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Die Windgeschwindigkeit beeinflusst die Energiemenge, die eine Windkraftanlage in Elektrizität umwandeln kann ©

(erstmals eingestellt 2001 - laufend aktualisiert, zuletzt Januart 2021)

Der Energiegehalt des Windes steigt in der dritten Potenz mit der mittleren Windgeschwindigkeit
Wenn sich also z.B. die Windgeschwindigkeit verdoppelt, steigt der Energiegehalt um das Achtfache (2 hoch 3 = 2 x 2 x 2 = 8).

Je besser man diese Energie aus dem Wind "abbremsen" kann, umso mehr Energie kann elektrisch gewonnen werden. Bei einer Windgeschwindigkeit von 8 Metern pro Sekunde haben wir z.B. ein Leistungspotential (Energie pro Sekunde) von 314 Watt pro Quadratmeter windexponierter Fläche, wenn der Wind senkrecht auf diese Rotorfläche trifft. Bei 16 m/s erhalten wir das Achtfache, das wären dann 2509 W/qm. Einfluss nimmt dann natürlich auch die Dichte (Feuchtigkeit) der Luft.

 

Nur ca. 5 - 15% der geringen Energie, die auf kleine Windräder trifft, ist auch tatsächlich nutzbar.
Ähnlich wie bei der Solar-Energie, die der jeweiligen Ausrichtung und Neigung zur Sonne einen Korrekturfaktor gibt, bzw. mit dem Perfomance Ratio einen Systemwirkungsgrad einer Photovoltaik-Anlage beschreibt, haben wir beim Wind einen Ernte-Faktor (nach Betz), der theoretisch maximal 59,3% betragen kann. Tatsächlich liegt der Wirkungsgrad bei Klein-Windrädern aber nur um 25%. Dann folgen aber noch die Verluste bei Ladung oder Wandlung und im Kabel. Und da diese Windräder, an den meisten Standorten, meist nur aus Schwachwind ernten, ist das Ergebnis mehr als nur schwach...

Flächenvergleich:

Ein durchschnittlicher Solar-Generator erreicht auf einem waagrechten Quadratmeter heutzutage eine Nennleistung von bis zu ca. 250 Wp (bei 1000 W Solarstrahlung = sehr guter, nicht zu heißer Sonnentag um die Mittagszeit).
Aufgrund vielfacher Einflüsse erreicht ein gleich großes Kleinwindrad diese Leistung auf gleicher, senkrechter Fläche bei einer guten Windgeschwindigkeit von ca. 9 m/s (WS 5!), während dann im Wind 446,5 W/qm enthalten sind.
Läge dieser noch gute Wert im Jahresmittel vor, könnten an diesem Standort mit einem Kleinwindrad, wie dem Air ca. 1200 kWh p.a. Strom erzeugt werden. In der Realität sind es dann aber nicht mal 120...
Selbst auf nur durchschnittlicher Fläche erntet man beim Solarstrom aber im Jahr stolze 180 kWh! An einem optimalen Standort im Süden könnten es auch 300 kWh werden.

Jeder weiß, dass wir in Deutschland unterschiedlich starke Sonneneinstrahlung haben. Somit liegen zwischen einem optimalen Standort (Zugspitze) und einem Schlechten (Hamburg) ca. 30% Unterschied im Jahr. Durch Ausrichtung/Neigung der Flächen kann dieser Wert verändert werden. Grundsätzlich bleibt aber jeder Standort absolut geeignet für solare Nutzung.
Beim Wind sieht dies aber ganz anders aus. Während schlechte Standorte im Durchschnitt auf dem Quadratmeter nur ca. 1 W Leistung haben, liegt er bei Guten bei ca. 50 oder gar 80 W. Das ist ein extremer Unterschied, der sich auch durch geniale Technik nicht korrigieren lässt!

 

Vorsicht vor "Schwachwind-Spezialisten"!

Denn genauso wenig wie, trübe Tage auch aus, angeblich "besonders sensiblen" Solarmodulen mit Dünnschicht-Technik, keine großen Erträge locken können, bringen auch kleine Spielzeug-Windräder, die sich schon bei 1 - 2 m/ Sekunde bewegen wollen, bei diesen Betriebszuständen keine erwähnenswerten Leistungen.
Wo keine Energie im Wind ist, kann man auch Keine herausholen - egal wie stark die Nenn-Leistung des Windrades und was manche Hersteller/Vertreiber propagieren!
Wer dennoch behauptet, bei Windstärke 2, die in einem Qm Fläche gerade mal 17 W enthält, aus denen ein Mini-Windrad mit 0,5 Qm Fläche nicht mal 5 W herausholen kann, 50 W Leistung zu erzeugen, der ist dumm oder will seine Kunden dafür verkaufen. Da solche Anbieter meist auch mit kW und kWh oder deren Schreibweise auf Kriegsfuß stehen, denken wir eher an Ersteres...

Leider findet man bei diesen Anbietern meist nur viel Werbe-Blabla und keinerlei Fakten. Umso größer sind die Versprechungen und der Werbe-Aufwand. Doch ein (wohl mangels technischem Verständnis) begeisterter Besitzer eines solchen China-Wind-Eies nennt Ertrags-Daten und die sind doch weit mehr als enttäuschend. Bei einer Investition von ca. 2.000 Euro kommt er auf Jahreserträge von unter 200 kWh = ca. 50 Euro Ersparnis im Jahr. D.h. in ca. 40 Jahren hätte er theoretisch sein Geld zurück - wenn das Rad dann noch laufen würde...

