Kleinwindanlage am Bolbro-Haus

Wie alles begann...

Details

Published: 10 July 2022

Wie lange die Idee eine eigene Kleinwindanlage zu errichten schon in mir schlummert kann ich nicht sagen. Ich habe im gesamten Verlauf der konkreten Projektierung von "Kleinwindanlage am Bolbro-Haus" zwar Aufzeichnungen angefertigt, so ein Thema bahnt sich aber sicher über lange Zeit an.

Erste konkrete Berührung mit dem Thema Windkraft hatte ich vor mehr als 20 Jahren. Da hatte mich mein Vater auf eine Anlageform "Windenergie" hingewiesen. Ich hatte dann auch eine kleine Summe in einen Windpark bei Rottelsdorf investiert und war Kommanditist. Der Windpark hatte große Problem mit Getriebeschäden, Erträge blieben hinter dem Plan zurück, gelohnt hat es sich aber dennoch. Die ganze Anlage wurde nach ein paar Jahren an einen dänischen Investor weiterverkauft - da gab es gerade eine staatliche Förderung. Ich kann nicht sagen was mit der Anlage weiter passiert ist. Ich vermute die wurde "Re-Powered". Einmal habe ich die Anlage besucht (Foto vor 20 Jahren), mir hat das gefallen.

Konkreter Auslöser das Projekt "Kleinwindanlage am Bolbro-Haus" zu starten war aber unsere Photovoltaik Anlage. Die haben wir in 2020 auf unseren Stall installiert. Ost/West und 22.7kWp Leistung. Der zusätzlich installierte Hausspeicher blieb aber in den Wintermonaten 20/21 leer - trotz der gar nicht mal so kleinen Peak Leistung ist hier im Norden Deutschlands vor der dänischen Grenze einfach zu wenig Sonne im Winter.

Nachdem wir reichlich Platz und eine Fast-Alleinlage haben, entstand die Idee die winterliche Energie-Lücke mit Windkraft zu schliessen. Die Odyssee durch ein solches Vorhaben zu kommen und was wir gelernt und erlebt haben, will ich hier in diesem Blog dokumentieren.

Zurück zur Hauptseite.

Informationen zu Kleinwindanlagen

Details

Published: 10 July 2022

Es gibt einen fundamentalen Unterschied zwischen Photovoltaik und Windenergie: während man für PV hunderte Anbieter findet, die von Anlagenplanung bis Installation alles für einen machen, muss man sich bei Kleinwindanlagen komplett und in Tiefe einarbeiten. Und man muss scheinbar alles selbst organisieren.

Eine Windkraftanlage ist ein Bauwerk, da gibt es dramatisch mehr zu berücksichtigen als bei der PV. Welches Ausmass das annimmt, wird im Verlauf dieses Blogs klar werden. Und auch hier ein Spoiler: es ist viel viel mehr als man am Anfang denkt.

Der Markt an Kleinwindanlagen-Herstellern ist ein Bastler-Markt. Da ist keine einzige größere Firma dabei, das sind im Normalfall Einzelpersonen (die besagten Bastler) und im besten Fall Kleinst-Mittelständler mit einer kleinen Werkshalle. Durch Internet-Recherche kommt man nicht weit, ordentliche Aufbereitungen fehlen. Die meisten Hersteller haben eine Jahre alte Website bei der man nicht genau weiß ob das Angebot überhaupt noch existiert. Einen Überblick bekommt man im kostenpflichtigen Kleinwind-Marktreport (www.klein-windkraftanlagen.com). Der ist zwar etwas teuer, zumindest erkennt man da aber die Struktur des Marktes.

Die Hersteller versorgen einen im weiteren Verlauf dann mit Material. Das läuft aber auch so ab, dass man irgendwann im Prozess merkt, dass da ein Amt eine Schalldruckmessung sehen will, man dann den Hersteller anschreibt und der dann (wenn man Glück hat) mit einem Papier zurück kommt. Also bitte nicht denken, dass da irgendjemand ungefragt einen Leitfaden mitliefert. Ich habe zwar am Ende nur mit drei Herstellern intensiver gearbeitet, ein fehlende Gutachten kann aber mehrere Tausend Euro Folgekosten produzieren, ich würde also ob der prekären Lage immer nur mit den "allergrößten" Anbietern arbeiten.

