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Energiewende mit Photovoltaik und Windkraft im Garten

GartenPflanzenEnergieBeitrag

Der Begriff Energiewende ist mittlerweile allgegenwärtig. Es geht um einen nachhaltigen Weg, Energie zu erzeugen und zu nutzen. Die Abkehr also von der traditionellen Strom- und Wärmeerzeugung. Hin zu erneuerbaren Energien und Energieeffizienz. Ein weiterer Faktor unabhängig von der Energiewende ist, dass schöne Dinge im Leben ihren Preis haben. Das gilt auch für Ihren Garten. Wenn Sie viele Bereiche Ihres Gartens illuminieren, einen Teich besitzen oder mit einem Heizstrahler die Terrasse wohlig warm halten, dann benötigen Sie Energie. Und gerade die Stromkosten sind ja aktuell in der Diskussion. 

Was halten Sie davon, Ihren Garten mit eigenem Strom zu versorgen? Kein Sorge – damit meine ich keine Photovoltaik-Anlage, die Sie teuer und aufwändig auf Ihrem Dach installieren. Obwohl von Photovoltaik handelt dieser Beitrag schon, doch dazu gleich mehr. Und die Leistung der Herren Darrieus und Savonius wird gewürdigt.

Die stromerzeugenden Alternativen bieten sich dann an, wenn der Verbrauch von Strom aus dem öffentlichen Netz reduziert werden soll oder kein Stromanschluss im Garten vorhanden ist. Ganz sicher werden Sie mit den kleinen “Kraftwerken” keine lukrativen Nebeneinkünfte erzielen, denn die Einspeisung in das öffentliche Netz lohnt sich nicht. Für den Eigenbedarf kann es dennoch interessant sein. Und ein kleiner Beitrag zur Energiewende ist es allemal.

Erneuerbare Energien - Sonne und Wind

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung setzt im Zusammenhang mit der Energiewende auf erneuerbare Energien als Schlüssel zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Das erklärte Ziel der Energiewende ist, eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung zu realisieren.

Einher mit der Energiewende geht der Wandel von zentralen Großkraftwerken zu einer dezentralisierten Struktur. Kleine Erzeugungsanlagen sind die Stromversorger der Zukunft. Und hier bietet sich als Ausweg der Umstieg auf erneuerbare Energien wie Photovoltaik, Windenergie und Wasserkraft. Die Energiewende erfordert neue Konzepte sowie den Um- und Ausbau der Energieinfrastruktur.

Die Zustimmung zur Energiewende ist zwar allgemein sehr hoch, allerdings stoßen konkrete Projekte wie Windparks, Stromtrassen und Pumpspeicherwerke immer wieder auf Ablehnung vor Ort.

Private Haushalte können dennoch ihren Beitrag zur Energiewende leisten, indem sie ihren Stromverbrauch aus öffentlichen Netzen reduzieren. Die verstärkte Erzeugung von eigenem Strom aus erneuerbaren Energien kann dazu beitragen. Vielleicht wird es ja zukünftig attraktiver, einen Stromüberschuss sogar ins öffentliche Netz einzuspeisen.

Kompakte Photovoltaikanlagen

Mittlerweile gibt es Angebot von kompakten Photovoltaikanlagen, die mit einem Stecker für gewöhnliche Steckdosen angeschlossen werden. Diese kleinen Photovoltaikanalgen werden oft auch Mini-Solaranlagen oder Plug & Play-Solaranlagen genannt. Sie sind vollkommen unkompliziert einzurichten und zu betreiben. Die Gebrauchsanleitungen der Hersteller sind im Normalfall völlig ausreichend. Ein besonders positiver Faktor ist die Mobilität dieser Anlagen, denn genauso schnell, wie sie installiert werden, können sie auch wieder abgebaut werden.

Wie funktionieren die Photovoltaikanlagen?

Die Stecker-Solargeräte bestehen meist aus 1 oder 2 Standard-Paneelen und einem Wechselrichter. Je nach Anbieter und Ausstattung kommen noch weitere Bauteile hinzu. Die Standard-Solarmodule sind nach aktueller Bauart im Format 1 x 1,70 Meter erhältlich und haben etwa je 280 bis 350 Watt Nennleistung. Die Solarmodule mit bis zu 600 Watt Anschlussleistung und einem Wechselrichter können an einen Stromkreis im Haushalt angeschlossen werden. Die 600 Watt beziehen sich dabei auf die Anschlussleistung des Wechselrichters auf der Stromnetz-Seite (AC). Es dürfen auch zwei Module mit je 340 Watt (also zusammen 680 Watt Modulleistung) betrieben werden, solange die Anschlussleistung des Wechselrichters nicht überschritten wird.

