Kleinwindanlagen gibt es zwei Gruppen:
Hohe Qualität hat ihren Preis, lohnt sich aber langfristig. Nur geprüfte und robuste Technologie kann langfristig zuverlässig Strom produzieren. Wer auf die Schnelle die günstigste Anlage anschafft, wird nicht lange und vor allem wenig Strom erzeugen. Das ist dann ein Hobby, aber keine ernsthafte Stromerzeugung.
Durch den Test einer Windkraftanlage werden diverse Eigenschaften wie Leistung, Dauerbelastung und Schall überprüft. Damit können wichtige Fragen beantwortet werden:
Die Testergebnisse sind für Käufer, Investoren, den Hersteller selbst, Versicherungen als auch für Fach- und Baubehörden von Bedeutung.
Die Erprobung der Windturbinen muss unter natürlichen Windbedingungen auf freiem Feld stattfinden. Es gibt extra Testfelder für Kleinwindkraftanlagen. Die Feuertaufe findet beim ersten Sturm statt, denn minderwertige Anlagentechnik fällt häufig schon beim ersten Starkwind aus.
In diesem Fachbetrag gibt es die wichtigsten Tipps vom neutralen Experten...
Autor: Patrick Jüttemann.
Aktualisierung: Januar 2024.
Warum sind Tests bei Kleinwindkraftanlagen so wichtig?
Vergleicht man Windenergie und Solarenergie, dann gibt es ein wichtigen Unterschied: der Wind kann pro Fläche extreme Leistung bereitstellen. Die Sonne dagegen ist bei der Leistungserbringung limitiert (Solarkonstante).
Man muss eine Solaranlage nicht vor zu viel Sonne schützen. Je mehr Solarenergie, desto besser für den Anlagenertrag! Aber eine Windkraftanlage muss man vor zu viel Wind schützen. Die Anlage schaltet ab einer gewissen Windgeschwindigkeit ab. Es muss Regelungen für die Sturmsicherung geben.
Die hohe Windleistung hat auch was Gutes, denn an einem windstarken Standort kann eine Kleinwindkraftanlage pro Kilowatt Leistung erheblich mehr Strom produzieren als eine Photovoltaikanlage. Aber die Windanlage muss sturmsicher sein.
Aufgrund der möglichen Extremkräfte durch den Wind sind technische Erprobungen von Kleinwindanlagen so wichtig. Verdoppelt sich die Windgeschwindigkeit, gibt es einen achtfachen Anstieg der Windleistung!
Extreme Windspitzen treten zwar selten auf, sind aber im Laufe einer Betriebszeit von 20 Jahren wahrscheinlich und stellen die Feuertaufe eines Windrads dar. Die Sicherheit der Anlage muss auch bei Sturm gegeben sein.
Verschleiß und Ermüdung von Bauteilen, als auch Konstruktionsfehler werden oft erst durch den längeren Betrieb einer Kleinwindanlage sichtbar. Bei einer Investitionsrechnung über einen üblichen Zeitraum von 20 Jahren wird man nur sicher kalkulieren können, wenn teure Schäden oder der komplette Austausch der Windenergieanlage vermieden werden. Durch Tests werden Daten zur Qualität und Leistungsfähigkeit einer Windturbine gewonnen.
In Deutschland, Österreich und der Schweiz gibt es für Kleinwindkraftanlagen kein vorgeschriebenes Qualitätslabel. Das CE-Kennzeichen hilft da nicht weiter. Auf dem Markt erscheinen immer wieder Windanlagen mit fragwürdiger Qualität.
Hilfestellung beim Kauf einer Kleinwindanlage
Vor dem Kauf einer Kleinwindanlage benötigt der Interessent einen objektiven Qualitätsnachweis zum Windgenerator. Vor allem wenn mehrere Tausend Euro für eine private Kleinwindanlage oder mehrere Zehntausend Euro für eine gewerbliche Windanlage ausgegeben werden.