Eine weitere Erfahrung war die Suche nach Tipps über ein Forum. Foren gibt es ja viele, umso kleiner das Thema aber ist, umso skurriler werden die Dialoge. Ich habe nach einiger Suche www.kleinwindanlagen.de gefunden. Da habe ich mich gefreut und auch mein Thema zur Diskussion gestellt. Es gab viele Antworten, es war aber leider so, dass nach kurzer Zeit jeder vom dem erzählt hat was ihn gerade beschäftigt. Bei einem solchen Nischenthema ist es auch schwer überhaupt jemanden zu finden der Vergleichbares realisiert hat. Da war auf jeden Fall niemand, der eine vergleichbare Anlage schon mal gebaut hatte. Auch das ist bei Photovoltaik komplett anders. Wer sich an der Diskussion erfreuen will, besucht den Artikel. 

Am hilfreichsten waren am Ende mehrere Besuche bei Referenzkunden von EasyWind und Braun. Dazu später mehr im nächsten Beitrag.

Zurück zur Hauptseite.

Welche Anlage?

Details

Published: 10 July 2022

Die ersten Internet-Recherchen zu Kleinwindanlagen führten uns direkt um die Ecke zu EasyWind. Das war gerade zu Corona-Hoch-Zeiten und eine Besichtigung der Beispielanlagen auf einem Uni-Campus war nicht möglich. So sind wir also los und haben uns Kundenanlagen angeschaut. Vorzugsweise bei viel Wind. Man findet die hier alle 30 km. Wir hatten von kleinen EasyWind Anlagen gelesen, die waren zu dem Zeitpunkt aber schon nicht mehr im Programm.

Der Charme an kleinen Anlagen ist, dass sie ggf. verfahrensfrei ablaufen. Dabei muss man zwar alle Vorschriften (welche?) einhalten, man kann aber ohne Baugenehmigung arbeiten. In Schleswig-Holstein ist die Grenze der Verfahrensfreiheit 10m von Boden bis höchster Punkt der Flügelspitze. Niedersachsen hat diese Grenze gerade auf 15 Meter angehoben und damit ein grosses Lob verdient.

Der Nachteil an kleinen Anlagen: sie lohnen sich überhaupt nicht. Das Verhältnis von eingesetzten Mitteln zu Ertrag wird mit kleinen Anlagen immer schlechter. Oder anders herum - je größer, je effektiver. Nicht ohne Grund wachsen die Windräder in den Himmel. Große Windräder sind am Ende die billigsten Methode Strom zu erzeugen. Viel günstiger als das Verbrennen von fossilen Energieträgern oder erst recht Atomkraft (von Endlagerung ganz zu schweigen).

Aber zurück zum Thema... Das Thema kleine verfahrensfreie Anlage vs. genehmigungspflichtige größere Anlagen sollte uns längere Zeit beschäftigen. Zunächst schauten wir uns also die EasyWind 6 an. Ein typischerweise auf einem 20 Meter Mast installierter 6 kW Generator mit einem 6.2 - 6.8 Meter Rotor. Die Anlage ist eine verhältnismässig alte und komplexe Konstruktion. Die Propeller werden wie bei den grossen Anlagen passend zur Windstärke angestellt und ein Getriebe sorgt für eine zum Generator passende Umdrehungszahl. Steht man direkt vor der Anlage hört man neben den Windgeräuschen Zusatzgeräusch von der Verspannung und dem Getriebe. Dafür dreht der Rotor langsamer als bei direkt angetriebenen Windrädern. Mit den Getriebeproblemen die ich noch vom Windpark Rottelsdorf kannte, war mir das (berechtigt oder unberechtigt) nicht sympathisch.

