Betrieb von Kleinwindkraftanlagen. Ein Überblick über Markt, Technik und Wirtschaftlichkeit

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Markt und Anwendung von Kleinwindkraftanlagen

2.1 Einteilung von Kleinwindkraftanlagen

2.1.1 Rotortyp

2.1.2 Rotordurchmesser

2.1.3 Mechanisch-elektrischer Triebstrang

2.1.4 Aerodynamische Leistungsregelung

2.1.5 Einteilung nach Größenklassen

2.2 Recherche der aktuellen Marktsituation

2.2.1 Quellen für die Marktrecherche

2.2.2 Statistische Analyse der Anlagenmodelle

2.3 Beispiele für typische Anlagen

2.3.1 Batterielader der Micro-Klasse: Air X

2.3.2 1,4 kW-Anlage zur Haushaltsunterstützung: Passaat

2.3.3 Anlage zur Haushaltskomplettversorgung: Antaris 5,0 kW

2.3.4 Eine moderne Vertikalachsenanlage: qr5

2.3.5 Eine gewerbliche Anlage mit 35 kW: PGE 20/35

2.4 Sonderbauformen

2.4.1 Savonius-Rotoren

2.4.2 Schleifenförmige Horizontalachsen-Rotoren

2.4.3 Turbinen mit Windenergie-Konzentratoren

2.4.4 Weitere Sonderbauformen

2.5 Anlagen-Gesamtkonzepte und Einsatzbeispiele

2.5.1 Batterielader

2.5.2 Wind/Diesel-Inselnetze

2.5.3 Systeme zur Heizungsunterstützung

2.5.4 Systeme zum Wasserpumpen

2.5.5 Netzeinspeisung

2.5.6 Anlagen zur Dachmontage

3 Technik von Groß- und Kleinanlagen im Vergleich

3.1 Rotor

3.1.1 Propellertyp

3.1.2 Darrieus-Rotor

3.1.3 H-Rotor

3.1.4 Savonius-Rotor

3.2 Generator

3.2.1 Gleichstrommaschine

3.2.2 Fremderregte Synchronmaschine

3.2.3 Permanenterregte Synchronmaschine

3.2.4 Asynchronmaschine

3.2.5 Zusammenfassung

3.3 Lastanpassung

3.3.1 Mechanische Lastanpassung

3.3.2 Maximum Power Point Tracking

3.3.3 Lastanpassung ohne MPPT-Verfahren

3.4 Netzeinspeisewechselrichter

3.4.1 Ausgangsspannung

3.4.2 Inselbildungsschutz (ENS)

3.4.3 MPPT

3.4.4 Spannungsfestigkeit

3.4.5 Drehzahlbegrenzung

3.4.6 Stand-By-Betrieb

3.4.7 Galvanische Trennung

3.5 Aerodynamische Leistungsregelung

3.5.1 Pitch-Regelung

3.5.2 Aktive Stall-Regelung

3.5.3 Passive Stall-Regelung

3.5.4 Aus-dem-Wind-Drehen

3.5.5 Anlagen ohne aerodynamische Leistungsbegrenzung

3.6 Windrichtungsnachführung

4 Wirtschaftlichkeit

4.1 Standortwahl

4.1.1 Vorgangsweise bei Großanlagen

4.1.2 Vorgangsweise bei Kleinanlagen

4.1.3 Micrositing

4.2 Ertragsprognose

4.2.1 Leistungskurve

4.2.2 Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeiten

4.2.3 Berechnung des Jahresertrags

4.3 Stromgestehungskosten

4.3.1 Investitionskosten

4.3.2 Lebensdauer

4.3.3 Zinssatz

4.3.4 Volllaststundenzahl

4.3.5 Berechnung der Stromgestehungskosten und Sensitivitätsanalyse

4.3.6 Vergleich mit Einspeisetarifen

5 Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit verfolgt das Ziel, einen umfassenden Überblick über die zentralen Aspekte des Betriebs von Kleinwindkraftanlagen zu bieten, da hierzu bisher kaum wissenschaftliche Literatur existiert. Es wird untersucht, wie sich diese Anlagen technisch und wirtschaftlich von Großanlagen unterscheiden und welche Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Nutzung entscheidend sind.