Bei Stiftung Warentest und Ökotest als auch Fachzeitschriften wurden in der Vergangenheit Testergebnisse von Solaranlagen oder Holzpelletkessel veröffentlicht. Tests über Mini-Windkraftanlagen sucht man vergeblich. Kein Wunder, da die Tests zeitlich und finanziell sehr aufwendig sind. Einen Testsieger wird man bei Kleinwindanlagen also vergeblich suchen.
Vorsicht vor Internetseiten, die Mini-Windkraftanlagen als angebliche Testsieger präsentieren! In der Regel eine inhaltliche sinnfreie Zusammenstellung von Anlagen, die man über Amazon oder Ebay kaufen kann. Die Seitenbetreiber verdienen am Verkauf der Produkte. Oft handelt es sich um Billigware.
Zurück zu professionellen Tests: wichtig ist eine verbraucherfreundliche und übersichtliche Darstellung der wichtigsten Testergebnisse. Umfangreiche Prüfdokumente gespickt mit technischen Fachbegriffen sind für den Laien zu kompliziert.
Nur wenn die gleichen Testbedingungen zugrunde gelegt wurden, kann man verschiedene Windgeneratoren miteinander vergleichen. Der Vergleich der Nennleistung einzelner Windgeneratoren macht beispielsweise nur Sinn, wenn die gleiche Windgeschwindigkeit zugrunde gelegt wurde. Auch wenn die Nennleistung von Turbine A und Turbine B gleich ist, kann die Performanz sehr unterschiedlich sein, wenn Turbine A die Nennleistung bei 9 m/s Windgeschwindigkeit und Turbine B die Nennleistung erst bei 12 m/s erreicht.
Inhalte der Tests
Vor allem folgende Test-Ergebnisse einer Kleinwindkraftanlage sind von Bedeutung:
- Leistung und Jahresstromertrag
- Spitzenbelastung (Sturmerprobung)
- Dauerbelastung
- Sicherheit
- Schall
Von entscheidender Bedeutung ist die Ermittlung der Leistungskurve eines Windgenerators. Die Leistungskurve gibt an, bei welcher Windgeschwindigkeit die Turbine anfängt zu drehen, wann die Nennleistung erreicht wird und wann die Turbine bei sehr starkem Wind aus Sicherheitsgründen abschaltet.
Anhand der Leistungskurve kann der Jahresstromertrag ermittelt werden. Als Kennwert ist der Jahresstromertrag für Käufer aussagekräftiger als die Leistungskurve. Wichtig ist die Darstellung der Jahresstromerträge bei realistischen mittleren Jahreswindgeschwindigkeiten. Ein guter Standort im Binnenland bis 30 m Rotorhöhe hat eine mittlere Jahreswindgeschwindigkeit von rund 4m/s, ein guter Küstenstandort rund 5 m/s. Manche Hersteller geben Jahresstromerträge an für Windgeschwindigkeiten, die für die meisten Kleinwind-Standorte in Mitteleuropa viel zu hoch sind. Die Grenze zwischen Schönrechnerei und Verbrauchertäuschung ist fließend.
In der folgenden Abbildungen werden die Test-Ergebnisse einer kleinen Windturbine mit einer Leistung von 5,5 kW (bei 11 m/s Wind) eines amerikanischen Herstellers in aller Kürze dargestellt. Die Anlage wurde nach dem US-Standard für Kleinwindanlagen AWEA zertifiziert. Bei einer mittleren Jahres-Windgeschwindigkeit von 5 m/s (= guter Küstenstandort) erzeugt die Anlage fast 10.000 Kilowattstunden Strom. Ferner wird ein Wert zur Schallausbreitung genannt. Die erfolgreiche Zertifizierung der Maschine an sich ist ein Beleg für das Bestehen des Dauerbelastungstests und der Sturmsicherheit.