Die nächsten Anlagen die wir uns anschauten sind die von Braun Windturbinen. Der Hersteller hat ein grosse Palette von Generatoren und Masten, die Diskussion um die Dimensionierung war also aufgemacht. Braun hat auch ausgesprochen viele Referenzangaben die wir uns nach Vermittlung anschauen konnten. Die engere Auswahl fiel dann auf eine verfahrensfreie 3.5 kW Anlage auf 7 Meter Mast und eine genehmigungspflichtige 7.5 kW Anlage auf 21 Meter Mast. Beide haben wir angeschaut und beide haben uns gut gefallen. Einer der Referenzkunden (3.5 kW Anlage auf 7 Meter Mast) hatte die Anlage 30m von Schlafzimmer entfernt und keine Lärmprobleme. Die Braun Generatoren drehen schneller als die EasyWind Anlage und verzichten auf ein Getriebe. Damit ist das sicher die robustere Konstruktion - auch wenn es ein wenig Effizienz kosten wird.

Für beide Varianten haben wir komplette Business Cases angefertigt. Die waren im Sinne Kosten / Nutzen fast identisch. Die Kleinwindanlagen erreichen erst nach 16 Jahren den Break Even. Mit einem Schaden kann man den Break Even auch ganz verpassen, mit noch kleineren Anlagen ist das sogar garantiert...

Vor der Baugenehmigung hatte ich Respekt, insoweit ging die Tendenz lange in Richtung der kleinen Anlage. Ein Blick auf die Ertragsprognose und gemessene Windverhältnisse gaben dann aber am Ende den Ausschlag für die große Anlage. Nur mit der 7.5er Anlagen haben wir ein Chance die Energielücke im Winter zu schliessen. Die kleine Anlage würde uns immer zu wenig liefern. Nachdem man so ein Teil vermutlich nur einmal baut am Ende also die Grosse, zumindest wollten wir jetzt mal deren Genehmigungsfähigkeit prüfen.

Zurück zur Hauptseite.

Energiebilanz

Details

Published: 10 July 2022

Für die Anlagenplanung ist es wichtig zu verstehen wie die eigene Energiebilanz aussieht. Auch um die Aussagen hier im Blog richtig einordnen zu können, will ich hier mal unsere Energie-Situation skizzieren.

Wir sprechen über ein Haus mit zwei Nebengebäuden. Das Haus ist sehr alt (1781) und hat einen Energiebedarf "E" von 158,1 kWh/(m^2*a), liegt also in etwa im Durchschnitt des deutschen Wohngebäudebestands. Der Grund, dass der Energiebedarf nicht total katastrophal ist, ist eine zweite Innenmauer mit in die Zwischenwand eingeblasenem Kork sowie Fenstern neueren Datums. Es bleibt aber ein absolut nicht energieeffizientes Haus. Der per Pellets realisierte Heiz- und Warmwasserbedarf liegt dann auch bei 40-50 MWh / a (Megawattstunden = 1000 Kilowattstunden).

Der Strombedarf liegt ebenfalls ordentlich hoch, nämlich bei ca. 10 MWh/a. Der Grund hierfür ist neben der Anzahl an Verbrauchern in 3 Gebäuden auch eine Serverinfrastruktur für unser berufliche Tätigkeit, sowie ein E-Auto.

Unser Strombedarf wird sich in den kommenden Jahren weiter erhöhen. Der Grund ist einerseits sicher der Ersatz eines Verbrenners gegen ein zweites E-Auto, aber auch die Herstellung von Warmwasser per Strom. Aktuell ist es nämlich so, dass die Pelletheizung auch im Sommer regelmässig anläuft um Warmwasser zu produzieren. Mit selbst erzeugtem Strom aus Wind und Sonne ist die Warmwasseraufbereitung kostengünstiger als mit Pellets - in der Tendenz wird das in Zukunft auch noch weiter auseinander gehen.

Unsere Photovoltaik erzeugt im Jahr ca. 17 MWh, da haben wir also auch inklusive der zukünftigen Entwicklung eine Überdeckung und speisen ein. Leider gibt es aber übers Jahr ein in Norddeutschland typisches und besonders grosses Missverhältnis von Verbrauch und Erzeugung. Im Winter ist nur in etwa 10% der Sonnenenergie des Sommers vorhanden. Oder anders: in Schleswig-Holstein gibt es im Winter nur ca. 50% der Sonnenenergie Südbayerns je Quadratmeter. Das Bild oben zeigt die Tages-Erzeugung gelb+grün = PV und den Verbrauch in rot. Schön zu sehen: von März bis September sind wir satt autark (wegen Hausspeicher nahe 100%), im Winter klafft aber eine Lücke von ca. 3 MWh.