Mancher freut sich darüber, dass sich sein Klein-Windrad auch schon bei geringstem Wind bewegt.
Der hat dann aber noch nie, in diesem Moment, wenn man die einzelnen Flügel noch deutlich erkennen kann, auf den Zähler oder die Laderegler-Anzeige geschaut. Dort passiert nämlich nichts! Wer noch ein Fahrrad mit Dynamo hat, kann ja mal schauen, wie hell das kleine Mini-Lämpchen leuchtet, wenn er das Rad mit der Hand dreht. Da nutzt auch die hohe Nenn-Leistung des Generators nichts. Auch auf dem Auto-Tacho steht 200km/h und in den Papieren 150 PS. Die werden aber nur erreicht, wenn man Gas gibt und nicht, wenn man durch die Tempo-30-Zone kriecht...

Mit falschen Argumenten verkaufen vorrangig ahnungslose Elektriker das teure "Spielzeug auf dem Dach". Nicht nur mit geschönten Leistungs-Werten wird geworben. Nein, man bringt es sogar noch fertig, daraus nochmals höhere, völlig unrealistische Erträge zu ermitteln! Aber offensichtlich haben dort Tage mehr als 24 Stunden und ein Monat immer 31 Tage...

Beachten muss man auch, dass im Gegensatz zu einem Solarstrom-Modul, ein Windgenerator echten mechanischen Abnutzungserscheinungen unterliegen kann, die aber auch repariert werden können (Flügel, Kohle,...). Unser Windrad ist nun zwar schon 23 Jahre alt und läuft immer noch, doch es war früher nur selten im Einsatz. Aber mittlerweile ist die "Nase" gebrochen und ein Flügel musste getauscht werden (meist wechselt man dann komplett). Teure Nachbesserung ist also notwendig. Für ein gutes Solarmodul ist das nicht mal die Hälfte der zu erwartenden Lebenszeit.


Wo weht der Wind?


Quelle: www.windatlas.dk/Europe/Index.htm
Die stärksten Windregionen (8 m/s im Jahresdurchschnitt sind lila, mittlere gelb, schwächere Gebiete hellblau). Dabei muss man natürlich die jeweilige Standorthöhe beachten, hier geht man von 50 m aus!

 

Wind-Tabelle

Bezeichnung Beaufort-Stärke Knoten km/h m/sec w/m² Beschreibung
Windstille 0 unter 1 unter 1 0 bis 0,2 0 Rauch steigt gerade empor 
leiser Zug 1 1 bis 3 1 bis 5 0,3 bis 1,5 0,3 - 1 Zug des Rauchs erkennbar
leichte Brise 2 4 bis 6 6 bis 11 1,6 bis 3,3 2 - 17 Wind ist im Gesicht fühlbar 
schwache Brise 3 7 bis 10 12 bis 19 3,4 bis 5,4 17 - 80 Zweige bewegen sich 
mäßige Brise 4 11 bis 15 20 bis 28 5,5 bis 8,9 80 - 445 Staub hebt sich 
frische Brise  5 16 bis 21 29 bis 38 9 bis 11 446 - 815 kleine Bäume schwanken 
starker Wind 6 22 bis 27 39 bis 49 12 bis 14 1058 - 1680 Pfeifton an Drahtleitungen 
steifer Wind 7 28 bis 33 50 bis 61 15 bis 17 2067 - 3009 Hemmung beim Gehen
stürmischer Wind 8 34 bis 40 62 bis 74 18 bis 21 3572 - 5672 Gehen wird erheblich erschwert
Sturm 9 41 bis 47 75 bis 88 22 bis 24 6521 - 8081 Schäden an Häusern 
schwerer Sturm 10 48 bis 55 89 bis 102 25 bis 28   Bäume werden entwurzelt
orkanartiger Sturm 11 56 bis 63 103 bis 117 29 bis 33   schwere Sturmschäden 
Orkan 12 über 63 über 117 über 33   katastrophale Schäden 


Wer das Ganze ein wenig "bildhafter" sehen möchte, schaut mal hier vorbei: Beaufort-Skala

eine Deutschland-Karte des Deutschen Wetterdienstes gibt es hier.

Wind-Bedingungen Links = Gut - Rechts = Schlecht!

 

Verwirbelungen werden oft unterschätzt!
Je näher das Hindernis, umso höher muss das Windrad aufgestellt werden. Nur weil es sich ein bisschen dreht, wird noch lange kein Strom erzeugt!

http://www.windfinder.com
Auf dieser Website finden Sie für viele weltweite Standorte Wind-Vorhersagen und auch langjährige Statistiken. Dies kann ein guter Anhaltspunkt sein. Über den tatsächlich vorherrschenden und nutzbaren Wind genau an Ihrem Windrad sagt dies dennoch überhaupt nichts aus...



Wir sehen hieran aber den großen Unterschied zwischen unserem deutschen und dem sardischen Standort. Deshalb haben wir vor Jahren an der Zweigstelle Brunella jetzt ein Windrad installiert, um uns bei winterlichen Aufenthalten, die passend dimensionierte Solarstromanlage ein wenig zu unterstützen. Natürlich steht es am Rand des Daches mehr als nur ungünstig. Diese Aufstellung ging jedoch ruckzuck, kostete überhaupt keinen Aufwand und reduziert die Lärm-Übertragung, da keine feste Verbindung (durchgehende Schrauben, o.ä.)