Durch Sonneneinstrahlung wird Gleichstrom erzeugt. Dieser wird in der Anlage dann zu Netzstrom umgewandelt und geht über einen gewöhnlichen Schuko-Stecker in das häusliche Stromnetz über. Um ganz sicher zu gehen, sollten Sie beim Erwerb der Anlage darauf achten, dass das gewählte Modell auch tatsächlich ohne Überlastung an übliche Haussteckdosen angeschlossen werden kann. Oder Sie wählen gleich ein Modell, das über eine spezielle Energiesteckdose verfügt.

Ohne Netzanschluss produzieren die Solargeräte keinen Strom. Im Garten können Sie stattdessen sogenannte “Inselsysteme” mit einer Batterie und einer anderen Art von Wechselrichter nutzen.

Am häufigsten finden Lithium-Ionen-Batterien als Speichermedium Verwendung. Sie vereinen die Vorteile von einem hohen Wirkungsgrad, einer hohen Energiedichte sowie einer vergleichsweise langen Lebensdauer selbst bei intensiver Nutzung. Die Speicherkapazität kann im Dauerbetrieb vollumfänglich genutzt werden, ohne dass die Batterie darunter leidet.

Rechnet sich so eine kompakte Anlage?

Die so erzeugte Strommenge deckt ungefähr den jährlichen Verbrauch eines Kühlschranks in einem Haushalt mit 2 Personen. In der Summe sind das ca. 50 – 60 Euro. Zudem erzeugt die Anlage den Großteil des Stroms aus Sonnenenergie im Sommer, während der Ertrag im Winter wesentlicher geringer ausfallen wird.

Wenn Sie von den aktuellen Preisen für diese Anlagen in Höhe von 350 – 500 Euro ausgehen, benötigen Sie bis zu 9 Jahre für die Refinanzierung. Dafür können die Anlagen laut Herstellerangaben mehr als 20 Jahre lang Strom produzieren.

Worauf ist bei der Installation zu achten?

Die Anlage sollte verschattungsfrei nach Südwest bis Südost ausgerichtet sein. Eine senkrechte Anordnung der Paneele erhöht im Winterhalbjahr die nutzbaren Erträge und reduziert im Sommer die nicht nutzbaren Erzeugungsspitzen. Für eine maximale Stromausbeute spielt zudem die Neigung der Solarmodule – optimal zwischen 20 und 30 Grad – eine Rolle.

In der Folgezeit sollten Sie weiter darauf achten, dass die Anlage möglichst nicht beschattet wird (z. B. durch wachsende Hecken oder Bäume) und die Module nicht verschmutzt sind. Denn dies führt unweigerlich zu Ertragsminderungen.

Und dann ist da noch die "so beliebte" Bürokratie

Die deutschen Netzbetreiber verlangen entgegen der EU-Verordnung, dass alle Erzeugungsanlagen unabhängig von ihrer Leistung bei ihnen gemeldet werden. Dieser Forderung können Sie mit einem vereinfachten Formular nachkommen, das sich bei vielen Netzbetreibern auf deren Internetseite herunterladen lässt. Der Anmeldung müssen Sie ein Datenblatt des verwendeten Wechselrichters beifügen. Aus dieser Konformitätserklärung muss hervorgehen, dass das Gerät die Voraussetzungen zum Netzanschluss erfüllt.

Und es gibt noch die Bundesnetzagentur, die selbst für diese Systeme eine Anmeldung im Marktstammdatenregister verlangt.

Eine Windkraftanlage als Alternative

Es handelt sich um windkraftbetriebene Anlagen, die nach dem Darrieus- und Savonius-Prinzip funktionieren und in verschiedenen Größen angeboten werden.

Zur Erklärung: Bei den kleinen Windkraftanlagen wird zwischen horizontalen und vertikalen Windrädern unterschieden. Horizontale Anlagen, bei denen sich die Rotoren um eine liegende Achse drehen, funktionieren dabei genau wie große Anlagen. Sie bringen die meiste Leistung, wenn sie optimal im Wind stehen und müssen daher immer nach ihm ausgerichtet werden.

Vertikale Windräder oder Windturbinen, bei denen sich die Rotoren um eine aufrecht stehende Achse drehen, laufen völlig unabhängig von der Windrichtung. Sie sind zudem weniger anfällig für starke Böen, arbeiten leiser und erzeugen kaum Vibrationen, haben dafür allerdings auch einen geringeren Wirkungsgrad. Bei gleicher Windstärke erzeugen vertikale Windräder also weniger Strom als die horizontalen Modelle.

Die Generatorleistung wird je nach Einsatz des Rotors zwischen 2,5 bis 4,0 KW liegen. Er kann z. B. zur intensiven Unterstützung der Heizungsanlage genutzt werden (nach dem Tauchsieder-Prinzip). Die andere Möglichkeit ist die m. E. für Ihren Garten sinnvolle Variante: Sie speichern den Strom in Akkus und über einen Wechselrichter in 220 V versorgen Sie Ihren Garten mit Strom. Damit machen Sie sich unabhängig und Ihr Strombedarf ist gedeckt. Ein Wechselrichter (auch Inverter) ist übrigens ein elektrisches Gerät, das Gleichspannung in Wechselspannung, somit Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet.

