Windenergie-Ertrag berechnen

Windrad-Ertrag berechnen: Welche Daten brauchst du?

Du brauchst die Stunden je Windklasse in Nabenhöhe sowie Rotordurchmesser, Luftdichte, Cp, elektrischen Wirkungsgrad, Nennleistung, Anlauf und Abschaltung. Wähle zwischen Stundenverteilung und momentaner Leistung. Teilzeiträume werden nicht auf ein Jahr hochgerechnet.

Die folgenden Beispiele verwenden 1,225 kg/m³, Cp 30 %, elektrische Effizienz 90 %, einen Leistungsdeckel von 1.000 W, Anlauf bei 3 m/s und Abschaltung bei 25 m/s. Erträge enthalten 10 % Zusatzverluste, sofern nicht anders angegeben. Das sind Modellannahmen, keine Herstellerdaten.

So funktioniert die Rechnung für den Ertrag in kWh

Die momentane Leistung ergibt sich aus der Rotorfläche, der Luftdichte, der Windgeschwindigkeit in der dritten Potenz, Cp und elektrischem Wirkungsgrad. Danach greift die Nennleistung als Deckel. Für den Ertrag wird jede Windklasse einzeln mit ihren Stunden multipliziert, durch 1.000 in kWh umgerechnet und anschließend um zusätzliche Verluste gekürzt.

Beispiel: Bei einem Rotor mit 3 m Durchmesser, 1,225 kg/m³ Luftdichte, 30 % Cp, 90 % elektrischem Wirkungsgrad, 1.000 W Nennleistung und 10 % Zusatzverlusten ergeben die Windklassen 1;1000, 3;2500, 5;3000, 7;1500 und 10;760 zusammen 8.760,0 h. Der berechnete Ertrag liegt bei 1.690,83 kWh. Die mittlere elektrische Leistung nach Verlusten beträgt 193,02 W, die äquivalenten Volllaststunden 1.690,8 h.

Warum der Mittelwind beim Windrad-Ertrag täuschen kann

Die Leistung wächst kubisch mit dem Wind, solange Anlauf, Abschaltung und Nennleistung nicht begrenzen. Deshalb kann eine Rechnung mit dem Mittelwind stark abweichen.

Im Beispiel mit 8.760,0 h liegt die stundengewichtete Windgeschwindigkeit bei 4,75 m/s. Eine einfache Hochrechnung damit käme auf 987,00 kWh. Die Rechnung über einzelne Windklassen ergibt dagegen 1.690,83 kWh. Der Unterschied entsteht, weil windstärkere Stunden viel stärker zum Ertrag beitragen.

Nennleistung, Betz-Grenze und Verluste richtig einordnen

Die Nennleistung begrenzt das Ergebnis. Ein größerer Rotor kann bei starkem Wind theoretisch viel Energie erfassen, aber diese Beispiele sind ausdrücklich auf 1.000 W elektrische Leistung gedeckelt. Deshalb liefern etwa ein Windrad mit 12 m Rotordurchmesser bei 10 m/s und eine Anlage mit 4 m Rotordurchmesser bei 12 m/s und 80 % elektrischer Effizienz jeweils 1.000,00 W Modellleistung, obwohl die Betz-Grenze unterschiedlich hoch ist.

Verluste solltest du nur einmal ansetzen. Der elektrische Wirkungsgrad beschreibt Verluste nach dem Rotor. Das Feld für Zusatzverluste und Ausfallzeiten ist für weitere Annahmen gedacht, etwa Stillstand oder Abschattung. Setzt du dieselben Verluste doppelt an, wird der Ertrag zu niedrig.

Typische Fehler beim Windrad-Ertrag berechnen

Achte besonders auf diese Punkte:

• Winddaten müssen zur Nabenhöhe passen, sonst wirkt der Standort besser oder schlechter als er ist.
• Stunden mit Wind unter der Anlaufgeschwindigkeit tragen keinen Ertrag bei.
• Teilzeiträume sind keine Jahreswerte. Bei 3.000,0 h bleibt das Ergebnis ein Teilzeitraum.
• Ein hoher Rotordurchmesser hilft wenig, wenn die Anlage fast immer an der Nennleistung hängt.
• Eine Hersteller-Leistungskennlinie kann von diesem Modell abweichen. Der Rechner ist daher eine technische Abschätzung, keine Ertragsgarantie.