Testfeld im Freien - Windkanal nicht ausreichend
Die Durchführung von Feldtests ist unverzichtbar, da mit Tests im Windkanal die komplexen Windverhältnissen in der Natur schwer simuliert werden können. Test im Windtunnel sind hilfreich für die Entwicklung der Anlage, wie beispielsweise aerodynamische Optimierungen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass vor allem in Bezug auf Dauer- und Sturmbelastung nur ein Testfeld mit natürlichem Wind die Wahrheit ans Licht bringt.
Fazit: Für einen Kleinwindrad-Test man muss die Anlagen über einen längeren Zeitraum aufs freie Feld stellen, mit Sensorik versehen und vermessen. Getestet werden die Dauerbelastung und Spitzenbelastung. Bei Sturm oder Orkan greifen bei jeder Windturbine bestimmte Regulierungen der Anlage, um die Naturkräfte überhaupt bestehen zu können. Dazu zählen beispielsweise die Rotorblattverstellung oder das Aus-dem-Wind-Drehen des Rotors.
Wer Kleinwind-Tests durchführt
Eine Kernfrage ist, wer einen Test durchgeführt hat. War es der Hersteller selbst oder sind unabhängige Dritte verantwortlich? Die Zuständigkeit eines unabhängigen Prüfinstituts ist ein Beleg für die Gültigkeit der Ergebnisse. Auch die Testergebnisse der Kleinwindanlagen-Hersteller selbst sind hilfreich, sofern diese korrekt durchgeführt wurden. Doch leider gibt es immer wieder Fälle verfälschter Herstellerangaben, vor allem in Form von übertriebener Leistungsangaben.
Unabhängige Prüfinstitute
Prüfinstitute sind akkreditierte Unternehmen wie Windtest Grevenbroich, das Ingenieurbüro Dr.-Ing. Dieter Frey, DEWI und die Deutsche WindGuard. Die Firmen sind herstellerunabhängig und sorgen für eine professionelle Durchführung der Tests und Berechnungen. Ein Windrad kann entweder auf einem Testfeld oder auch an einem anderen Standort z.B. beim Hersteller der Windturbine vor Ort vermessen werden.
Zertifizierer als unabhängiger Dritter
Eine offizielle Zertifizierung einer kompletten Kleinwindkraftanlage nach internationalem IEC-Standard oder einem nationalen Kleinwind-Standard kann i.d.R. nicht alleine durch ein unabhängiges und akkreditiertes Prüfinstitut durchgeführt werden. Dieses ist zwar für die Durchführung der Tests verantwortlich. Eine Prüfung und Verifizierung der Testergebnisse findet durch eine weitere unabhängige Organisation, den Zertifizierer statt (Vier-Augen-Prinzip). Zertifizierungsorganisationen sind z.B. der TÜV Nord und TÜV Süd, DEWI und GL Garrad Hassan. Die Zertifizierungsdokumente werden vom Zertifizierer ausgestellt.
Betreiber von Testfeldern für Kleinwindenergieanlagen
Auf Testfeldern werden in der Regel mehrere Kleinwindanlagen gleichzeitig getestet. Die Standorte haben eine windstarke Lage, so dass die notwendigen hohen Windgeschwindigkeiten ausreichend vorkommen. Je höher die Wahrscheinlichkeit von Sturmböen, desto schneller bekommt man valide Ergebnisse.
Als Betreiber von Testfeldern kommen neben den oben genannten Prüfinstituten auch Hochschulen, Forschungseinrichtungen, staatliche Einrichtungen, Hersteller von Windgeneratoren oder Komponenten, Energieversorger als auch ingenieurstechnische Dienstleister in Frage.
Bei Testfeldern muss man unterscheiden, ob diese nach IEC-Norm zertifiziert sind oder nicht. Für die Durchführung einer offiziellen Zertifizierung müssen Testfelder selbst eine Zertifizierung aufweisen. IEC-Normen für die Beschaffenheit von Testfeldern umfassen das Relief, die Oberflächenbeschaffenheit als auch die Abstände der einzelnen Teststände für Windturbinen zueinander. In manchen Ländern gibt es staatliche Testfelder wie z.B. in Dänemark, USA oder Frankreich. Die Testergebnisse dieser vom Staat initiierten Testfelder werden in der Regel öffentlich bekannt gemacht.