Wie funktionieren die Darrieus- und Savonius-Rotoren?

Der Darrieus-Rotor geht auf den französischen Erfinder und Luftfahrtingenieur Georges Jean Marie Darrieus (1888 – 1979) aus Toulon zurück, der sich zu Beginn des letzten Jahrhunderts intensiv damit beschäftigte. Sein erstes Modell von 1929 erzielte 10 kW, hatte zwei Flügel und eine Höhe von 20 m. Der Stromgenerator wurde am unteren, leicht zugänglichen Ende der Drehachse angebracht. Das Konzept geriet danach lange in Vergessenheit. In den vergangenen Jahren wurden in zunehmendem Maße die Entwicklungsmöglichkeiten dieses Typs entdeckt. Die meist als vertikale 2- oder 3-Blatt Anlagen ausgelegten Darrieus-Rotoren sind vollkommen unabhängig von der Windrichtung.

Der Darrieus-Rotor hat bei höheren Windgeschwindigkeiten (ab ca. 4 m/s) einen wesentlich besseren Wirkungsgrad, nutzt diese also besser aus. Zusätzlich sind seine Flügel gewölbt, was aufsteigende und abfallende Windströmungen nutzt und Stabilität in die Konstruktion bringt.

Der Savonius-Rotor ist eine Erfindung aus dem Jahr 1924 und geht auf den finnischen Schiffsoffizier S. J. Savonius zurück. Der Savonius-Rotor hat eine vertikal angeordnete Achse. Anders als bei anderen Rotorsystemen besitzt dieser keine Rotorblätter, sondern nur zwei (oder mehr) gegeneinander versetzte Zylinderhälften. Diese sind zusammen mit der Achse verschweißt. Das Prinzip im Gegensatz zu allen anderen windnutzenden Systemen ist hier, dass die Abluft aus der ersten halbkreisförmigen Schale in der zweiten wieder antreibend wirkt. Voraussetzung ist, dass die Schalen nach innen hin offen zueinander sind. Dadurch lassen sich dann, auch wenn es auf den ersten Blick recht primitiv erscheint, relativ gute Wirkungsgrade erreichen.

Savonius-Rotoren arbeiten schon bei Windstärken von 2 bis 3 mS (Meter pro Sekunde). Sie drehen bereits bei sehr geringem Wind(-druck) an und erzeugen nutzbare Drehmomente. Es lassen sich mehrere Anlagen kombinieren, die Laufgeräusche sind äußerst gering. Auch bei starken Windböen bleibt der Savonius-Rotor funktionsfähig.

Die richtige Wahl des Standortes

Der mit Abstand wichtigste Faktor für gute Ergebnisse ist der Standort. Die Installation der Windkraftanlage muss an einer windstarken Stelle erfolgen. Das ist genau dann gegeben, wenn der Wind aus Hauptwindrichtung frei anströmen kann. Die einfache Regel lautet: Wenn Sie zur Hauptwindrichtung blickend im Westen / Südwesten eine freie Sicht haben, sind höchstwahrscheinlich gute Voraussetzungen für eine windstarke Lage gegeben.

Ungeeignet sind Grundstücke inmitten von Wohngebieten im Flachland. Oder wenn angrenzende Bäume und Gebäude den Wind blocken und verwirbeln (Windschatten).

Die Vorteile beider Systeme nutzen

Eine exakt abgestimmte Kombination aus Darrieus- und Savonius-Rotor nutzt die Vorteile beider völlig windrichtungsunabhängiger Rotorformen in idealer Weise.

Natürlich ist eine „kleine Windkraftanlage“ kein Wundermittel, sondern wie jede Windkraftanlage abhängig von den Windverhältnissen vor Ort. Aber wenn Sie einen Anbieter finden, der alle Gegebenheiten der Windströmungen im bodennahen Binnenland-Bereich berücksichtigt, dann kann sich aufgrund der Langlebigkeit und des guten Preis-/Leistungsverhältnisses bereits unter heutigen Voraussetzungen eine solche Anlage für Sie rechnen. Und Sie haben einfach nahezu immer Strom in Ihrem Garten. Im Gegensatz zur Photovoltaikanlage, die logischerweise die besten Ergebnisse in der hellen Jahreszeit erbringt.

Und dann sind da noch die ...

… Mitarbeiter des Bauordnungsamtes, die letztlich über die Genehmigung des Kleinwindrades entscheiden. Immer mehr Bundesländer sind mittlerweile dazu übergegangen, kleine Windkraftanlagen bis 10 Meter Höhe auch ohne Genehmigung zuzulassen.

