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6 | 2013

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SPECIAL Erneuerbare

SPECIAL Erneuerbare Energien Kleinwindkraftanlagen auf Dächern Die Installation von Windturbinen auf Gebäuden bringt viele Herausforderungen mit sich. Nur wenn alle Faktoren zusammenspielen, können diese Projekte erfolgreich sein. Michael D.Hundrup Kleinwindkraftanlagen werden als dezentrale Bausteine regenerativer Energie(selbst)versorgung immerpopulärer. Auch als Ergänzung zu Photovoltaik-Anlagen scheinen sie sich zueignen, da sie bei Wind auchnachts laufen –und selbst dann Strom produzieren, wenn Schnee und Eis die Solarmodule außerGefecht setzen.Ein kleinesWindradauf dem Dach, so dieMeinung einiger privater Bauherren, könne einen merklichen Teil des Haushaltsstroms produzieren. Einige Hersteller werben gezielt für Turbinen mit einer Leistung unter 1Kilowatt zur First- oder Dachmontage.Dächervon Industrieanlagen und landwirtschaftlichenBautenscheinensichoft fürgrößere Kleinwindanlagen anzubieten. Tatsächlich ist die Installation von Windkraftanlagen auf Gebäuden jedochanspruchsvoll. Die Vorteile liegen auf der Hand: leichte Erreichbarkeit zurWartungund direkte Gebäudeverbindung, daher architektonische Gestaltungsfähigkeit und leichte Integration inein architektonischesStatement. Manchmal gibtes Synergienbei einemgemeinsamenBauantrag für Gebäude und Windturbine, oder bauordnungsrechtliche Vorteile bei der Beantragung der Genehmigung als bauliche Erweiterung oder „verbundene Anlage“. Andererseits entstehen aus derräumlichenNähe zumnächsten Anwesen oft Komplikationen, hauptsächlich hervorgerufen vom Schattenwurfauf die Nachbargrundstücke. Windenergienutzung, Photovoltaik und Solarthermie machen aus dem Dach des Verwaltungsgebäudes des französischen Stromversorgers Abalone ein „Energiedach“. Düseneffekte überbewertet Gelegentlich wird argumentiert, Firstmontagen von Kleinwindanlagen hätten strömungstechnische Vorteile durch „Firstwinde“ oder Dachaufwinde. Die Rede ist von „Düseneffekten“, die auf Hausdächern angeblich punktuell ein besseres Windpotenzial bereitstellen, als sie der unkanalisierte Wind an diesem Standort bieten kann. Zwar ist sicher, dass hohe Gebäude die Windturbine in Strömungsschichten mit größerer und konstanterer Geschwindigkeit bringen. Es ist aber ebenso seit langem belegt, dass umgelenkter, turbulenterWind stetsweniger Energie enthält, als frei und ungestört strömender Wind. Wo einHausdachist, sind meist andere Gebäude nicht fern. Für die Bewertung der Windhöffigkeit einesStandorts wirddie bodennahe Topografie mit Boden-Rauhigkeitsklassen bewertet. Siedlungen jeder Art schneiden dabei schlecht ab, weil sie die bodennahe Windströmung stören und damit den Windenergieertrag mindern. Eventuelle Düsen-oderpunktuelle Aufwindeffekteersetzen niemals eine freie, ungehinderte Anströmung. Problem Schwingung und Statik Dachmontagen auf bewohntenHäusern setzen eine aufwändige Schwingungsdämmung voraus. Selbst wenn eine Turbine extrem leise und schwingungsarmläuft, könnender Dachmast oder die Verstagung der Anlage in der Windströmung nicht vibrationsfrei bleiben. Eine ungestörte Nachtruhe ist dann kaum mehr zu haben. Selten sind die Dachstühle von Wohnhäusern statisch zum Tragen einer Kleinwindkraftanlage mit über 1 Kilowatt Leistung geeignet, da sie nicht nur die Gewichtslast, sondern auch die erheblichen dynamischen Lasten von Winddruck und Rotation aushalten müssen. Eine individuell gestaltete und damit teure Gründung durch das Dach hindurch auf tragfähige Betonzwischendecken ist nötig. Industriehallen heutiger Bauart wiederumverfügen seltenüber besonders tragfähige Flachdächer. Meist sind sie extrem leichte und kostengünstige Konstruktionen aus Leimholzbindern, Leichteindeckung und Isoliermaterial. Solch ein Dach trägt keine Windkraftanlage. Bild: Thierry Barla 30 UmweltMagazin Juni 2013

