Test von Kleinwindanlagen

Durch einen Test werden diverse Eigenschaften einer Windturbine wie Leistung und Schallausbreitung überprüft. Ziel der Tests von Kleinwindkraftanlagen ist der Nachweis von Sicherheit, Qualität und Stromerträgen. Die Testergebnisse sind für Käufer, Investoren, den Hersteller selbst als auch für Fach- und Baubehörden von Bedeutung.

Kleinwindanlagen im Test auf Testfeld

Testfeld für Kleinwindanlagen in Dänemark (Foto: Jérôme Strasilla)

Warum sind Tests bei Kleinwindkraftanlagen so wichtig?

Im Unterschied zu Solaranlagen unterliegen kleine Windkraftanlagen einer hohen mechanischen Belastung. Die Naturgewalt des Windes ist bei hohen Geschwindigkeiten heftig, da die Leistung des Windes mit wachsender Windgeschwindigkeit überproportional steigt. Extreme Windspitzen treten zwar selten auf, sind aber im Laufe einer Betriebszeit von 20 Jahren wahrscheinlich und stellen quasi 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 oder Zehntausend Euro für die Anlage ausgegeben werden. Bei Stiftung Warentest und Ökotest als auch Fachzeitschriften wurden Testergebnisse von Solaranlagen oder Holzpelletkessel veröffentlicht. Tests über kleine Windturbinen sucht man vergeblich. Kein Wunder, da die Tests zeitlich und finanziell sehr aufwendig sind. Wichtig ist zudem 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 Windturbinen 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.

Die Durchführung von Feldtests ist unverzichtbar, da mit Tests im Windkanal die komplexen Windverhältnissen in der Natur nicht simuliert werden können. Der natürliche Wind trifft nicht gleichförmig auf die Rotorfläche, wie es im Windkanal der Fall ist. Fazit: Man muss die Anlagen über einen längeren Zeitraum aufs freie Feld stellen, mit Sensorik versehen und vermessen. Das gilt auch für Tests zur Dauer- und Spitzenbelastung. Während eines Sturms kann die Sturmsicherung und Robustheit der Kleinwindkraftanlage unter Beweis gestellt werden.

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.Als Betreiber von Testfeldern kommen neben den oben genannten Prüfinstituten auch Hochschulen, Forschungsreinrichtungen, 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 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.

Test von Kleinwindkraftanlagen

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 Hersteller am Markt ist und je mehr Anlagen er verkauft hat, desto eher agiert er verbraucherfreundlich.

Jede private und gewerbliche Kleinwindkraftanlage

Jede installierte und in Betrieb befindliche Kleinwindanlage stellt einen Test dar und liefert wichtige Hinweise für den Hersteller als auch für potenzielle Käufer. Je mehr Anlagen einer Baureihe installiert wurden, desto größer der Erfahrungsschatz. Denn jeder Standort hat andere Eigenschaften: Dazu zählen das Windpotenzial (Starkwind- versus Schwachwindstandort), die Meeresnähe (Korrosion…), Standorte auf verschiedenen Dachformen (Windturbulenzen…) etc. 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.

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 bis 150.000 Euro kosten, das ist für die meisten Hersteller viel zu teuer. Der Zeitraum für eine Vollzertifizierung beträgt 12 bis über 24 Monate, im Durschnitt 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 zu 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.) erarbeitet in einem aktuellen Forschungsprojekt (IEA Wind Task 27 – Providing a Standard Consumer Label for Small Wind Turbines) eine Konzeption für Kleinwindkraft-Labels. 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 Großbritannien gilt der MCS-Standard und man schaut auf folgender Internetseite unter „Wind Turbine“ nach: www.microgenerationcertification.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.

Die Testsieger: Marktreport mit erprobten Kleinwindkraftanlagen

Kleinwind-Marktreport 2016

Als Ergebnis einer kontinuierlichen Marktbeobachtung und umfangreichen Marktanalyse wurden in Deutschland über 95 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 Marktreport wird mindestens einmal pro Jahr aktualisiert, um der hohen Marktdynamik gerecht zu werden.