Leistungswerte von Windkraftwerken - Zu schön um wahr zu sein!?

Sie werden sich vor dem Kauf eines Windkraftwerks fragen, ob Sie sich auf die Angaben des Herstellers verlassen können und diese mit der Realität übereinstimmen. Vielleicht möchten Sie aber auch einfach nur wissen, welche Leistung Sie ungefähr erwarten können. 

Der von Windturbinen maximal umsetzbare Prozentsatz der im Wind enthaltenen Energie ist nach Betz 59 %. Jede Windturbine kann davon je nach Wirkungsgrad nur einen bestimmten Anteil in mechanische und ein gekoppelter Generator davon wiederum einen Anteil in elektrische Energie umwandeln. Bei jeder Leistungsangabe, die sich über diesem theoretisch erreichbaren Maximum befindet, ist extreme Vorsicht geboten. Es handelt sich hier um physikalisch nicht belegbare Werte und daher mit hoher Wahrscheinlichkeit um falsche Angaben. Aus diesem Grund möchten wir Ihnen an dieser Stelle die Möglichkeit geben, die Leistungsdaten unserer und natürlich auch anderer Kleinwindanlagen zu überprüfen und verschiedene Konstellationen zu simulieren.

Als Basis für die Berechnung der Abgabeleistung einer Windturbine dienen immer die vom Rotor überstrichene Fläche (Projektionsfläche aus Blickwinkel der Windrichtung, z.B. Kreisfläche bei horizontalen oder Rechteckfläche bei vertikalen Windrädern) und neben der Luftdichte vor allem die Windgeschwindigkeit. Durch diese Faktoren wird das Volumen der den Rotor durchströmenden Luft und somit die im Wind verfügbare Energie definiert. Der Wirkungsgrad beschreibt dabei das Verhältnis zwischen der im Wind enthaltenen Energie und der daraus gewonnenen Leistung des Windrades.

Für eine schnelle Abschätzung der theoretisch möglichen Nennleistung bei 12 m/s nutzen Sie obenstehendes Diagramm. Oftmals reicht es für einen ersten Eindruck schon aus, wenn Sie die Rotorfläche der Windturbine kennen. Als Anhaltspunkte für den Wirkungsgrad kann man Maximalwerte von 45 % für Horizontalläufer und 25 % für Vertikalläufer zugrunde legen.

Die Leistung (P) in Watt wird berechnet mit: P=(ρ*A*v³*cp)/2 (für die Windleistung gilt cp=1)

Beispielpunkt: (1,22 * 0,304 * 12³ * 0,16) / 2 = 51,3 Watt (ElvWiS^® III Rotor)

(Luftdichte (ρ) hier 1,22 kg/m³; Rotorfläche (A) 0,8 m*0,38 m=0,304 m²; Windgeschwindigkeit (v) 12 m/s; Wirkungsgrad (cp) 0,16 für 16%); Turbinenleistung/Windleistung = Turbinen-Wirkungsgrad

Wir stellen Ihnen hier zudem einen Rechner zur Verfügung, mit dessen Hilfe Sie schnell verschiedene Konstellationen aus Rotorfläche, Windgeschwindigkeit und Wirkungsgrad simulieren können.

Für unsere vertikalen Turbinen geben Sie im Rechner die Höhe und Breite der angestrahlten Rotorfläche ein, dabei verwenden Sie für die unterschiedlichen Rotorgrößen folgende Dimensionen:

ElvWiS^® 125S (Savonius): ca. 45 x 30 cm

ElvWiS^® 25S (Savonius): ca. 22 x 30 cm

ElvWiS^® I (Savonius): ca. 40 x 30 cm

ElvWiS^® II (Savonius): ca. 80 x 30 cm

ElvWiS^® III (Savonius): ca. 80 x 38 cm

Die Leistungsberechnung für unsere Savonius-Windturbinen bezieht sich dabei auf von uns im Windkanal ermittelte, durchschnittliche Rotor-Wirkungsgrade von 16 % und auf eine Nennleistung bei 12 m/s sowie eine Maximalleistung bei 20 m/s. Für die in unseren Artikelbeschreibungen und im Leistungsrechner angegebenen Werte ist eine Luftdichte von 1,22 kg/m³ zugrunde gelegt.

Die hier gezeigten Werte wurden an den kleineren ElvWiS^® I und 125S Turbinen ermittelt, bei den größeren Turbinen verschiebt sich das Wirkungsgradverhältnis gerade bei niedrigen Windstärken aufgrund des geringeren Einflusses der Kugellager zugunsten des Systemwirkungsgrades (siehe YouTube-Video: "ElvWiS II Windturbine; schwacher Wind - hoher Wirkungsgrad").

Um ein Gefühl für die Windkraft zu bekommen, ist es wichtig zu wissen, dass die Energie im Wind sich bei einer Verdopplung der Windgeschwindigkeit um das Achtfache erhöht. Das bedeutet, dass die Turbinen bei geringen Windgeschwindigkeiten relativ wenig Strom erzeugen können, bei höheren Windgeschwindigkeiten steigt die Stromproduktion dafür drastisch an.

Für eine realistische Abschätzung des Ertrages müssen Sie wissen:

Denken Sie bitte bei der Berechnung der Leistungswerte daran, dass wir ausschließlich die mechanisch erzeugte Rotorleistung angeben, die tatsächlich in elektrische Leistung umgesetzt werden kann, da die letztendlich abgegebene elektrische Leistung je nach Verbraucher, Laderegler und Ladezustand von Batterien stark variieren kann. Unsere bürstenlosen und rastmomentfreien Scheibengeneratoren sind optimal auf die jeweiligen Rotoren abgestimmt und erzielen Wirkungsgrade bis zu 96 % bei der Umsetzung der mechanischen Leistung in elektrische Energie, was ein sehr guter Wert ist. Beachten Sie auch, dass der Standort und die Umgebung der Turbine die Bedingungen für die Anstrahlung mit Wind erheblich beeinflussen; die höchstmögliche Leistung kann nur bei einer freien Anstrahlung ohne Verwirbelungen erreicht werden. Schauen Sie sich hierfür auch unser Video zur Analyse eines Batterieladesystems an: "Windturbine ElvWiS II ALUMINIUM Hybrid - Freilandmessung und Analysen" 

Wichtig: Die von uns angegebenen Rotorleistungen sind nicht mit der Generatorleistung zu verwechseln, bei der sich die angegebenen Leistungswerte ausschließlich auf den Generator (nicht die Windturbine) unter Vollast bei Leistungsanpassung beziehen.

Mit freundlichen Grüßen
Ihre IDEEN-SCHMIEDE