Kleinwindkraftanlagen auf einem Testfeld in Österreich (Foto: energieforschungspark.at)
Hersteller von Kleinwindanlagen
Schon im Rahmen der Forschung und Entwicklung werden die Windgeneratoren durch den Hersteller getestet. In der Regel bieten alle Hersteller Angaben zur Leistung bzw. Leistungskurve ihrer Anlagen. Nicht alle Hersteller arbeiten mit Prüfinstituten zusammen, sondern führen die Tests selbst durch. Es liegt am einzelnen Hersteller, ob die Tests professionell durchgeführt wurden und ob die kommunizierten Testergebnisse valide und ehrlich sind. Leider gibt es einige Anbieter, die unrealistische Leistungs- und Ertragszahlen nennen. Je länger ein Windkraftanlagen-Hersteller am Markt ist und je mehr Anlagen er verkauft hat, desto eher agiert er verbraucherfreundlich.
Erfahrungen von Betreibern mit Windkraftanlagen
Wichtig sind auch die Erfahrungen, die private und gewerbliche Betreiber einer kleinen Windkraftanlage gemacht haben. Jede installierte und in Betrieb befindliche Kleinwindanlage stellt einen Test dar und liefert wichtige Hinweise für potenzielle Käufer.
Je mehr Anlagen einer Baureihe installiert wurden, desto größer der Erfahrungsschatz. Denn jeder Standort hat andere Eigenschaften in Bezug auf die Lage und das Windpotenzial.
Wenn ein kleines Windrad beispielsweise für die Installation auf Einfamilienhäusern angepriesen wird, dann sollte der Hersteller für diesen Standorttyp erprobte Referenzanlagen und erzielte Jahresstromerträge vorweisen können. Hilfreich ist es, wenn ein Windradmodell in der gleichen Region steht. Dann unterliegt die Anlage dem gleichen regionalen Windpotenzial.
Der Hersteller kann oder will keine Betreiber nennen, bei denen man sich mal ein Anlage anschauen könnte? Das sollte skeptisch machen. Vor allem, wenn der Anbieter keine anderweitigen Referenzen vorweisen kann, wie Prüfdokumente von unabhängigen Testfeldern.
Standards und Richtlinien für Test und Zertifizierung
Die grundlegenden Richtlinien für den Test kleiner Windkraftanlagen werden durch die internationale Norm IEC 61400-2 (Design requirements for small wind turbines) vorgegeben. Ferner kommen weitere IEC-Normen zu Anwendung wie z.B. die IEC 61400-12-1 (Leistungsvermessung) und die IEC 61400-11 (Schallvermessung).
Eine offizielle Zertifizierung als Königsweg des Tests kleiner Windturbinen orientiert sich an der Norm IEC 61400-2. Unter die Norm fallen Windkraftanlagen mit einer Windangriffsfläche unter 200 qm (entspricht rund 16 m Rotordurchmesser).
Die meisten vor allem in Deutschland angebotenen Kleinwindanlagen sind nicht zertifiziert aus einem einfachen Grund: Eine IEC-Zertifizierung kann durchaus über 100.000 Euro kosten, das ist für die meisten Hersteller viel zu teuer. Der Zeitraum für eine Vollzertifizierung beträgt 12 bis über 24 Monate, im Durchschnitt rund eineinhalb Jahre. Das führt zu einer schwierigen Situation für den Käufer in Deutschland, Österreich und der Schweiz: Eine nicht zertifizierte Kleinwindenergieanlage kann durchaus empfehlenswert sein. Unter den nicht zertifizierten Anlagen findet man allerdings auch einige Modelle mit unzureichender Qualität.
