Die Kombination aus Solar- und Windenergie sorgt für eine stabile Energieproduktion. Kann auch der private Verbraucher von diesem Potential profitieren? Wirtschaftlich eher nicht! Woran das genau liegt, erfahren Sie in diesem Artikel.
Wir gehen auf die Chancen und Hindernisse ein, die sich aus einer Kombination beider Energiequellen ergeben.
Lesen Sie, was eine Verbindung aus Windenergie und Photovoltaik in der Planung, der Bezahlung und dem Energiegewinn letztlich bedeutet.
Im Rahmen der Energiewende spielt die Stromerzeugung aus der Kombination von Windkraft- und Photovoltaikanlagen eine zentrale Rolle. Das liegt vor allem am unterschiedlichen Erzeugungsprofil.
Die Solaranlage ist tagsüber aktiv (Südausrichtung). Nach Sonnenuntergang produzieren Solaranlagen keine Energie.
Windanlagen hingegen sind nicht ans Tageslicht gebunden und können rund um die Uhr Energie erzeugen, abhängig von den Windverhältnissen. Dies macht Windkraft besonders wertvoll während der Nacht oder an bewölkten Tagen, wenn die Solarenergie nicht verfügbar ist.
Im Frühling und Sommer liefert hauptsächlich die PV-Anlage Strom, im Herbst und Winter, wenn weniger Sonnenenergie zur Verfügung steht, gewinnt die Windenergie an Bedeutung.
Sind also ideale Bedingungen gegeben, können sich PV-Anlage und Windkraftanlage gut ergänzen. Die Grafiken zeigen zunächst die jeweiligen Erzeugungsprofile von Solar- und Windenergie. In der dritten sehen Sie die Kombination beider.
Hier wird deutlich, dass die Windenergie die morgendlichen Flauten einer südlich ausgerichteten PV-Anlage ausgleichen kann.
Auf die Grundlagen von Windkraft im Rahmen von Kleinwindkraftanlagen gehen wir weiter unten ein.
Im kleineren, privaten Rahmen werden Kleinwindkraftwerke genutzt. Dies sind Windanlagen bis zu 10 kW Leistung. In der gewerblichen Nutzung reichen die Kleinwindanlagen bis zu 250 kW.
Dennoch reichen Kleinwindkraftwerke im privaten Gebrauch in der Regel nicht aus, um eine stabile Grundlast zu garantieren und die Kosten zu decken.
Woran das liegt, lesen Sie in den folgenden Abschnitten.
Alle Windkraftanlagen nutzen die kinetische Energie des Windes, um elektrische Energie zu erzeugen. Dies geschieht durch große Rotorblätter, die durch den Wind in Bewegung gesetzt werden.
Die Drehbewegung der Rotorblätter wird durch einen Generator in elektrischen Strom umgewandelt.
Für den privaten Gebrauch kommen natürlich nur kleinere Windräder in Frage, dies sind sogenannte Kleinkraftwindanlagen oder auch Mini-Windräder.
Kleinwindkraftanlagen (KWK) sind kleinere Windkraftanlagen. Sie sind für den Einsatz bei Privatpersonen, landwirtschaftlichen Betrieben, kleinen Unternehmen und in ländlichen Gebieten konzipiert.
Im Gegensatz zu großen kommerziellen Windkraftanlagen, die auf Windparks installiert werden, sind Kleinwindkraftanlagen kleiner in ihrer Kapazität und Größe.
Die Leistung von Kleinwindkraftanlagen reicht in der Regel von wenigen hundert Watt bis zu etwa 100 Kilowatt (kW); in gewerblicher Nutzung sogar bis 250 kW.
Die Höhe der Türme variiert, liegt aber normalerweise zwischen 10 und 30 Metern, was deutlich geringer ist als bei kommerziellen Windturbinen.
Kleinwindkraftanlagen gibt es in verschiedenen Bauformen, die gängigsten sind horizontale und vertikale Achsdesigns.
Horizontalachsen-Windkraftanlagen (HAWT) sind am weitesten verbreitet und ähneln den großen Windkraftanlagen.
Vertikalachsen-Windkraftanlagen (VAWT) haben den Vorteil, dass sie unabhängig von der Windrichtung arbeiten können.
Die Erträge einer Kleinwindanlage lassen sich nicht allein anhand der Nennleistung der Anlage prognostizieren. Folgende Faktoren sind entscheidend:
Ein Standort, der für ausreichende Windenergie geeignet ist, weist typischerweise eine durchschnittliche Jahreswindgeschwindigkeit von etwa 4 m/s auf.
In der nachfolgenden Tabelle können Sie mögliche Erträge kleiner Windanlagen mit unterschiedlichen Leistungen einsehen.
Vergleichen wir nun die Erträge, die sich aus Solar- und Windenergie theoretisch ergeben könnten.
Hilfreicher Artikel: Wie viel Strom erzeugt eine PV-Anage?
Mit welchem Ertrag Sie bei einer PV-Anlage rechnen können, ist ganz einfach mit unserem PV-Ertragsrechner zu ermitteln.
Der durchschnittliche Jahresertrag einer PV-Anlage in Deutschland liegt zwischen 800 bis 1.200 kWh pro installiertem Kilowattpeak (kWp). In unserer Tabelle gehen wir daher vom Mittelwert – 1.000 kWh pro kWp – aus.
Die Erträge sind durchaus vielversprechend und zeigen, dass sich ein solches Hybridsystem lohnen kann. Die praktischen Erträge bleiben jedoch oft hinter den Erwartungen zurück, da ein einzelner Standort selten ideal für beide Systeme ist.
