Installation und Wartung eines kleinen Windkraftsystems

Der Hersteller Ihrer Windkraftanlage oder der Händler, bei dem Sie sie gekauft haben, sollte Ihnen bei der Installation Ihrer kleinen Windkraftanlage behilflich sein können. Sie können die Anlage selbst installieren – stellen Sie sich jedoch vor dem Projekt folgende Fragen:

• Kann ich ein richtiges Zementfundament gießen?
• Habe ich Zugang zu einem Aufzug oder einer Möglichkeit, den Turm sicher aufzubauen?
• Kenne ich den Unterschied zwischen Wechselstrom- (AC) und Gleichstrom- (DC) Verkabelung?
• Kenne ich mich mit Elektrizität gut genug aus, um meine Turbine sicher zu verkabeln?
• Weiß ich, wie ich Batterien sicher handhabe und einsetze?

Wenn Sie eine der obigen Fragen mit Nein beantwortet haben, sollten Sie Ihre Anlage am besten von einem Systemintegrator oder Installateur installieren lassen. Wenden Sie sich an den Hersteller oder an Ihr Energieversorgungsunternehmen, um eine Liste lokaler Systeminstallateure zu erhalten. Sie können auch in den Gelben Seiten nach Anbietern von Windenergieanlagen suchen.

Ein seriöser Installateur bietet möglicherweise zusätzliche Leistungen wie die Einholung von Genehmigungen an. Prüfen Sie, ob der Installateur ein zugelassener Elektriker ist, fragen Sie nach Referenzen und überprüfen Sie diese. Sie können sich auch beim Better Business Bureau erkundigen.

Bei ordnungsgemäßer Installation und Wartung sollte eine kleine Windkraftanlage mindestens 20 Jahre halten. Die jährliche Wartung kann Folgendes umfassen:

• Überprüfen und Festziehen von Schrauben und elektrischen Anschlüssen nach Bedarf
• Überprüfung der Maschinen auf Korrosion und der Abspannseile auf die richtige Spannung
• Überprüfen und ersetzen Sie gegebenenfalls abgenutztes Vorderkantenband an den Turbinenblättern
• Bei Bedarf Austausch der Turbinenschaufeln und/oder Lager nach 10 Jahren.

Wenn Sie nicht über die nötigen Fachkenntnisse zur Wartung des Systems verfügen, bietet Ihr Installateur möglicherweise ein Service- und Wartungsprogramm an.

Ihr Anlagenhersteller oder Händler kann Ihnen auch bei der Wahl des optimalen Standorts für Ihre Windkraftanlage behilflich sein. Einige allgemeine Überlegungen sind:

• Überlegungen zu WindressourcenWenn Sie in unwegsamem Gelände wohnen, wählen Sie den Installationsort sorgfältig aus. Wenn Sie Ihre Windkraftanlage beispielsweise auf einem Hügelgipfel oder auf der windigen Seite eines Hügels aufstellen, haben Sie mehr Zugang zu den vorherrschenden Winden als in einer Schlucht oder auf der windabgewandten (geschützten) Seite eines Hügels auf demselben Grundstück. Auf demselben Grundstück können unterschiedliche Windverhältnisse herrschen. Neben der Messung oder Ermittlung der jährlichen Windgeschwindigkeiten müssen Sie die vorherrschenden Windrichtungen an Ihrem Standort kennen. Neben geologischen Formationen müssen Sie vorhandene Hindernisse wie Bäume, Häuser und Schuppen berücksichtigen. Auch zukünftige Hindernisse wie neue Gebäude oder Bäume, die ihre volle Höhe noch nicht erreicht haben, müssen Sie einplanen. Ihre Anlage muss in Windrichtung von Gebäuden und Bäumen aufgestellt werden und 9 Meter über allem im Umkreis von 90 Metern stehen.
• Systemüberlegungen– Achten Sie darauf, genügend Platz zum Anheben und Absenken des Turms für Wartungsarbeiten zu lassen. Ist Ihr Turm abgespannt, müssen Sie Platz für die Abspannseile einplanen. Unabhängig davon, ob das System autark oder netzgekoppelt ist, müssen Sie auch die Länge der Kabelstrecke zwischen der Turbine und der Last (Haus, Batterien, Wasserpumpen usw.) berücksichtigen. Durch den Kabelwiderstand kann ein erheblicher Stromverlust entstehen – je länger die Kabelstrecke, desto höher der Stromverlust. Die Verwendung von mehr oder dickeren Kabeln erhöht zudem die Installationskosten. Die Kabelverluste sind bei Gleichstrom (DC) höher als bei Wechselstrom (AC). Bei langen Kabelstrecken empfiehlt es sich, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.

Kleine Windturbinen für den Einsatz in Wohngebäuden haben typischerweise eine Größe zwischen 400 Watt und 20 Kilowatt, abhängig von der Menge an Strom, die erzeugt werden soll.

Ein typischer Haushalt verbraucht jährlich etwa 10.932 Kilowattstunden Strom (ca. 911 Kilowattstunden pro Monat). Abhängig von der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit in der Region wäre eine Windkraftanlage mit einer Leistung von 5 bis 15 Kilowatt erforderlich, um diesen Bedarf decken zu können. Eine 1,5-Kilowatt-Windkraftanlage deckt den Bedarf eines Haushalts mit einem monatlichen Bedarf von 300 Kilowattstunden an einem Standort mit einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 6,26 Metern pro Sekunde.

Um die benötigte Turbinengröße zu bestimmen, legen Sie zunächst ein Energiebudget fest. Da Energieeffizienz in der Regel günstiger ist als Energieerzeugung, ist eine Reduzierung des Stromverbrauchs Ihres Hauses wahrscheinlich kostengünstiger und reduziert die benötigte Größe der Windturbine.