Aufgrund der hohen Anforderungen der internationale Norm IEC 61400-2 haben sich einige Länder dazu entschlossen, vereinfachte Zertifizierungsverfahren für Kleinwindkraftanlagen zu verabschieden. Nationale Kleinwind-Zertifizierungsstandards gibt es in den USA (SWCC-Standard), Großbritannien (MCS-Standard), Japan und Dänemark. Diese abgespeckten Länderstandards stellen die Freilandtests in den Vordergrund. Wer in den genannten Ländern in den Genuss eines erhöhten Einspeisetarifs für Kleinwindräder kommen möchte, muss eine zertifizierte Windturbine erwerben.
Weniger umfangreich als eine Zertifizierung ist ein Label als Qualitätsnachweis einer Kleinwindkraftanlage. Die Internationale Energieagentur (IEA – International Energy Agency.) hat in einem Forschungsprojekt (IEA Wind Task 27 – Providing a Standard Consumer Label for Small Wind Turbines) eine Konzeption für Kleinwindkraft-Labels erarbeitet. Im Gegensatz zu einer Zertifizierung wird neben Hersteller und Prüfinstitut keine weitere Organisation als Zertifizierer eingeschaltet.
Offizielle Nachweise und Offenlegung der Testergebnisse
Die Praxis hat gezeigt, dass immer wieder Hersteller von Kleinwindanlagen auf dem Markt erscheinen, die täuschende Angaben machen. Für den Interessent stellt sich die Frage: wie kann ich feststellen, ob eine Kleinwindanlage oder Teile davon getestet oder zertifiziert sind? Wenn eine komplette Kleinwindkraftanlage im Rahmen eines offiziellen Standards zertifiziert wurde, so wird man diese Informationen auf offiziellen Internetseiten finden. Beispiel: in den USA ist der Small Wind Certification Council (ICC-SWCC) die für Kleinwindkraft-Zertifizierungen zuständige Behörde. Auf der Internetpräsenz werden die zurzeit zertifizierten Kleinwindanlagen vorgestellt: smallwindcertification.org
Wenn nur Teilbereiche getestet wurden wie z.B. die Leistungskurve, so muss das durch ein akkreditiertes Prüfinstitut erfolgen. Entscheidend ist nun, dass ein Prüfdokument bereitgestellt wird, welches den erfolgreichen Test belegt. Wenn eine Leistungskurve nach IEC 61400 vermessen wird, gelten bestimmte zu erfüllende Anforderungen.
Beispielsweise hat ein Hersteller von Mikrowindanlagen aus Deutschland mit einer „zertifizierten Leistungskurve“ geworben. In der Tat wurde die Anlage auf einem Testfeld eines Prüfinstituts vermessen. Fast ausschließlich negative Berichte über diese Windanlage ließen Zweifel aufkommen. Der Hersteller hat eine selbst gezeichnete Leistungskurve auf seinen Prospekten abgebildet. Offizielle Prüfdokumente wollte er der Fachpresse und Experten nicht bereitstellen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit waren die Tests nicht erfolgreich im Sinne der maßgeblichen Norm IEC 61400. Das könnte z.B. Ausfallzeiten der Windanlage während des Testzeitraums betreffen. Möglich ist auch, dass die gemessenen Leistungswerte unzureichend waren.
Getestete und erprobte Windanlagen im Kleinwind-Marktreport
Als Ergebnis einer kontinuierlichen Marktbeobachtung und umfangreichen Marktanalyse wurden in Deutschland rund 70 Kleinwindanlagen identifiziert, die ihre Marktreife auf Basis festgelegter Qualitätskriterien bewiesen haben.
Die Qualität eines Kleinwindrads kann u.a. durch eine offizielle Zertifizierung, die Anzahl der verkauften Anlagen, als auch durch Ergebnisse auf Testfeldern belegt werden. Der als PDF-Datei angebotene Kleinwind-Marktreport wird mindestens einmal pro Jahr aktualisiert, um der hohen Marktdynamik gerecht zu werden.