• Marktanalyse und Typisierung von Kleinwindkraftanlagen
• Technische Konzepte von Komponenten wie Generatoren und Umrichtern
• Methoden zur optimalen Lastanpassung (Maximum Power Point Tracking)
• Wirtschaftlichkeitsanalyse inklusive Standortwahl und Ertragsprognose

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Thematik der Kleinwindkraftanlagen ein, grenzt diese begrifflich von Großanlagen ab und begründet die Notwendigkeit der vorliegenden Arbeit aufgrund mangelnder wissenschaftlicher Literatur.

2 Markt und Anwendung von Kleinwindkraftanlagen: In diesem Kapitel wird der aktuelle Markt analysiert, verschiedene Anlagentypen, Sonderbauformen und spezifische Einsatzbeispiele wie Batterieladung oder Netzeinspeisung detailliert vorgestellt.

3 Technik von Groß- und Kleinanlagen im Vergleich: Dieser Abschnitt bietet einen fundierten technischen Vergleich der Komponenten (Rotor, Generator) und Regelungsverfahren, mit besonderem Fokus auf Lastanpassung und die spezifischen Anforderungen an Netzeinspeisewechselrichter.

4 Wirtschaftlichkeit: Hier erfolgt eine ökonomische Untersuchung, die sich mit der Standortwahl, der Prognose von Erträgen und der Berechnung von Stromgestehungskosten auseinandersetzt, um die Wirtschaftlichkeit der Kleinwindkraft gegenüber konventionellen Alternativen zu bewerten.

5 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen, betont den Innovationsbedarf bei kleinen Anlagen und unterstreicht, dass die ökonomische Rentabilität derzeit oft noch von Förderungen abhängt.

Schlüsselwörter

Kleinwindkraftanlagen, Windenergie, Marktanalyse, Rotortyp, Generator, Lastanpassung, Maximum Power Point Tracking, MPPT, Netzeinspeisung, Wirtschaftlichkeit, Stromgestehungskosten, Standortwahl, Ertragsprognose, Inselbetrieb, Windrichtungsnachführung

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit behandelt den Betrieb von Kleinwindkraftanlagen und beleuchtet deren aktuelle Marktsituation, technische Spezifikationen und wirtschaftliche Rahmenbedingungen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Arbeit gliedert sich in drei Hauptfelder: Die Analyse des Anbietermarktes, die detaillierte Beschreibung technischer Komponenten sowie die ökonomische Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Kleinwindkraftanlagen.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das Ziel ist es, eine Wissensgrundlage zu schaffen, da für Kleinwindkraftanlagen im Gegensatz zu Großanlagen bisher nur sehr wenig wissenschaftliche Literatur existiert.

Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?

Die Arbeit basiert im Wesentlichen auf einer umfangreichen Literaturrecherche und einer Analyse des aktuellen Stands der Technik sowie der Marktsituation im Jahr 2009.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil befasst sich detailliert mit den technischen Unterschieden zwischen Groß- und Kleinanlagen, Regelungsverfahren für die Lastanpassung und den Herausforderungen bei der Netzeinspeisung.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit ist durch Begriffe wie Kleinwindkraftanlagen, Wirtschaftlichkeit, Lastanpassung, MPPT und Netzeinspeisung charakterisiert.

Warum ist die Dachmontage von Kleinwindanlagen oft problematisch?

Die Dachmontage führt häufig zu Geräuschbelästigungen durch mechanische Vibrationen, die sich als Körperschall im Gebäude ausbreiten, sowie zu turbulenten Windverhältnissen, die den Energieertrag negativ beeinflussen.

Warum sind Standard-Solarwechselrichter für Windanlagen ungeeignet?

Solarwechselrichter sind auf die langsamen Zeitkonstanten der Sonneneinstrahlung ausgelegt, während die schnelle Dynamik bei Windböen eine deutlich leistungsfähigere und spezifisch auf Windkraft abgestimmte Regelung erfordert.