Bild: Nordine Haddjeri Bild: Thierry Barla Hohe Bauwerke mit tragfähigen Dächern, möglichst inEinzellage und mit großem Windangebot –Objekte für Kleinwindkraftanlagen inDachmontage wollen sorgfältig selektiert sein. Die Schleppturbinen des französischen Herstellers Nheolis werden von schwingungsgedämpften, kippbaren Vierfuss-Stativen getragen. Nheolis beliefert Idealfälle Allerdings gibt es gelegentlich Hallen, Bunker, Silos und vergleichbare Bauwerke, die eine große Bauhöhe mit Einzellageund massiverBetondecke verbinden. Diese sind bestens geeignet, um Kleinwindkraftanlagen zu tragen. Der französische Hersteller Nheolis bedient seit dem Jahr 2006 gezielt solche Idealfälle.Bislang wurden auf massivenFlachdächern von Industriegebäuden und Verwaltungshochhäusern Schleppturbinen mit 2 und 4,5 Kilowatt Leistung montiert. Sie stehen auf schwingungsgedämpften Vierfuss-Stativen, die für Wartungsarbeiten hydraulisch kippbar sind, alle Lasten tragen und auf dem Dach auch noch genug Platz für Photovoltaik- und Solarthermieanlagen lassen. Effizienz und Lärm Unternehmen oder Kommunen, die Kleinwindkraftanlagen auf Gebäudedächern betreiben wollen, sollten die Effizienzder Turbine beachten. Sie lässt sich anhand desLeistungskoeffizientennach dem Betzschen Gesetz bewerten, besonders aber auch nach plausiblen Leistungs- und Ertragstabellen des Herstellers,belegt durch Referenzen.Außerdem istauf die Geräuschentwicklung zu achten, wobei grundsätzlichAnlagen mit einerniedrigen Schnelllaufzahl (Wingtip- Speed-Index, Lambda) keine Schergeräusche machenund besonders leiseund vibrationsarmsind. Darrieus- oder Schleppturbinen Konventionelle Horizontalläufer eignen sich aufgrund der aufwändigen und oft trägen Nachführung wenig für die meistdiffusen Windverhältnisseauf Gebäudedächern. Mantelturbinen funktionieren selten zufriedenstellend und sindauchfastnur in niedriger Leistungsklasse verfügbar. Geeigneter erscheinen Darrieus-Turbinen und horizontale Schleppturbinen. Letztere verbindenkompakte, robusteBauweise mit selbständiger Windnachführung, geringer Geräusch- und Schwingungsentwicklung und niedrigen Betriebskosten – und das bei Leistungswerten vergleichbar denen von freistehenden Horizontalwindrädern. Durch spezielle Kleinwindkraft-Wechselrichter bleiben zudem die elektrischen Systemverluste unter10Prozent. Vor allem gilt für die Dachmontage genauso, wie für Freisteher:WirtschaftlicherBetrieb istnur an Standortenmit genügend Wind möglich. In Relation zu den heute typischen Anlagenkosten von etwa 5000 bis 6000 Euro pro Kilowatt wird die Wirtschaftlichkeit erst ab 4,2 bis 4,5 m/s ganzjährig mittlerer Windgeschwindigkeiterreicht. Pluspunkt Imagegewinn Es kann für Mittelstand, Energieunternehmen und Kommunen allerdings auch andere gute Gründe geben, Kleinwindmühlen demonstrativ zu betreiben, nämlich die zeitgemäß ökologische Außenwirkung, eine „grüne“ CorporateIdentity sowie ein „Wind-Marketing“ mit beweglichen Blickmagneten für Werbebotschaften. Am besten ist natürlich das parallele Erreichen von Wirtschaftlichkeit und Imagegewinn. Beispielsweise haben die Nheolis-Turbinen auf demPositiv-Energie-Verwaltungsgebäudesdes Stromversorgers Abalone Energie in Nantes/ Frankreich, auf dem Verwaltungshochhaus der EWZ Migros AG in Zürich/ Schweiz sowie auf einigen anderen, besonders windigen Flachdächern ihren Betreibern einen echten Mehrwert in Form von günstigem Eigenstrom beschert.Hintergrund warinjedem dieser Fälle eine sorgfältige Standortwahl und die Systemintegration mit Photovoltaik. Neben der Energieerzeugung senden die Anlagen eine marketingrelevante Botschaft von der regenerativen Energiestrategie derUnternehmenaus. Michael D.Hundrup, Dongfang China Marktberatung GmbH, Ostbevern, m.hundrup@dongfang.de UmweltMagazin Juni 2013 31

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