Entscheidend ist natürlich, ob sich der Stromertrag verglichen mit den Kosten und allen Faktoren rund um die Installation beider Systeme rechnet.
Schauen wir deshalb einmal genauer auf den finanziellen und bürokratischen Aufwand.
Die Investitionskosten für PV-Anlagen sind hoch, amortisieren sich jedoch in der Regel nach Ablauf eines bestimmten Zeitraums. Dieser liegt meist zwischen 12 bis 13 Jahren (bei idealen Bedingungen und ohne Speicher sogar nach 7 bis 8 Jahren).
Bei Windanlagen sieht es jedoch etwas anders aus.
Die Anschaffungskosten für Kleinwindanlagen sind weitaus höher. So betragen die Kosten pro Kilowatt Leistung aktuell ca. ein Vierfaches einer Photovoltaikanlage.
Zudem entscheidet die Größe des Rotordurchmessers über die Stromproduktion. Je größer dieser ist, desto mehr Strom produziert die Windanlage. Hierfür sollte also auch mehr investiert werden.
Die Kosten für den Windstrom sind letztlich höher als der Strompreis und eine Amortisation selbst in 20 Jahren ist nicht garantiert.
Darüber hinaus resultiert die erhöhte Komplexität der kombinierten Systeme oft in höheren Wartungs- und Betriebskosten. Diese zusätzlichen Kosten können die marginalen Ertragssteigerungen weiter in Frage stellen.
Bedenkt man, dass allein eine PV-Anlage mit Speicher bis zu 70 % Autarkie ermöglichen kann, sollte diese Investition wirklich überdacht werden. Immerhin müssen dann nur noch 30 % Strom aus dem Netz bezogen werden.
PV-Anlagen: Für kleinere PV-Anlagen auf Wohngebäuden ist oft keine Baugenehmigung erforderlich. Dies gilt insbesondere, wenn die Anlage auf dem Dach montiert wird und die baulichen Maße des Hauses nicht verändert werden.
Allerdings müssen häufig dennoch einige Formalitäten erfüllt werden, wie die Anmeldung der Anlage beim zuständigen Netzbetreiber und möglicherweise eine Meldung an das Bauamt zur Dokumentation.
Kleinwindkraftanlagen: Sie sind weniger reguliert als größere Windturbinen, können dennoch bestimmte lokale Bauvorschriften oder Genehmigungsverfahren bezüglich der Höhe der Anlage, Nähe zu Gebäuden und andere Sicherheitsaspekte erforderlich sein. Grundlage hierfür ist die jeweilige Landesbauordnung.
Kleinwindanlagen über 10 Metern Höhe sind in allen Bundesländern genehmigungspflichtig.
In den meisten Bundesländern sind Mini-Windräder bis 10 m genehmigungsfrei.
Das bringt Vor- und Nachteile mit sich. Ganz klar werden Kosten und Zeit gespart, aber Sie haben keine Rechtssicherheit für den dauerhaften Betrieb. Fühlt sich ein Nachbar gestört, kann der Rückbau angeordnet werden.
Windräder auf mobilen Objekten wie Booten bedürfen generell keiner Genehmigung.
Für die kombinierte Nutzung von Solar- und Windenergie sind also Standorte ideal, die sowohl gute solare Bedingungen als auch ausreichende Windverhältnisse bieten.
Die idealen geografischen und klimatischen Bedingungen finden sich selten am gleichen Ort, was die Effizienz der kombinierten Anlagen mindern kann.
Kleinwindkraftanlagen in bebauten Wohngebieten, waldreicher Umgebung oder Tälern lohnen sich grundsätzlich nicht!
Die Installation von Windkraft als Ergänzung zu einer PV-Anlage kann sehr effektiv sein, um die Energieproduktion und Autarkiequote zu erhöhen.
Allerdings bringt dieser Schritt einige Herausforderungen und Überlegungen mit sich:
Die Integration einer Kleinwindkraftanlage in ein Solarsystem erfordert technische Abstimmungen, insbesondere im Hinblick auf die Energieverwaltung. Die Systeme müssen so konfiguriert werden, dass sie nahtlos zusammenarbeiten.
Dies könnte die Installation eines gemeinsamen Wechselrichters oder eines hybriden Managementsystems einschließen, um sicherzustellen, dass die Energie aus beiden Quellen effizient genutzt wird.
Hier sind die wichtigsten technischen Details, die berücksichtigt werden müssen:
Zusätzliche bürokratische Hürden und Genehmigungsverfahren könnten erforderlich sein. Neben den Anlagenkosten können zusätzliche Ausgaben für Infrastruktur, Systemanpassungen und Genehmigungen anfallen.
Der Betrieb einer Windturbine zusammen mit einer Solaranlage erfordert zusätzliche Wartung und möglicherweise spezialisiertes Personal.
Mit der Integration von Windenergie kann das Energieproduktionsprofil des Gesamtsystems geändert werden.
Die Energieproduktion wird stabiler und gleichmäßiger, da Windenergie Schwankungen in der Solarstromproduktion ausgleicht. Dies erhöht die Gesamterzeugungskapazität, da beide Energiequellen unterschiedliche Zeiten abdecken.
Dies könnte Auswirkungen auf die Art und Weise haben, wie Energie genutzt, gespeichert oder ins Netz eingespeist wird, und erfordert möglicherweise Anpassungen an die Energiesteuerung und -verteilung.
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