Was auf den ersten Blick als Vorteil erscheint – Sie sparen sich das zeit- und kostenintensive Genehmigungsverfahren – impliziert auch einen Nachteil: Sie haben als keine Rechtssicherheit für den dauerhaften Betrieb des Windrads. Denn das garantiert nur eine Baugenehmigung. Wenn sich z. B. ein Nachbar von der Anlage gestört fühlt, kann von der Baubehörde ein Rückbau der Windkraftanlage verlangt werden.

Bei einer geplanten Errichtung im innerstädtischen Bereich werden Sie um eine Genehmigung ohnehin nicht herumkommen.

In der Praxis sind die Genehmigungsverfahren in den Bauämtern sehr unterschiedlich. Manche Bauamtsmitarbeiter sind offen für solche fortschrittlichen Technologien und prüfen die Genehmigung des Kleinwindrads vorbehaltlos. Andere Bürokraten geben ihren subjektiven Vorbehalten nach und versuchen die Windenergieanlage zu blockieren.

Sie tun auf jeden Fall gut daran, die Behörden mit möglichst vielen Informationen wie technische Zeichnungen und Fotos zu versorgen. Beziehen Sie möglichst auch den Anbieter zur Unterstützung mit ein und belegen Sie, dass das Landschaftsbild nicht gestört wird. Das sollte dann auch die Behördenmitarbeiter überzeugen.

Photovoltaik- und Windkraftanlagen und die Tests

Tests von renommierten Verbraucherorganisationen wie Stiftung Warentest oder Ökotest werden Sie vergeblich suchen. Das hängt vermutlich damit zusammen, dass die Tests zeitlich und finanziell sehr aufwendig sind.

Vertrauen Sie insofern keinem Testsieger, so wie die Photovoltaik- und Kleinwindanlagen auf manchen Internetseiten präsentiert werden. Oftmalst wird suggeriert, dass objektive Testverfahren zu diesen Ergebnissen geführt haben. Dabei handelt es sich meistens um eine inhaltlich sinnfreie Zusammenstellung von Anlagen, die sich sogar als Billigware herausstellen können.

Nur eine Zertifizierung gilt als höchstes Gütesiegel. Diese Zertifizierungen werden von unabhängigen Prüfinstituten ausgestellt. Die Erprobung und Tests von Kleinwindanlagen finden auf windstarken Testfeldern statt. Sie geben Auskunft über die Leistung und Zuverlässigkeit der Windkraftanlagen. Die Prüfinstitute geben für die Zertifizierungen technische Standards und Parameter vor, die die Kleinwindanlagen verschiedener Hersteller vergleichbar machen. In Deutschland sind Zertifizierungen für Kleinwindanlagen allerdings gesetzlich nicht vorgeschrieben.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass eine CE-Zertifizierung überhaupt nicht aussagekräftig ist. Denn dabei handelt es sich nur um eine Selbstverpflichtung des Herstellers. Eine unabhängige Überprüfung der Anlagentechnik ist dafür keine Voraussetzung. Nur Anlagen mit der maßgeblichen technischen Norm für Kleinwindkraftanlagen – IEC 61400-2 – sind den Anforderungen der Prüfinstitute gerecht geworden.

Für die Photovoltaikanlage hat die Bundesnetzagentur festgelegt, dass ab einer Leistung von 0,135 MW ein Anlagenzertifikat beim Netzbetreiber einzureichen ist. Der TÜV NORD CERT bietet die Baumusterprüfung und Zertifizierung von Photovoltaik-Modulen sowie Leistungsumrichtern zur Anwendung in photovoltaischen Energiesystemen nach EN 61730-1, EN 61730-2, EN 61215 und prEN 62109-1 für Hersteller und Importeure von Photovoltaik-Modulen und Leistungsumrichtern sowie Komplettsystemanbieter an.

Fazit

Mit einer Photovoltaikanlage oder einer Kleinwindkraftanlage von einem renommierten Hersteller werden Sie viel Freude haben. Bei der Anlagenwahl gilt es aber aufzupassen, da auch minderwertige Technik angeboten wird. Wenn Sie schon Geld für eine solche Anlage ausgeben, dann sollten Qualität und Zertifizierung die Kaufentscheidung beeinflussen.

Beim Erwerb einer Photovoltaikanlage sollten Sie auf jeden Fall darauf achten, dass die Herstellerfirmen für das Stecker-Solargerät den DGS-Sicherheitsstandard (DGS 0001:2019-10) einhalten.

Die Energiewende fängt im Garten an. Leisten Sie Ihren Beitrag zur Energiewende. Jedes bisschen Strom aus nachhaltigen Energien bedeutet ein Schritt in die richtige Richtung.

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Gruener Daumen
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