Auch die Turmhöhe einer Windkraftanlage beeinflusst die Stromerzeugung. Ein Hersteller kann Ihnen bei der Bestimmung der benötigten Turmhöhe helfen.

Eine Schätzung der jährlichen Energieabgabe einer Windkraftanlage (in Kilowattstunden pro Jahr) ist der beste Weg, um festzustellen, ob die Anlage und der Turm genügend Strom für Ihren Bedarf produzieren.

Ein Windkraftanlagenhersteller kann Ihnen bei der Schätzung der zu erwartenden Energieproduktion helfen. Der Hersteller verwendet eine Berechnung, die auf folgenden Faktoren basiert:

• Leistungskurve bestimmter Windkraftanlagen
• Durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit an Ihrem Standort
• Höhe des Turms, den Sie verwenden möchten
• Häufigkeitsverteilung des Windes – eine Schätzung der Anzahl der Stunden, in denen der Wind in einem durchschnittlichen Jahr bei welcher Geschwindigkeit weht.

Der Hersteller sollte diese Berechnung auch an die Höhe Ihres Standorts anpassen.

Um eine vorläufige Schätzung der Leistung einer bestimmten Windkraftanlage zu erhalten, können Sie die folgende Formel verwenden:

AEO = 0,01328 D²V³

Wo:

• AEO = Jährliche Energieabgabe (Kilowattstunden/Jahr)
• D = Rotordurchmesser, Fuß
• V = Jährliche durchschnittliche Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde (mph) an Ihrem Standort

Hinweis: Der Unterschied zwischen Leistung und Energie besteht darin, dass Leistung (Kilowatt) die Rate angibt, mit der Elektrizität verbraucht wird, während Energie (Kilowattstunden) die verbrauchte Menge angibt.

Kleine Windkraftanlagen können an das Stromverteilungsnetz angeschlossen werden. Diese Anlagen werden als netzgekoppelte Anlagen bezeichnet. Eine netzgekoppelte Windturbine kann Ihren Verbrauch an Strom aus dem öffentlichen Stromnetz für Beleuchtung, Haushaltsgeräte und elektrische Heizung reduzieren. Kann die Turbine nicht die benötigte Energiemenge liefern, gleicht das Versorgungsunternehmen die Differenz aus. Produziert die Windkraftanlage mehr Strom als Ihr Haushalt benötigt, wird der Überschuss an das Versorgungsunternehmen weitergeleitet oder verkauft.

Bei dieser Art der Netzanbindung ist Ihre Windkraftanlage nur dann in Betrieb, wenn das öffentliche Stromnetz verfügbar ist. Bei Stromausfällen muss die Windkraftanlage aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden.

Netzgekoppelte Systeme können sinnvoll sein, wenn folgende Voraussetzungen gegeben sind:

• Sie leben in einem Gebiet mit einer durchschnittlichen jährlichen Windgeschwindigkeit von mindestens 10 Meilen pro Stunde (4,5 Meter pro Sekunde).
• Der vom öffentlichen Stromversorger gelieferte Strom ist in Ihrer Gegend teuer (etwa 10–15 Cent pro Kilowattstunde).
• Die Anforderungen des Versorgungsunternehmens für den Anschluss Ihres Systems an das Stromnetz sind nicht unerschwinglich.

Es gibt gute Anreize für den Verkauf von überschüssigem Strom oder den Kauf von Windkraftanlagen. Bundesvorschriften (insbesondere der Public Utility Regulatory Policies Act von 1978, kurz PURPA) verpflichten Versorgungsunternehmen, kleine Windkraftanlagen anzuschließen und Strom von diesen zu beziehen. Sie sollten sich jedoch vor dem Anschluss an die Stromnetze mit Ihrem Versorgungsunternehmen in Verbindung setzen, um etwaige Bedenken hinsichtlich der Stromqualität und -sicherheit zu klären.

Ihr Energieversorger kann Ihnen eine Liste der Voraussetzungen für den Netzanschluss Ihrer Anlage zur Verfügung stellen. Weitere Informationen finden Sie unternetzgekoppelte Energiesysteme für Privathaushalte.

Windkraft kann in netzunabhängigen Systemen, auch Inselsystemen genannt, genutzt werden, die nicht an ein Stromverteilungssystem oder Netz angeschlossen sind. In diesen Anwendungen können kleine Windkraftanlagen in Kombination mit anderen Komponenten eingesetzt werden – darunterkleine Solarstromanlage– zur Schaffung hybrider Stromsysteme. Hybride Stromsysteme können zuverlässigen, netzunabhängigen Strom für Haushalte, Bauernhöfe oder sogar ganze Wohnanlagen (z. B. Wohngemeinschaften) bereitstellen, die weit entfernt von den nächsten Versorgungsleitungen liegen.

Ein netzunabhängiges Hybridelektrosystem kann für Sie sinnvoll sein, wenn die folgenden Punkte auf Ihre Situation zutreffen:

• Sie leben in einem Gebiet mit einer durchschnittlichen jährlichen Windgeschwindigkeit von mindestens 9 Meilen pro Stunde (4,0 Meter pro Sekunde).
• Ein Netzanschluss ist nicht verfügbar oder kann nur durch eine teure Erweiterung hergestellt werden. Die Kosten für die Verlegung einer Stromleitung zu einem abgelegenen Standort zur Anbindung an das öffentliche Stromnetz können unerschwinglich sein und je nach Gelände zwischen 15.000 und über 50.000 US-Dollar pro Meile liegen.
• Sie möchten energetisch unabhängig vom Energieversorger werden.
• Sie möchten sauberen Strom erzeugen.

Weitere Informationen finden Sie unter „Betrieb Ihres Systems außerhalb des Stromnetzes“.