Schaut man sich nur die simulierte Erzeugung von Strom aus Wind in blau an, dann sieht man sehr schön, dass bei mehrtägiger Speicherung auch Herbst / Winter zu einem grossen Teil abgedeckt werden können (bitte beachten: im Diagramm fehlen aus technischen Gründen die Windwerte für Februar und März). Herbst / Winter sind besondern windstark, Sonne und Wind sind also häufig komplementär. Mit der gezeigten Dimensionierung der Kleinwindanlage ist also eine Jahresautarkie von 90% realistisch. Mit PV alleine liegen wir bei 70%. Nachdem der Wind oft mal eine Komplettpause macht, ist bei Installation der Kleinwindanlage zusätzliche eine Verdopplung des Hausspeichers auf 25 kWh geplant - so sind auch zwei Tage mit geringer Energiezufuhr zu überstehen.

Zurück zur Hauptseite.

Windlage

Details

Published: 11 July 2022

Das A und O bei einem Windgenerator ist der verfügbare Wind. Hierbei sind die Hauptkennzahlen die Windgeschwindigkeit im Jahresmittel sowie die Verteilung der Windrichtungen bzw. die Hauptwindrichtung. Ähnlich der Verschattung bei der PV spielen ausserdem Verwirbelungen durch Hindernisse wie Gebäude oder Bäume eine Rolle. Zuletzt wird der Wind nahe am Boden abhängig von der "Rauheit" der Erdoberfläche abgebremst, die Windgeschwindigkeit ist also abhängig von der Höhe über Grund. Es gilt "umso höher umso besser".

Meistens wird deshalb vor Planung einer Windanlage eine Langzeit-Messung der Windgeschwindigkeit empfohlen. Ergebnis ist die Durchschnittsgeschwindigkeit nach Windrichtung. Bei uns ist die Hauptwindrichtung Nordwest, das Jahresmittel liegt bei ca. 5 m/s. Wir haben das ein halbes Jahr gemessen (siehe unsere Wetterstation). Für eine erste Einschätzung kann man auch in einem Windatlas nachsehen. 5 m/s sind ein sehr guter Wert (Daumendrücken, dass es stimmt), nur an der Nordseeküste kommt man da nochmal deutlich drüber.

Eine längere Diskussion hatten wir zum genauen Standort. Das Flurstück auf dem die Kleinwindanlage gebaut werden soll ist ein 2 Hektar großes Stück Grünland. Genau genommen handelt es sich um einen kleinen Hügel. Erste Planungsposition war deshalb ganz oben auf dem Hügel. Abstand zum Schlafzimmer waren 50 Meter, bei Hauptwindrichtung hätten aber größere Bäume hinter der Windrad einen gewissen Staudruck / Verwirbelungen produziert. Spoiler: im Bauantrag sind wir deshalb von der Hügelspitze 50 Meter in Richtung West geschoben. Das Windrad steht also an der sanft aufsteigenden Flanke des Hügels - jetzt 100 Meter vom Schlafzimmer und 150 Meter vom nächsten Nachbar entfernt. Nachteil: die zu verlegenden Kabel sind jetzt 150 Meter lang...

Im Bild sind Tests zu Verwirbelungen am Hügel per Drachen zu sehen. Hat Spass gemacht, erkennen konnte man aber nichts. 

Zurück zur Hauptseite.

Bauvoranfrage

Details

Published: 11 July 2022

Wir waren alles andere als sicher was die Genehmigungsfähigkeit der Anlage angeht. Abstandsregeln zu Wohngebäuden waren hier unkritisch, der geplante Standort lag 60 bis 110 Meter vom eigenen und noch deutlich weiter von Nachbarhäusern entfernt. Das Flurstück grenzt allerdings an ein Naturschutzgebiet an und wir wohnen im Aussenbereich. Der Bau von Windkraftanlagen ist im Aussenbereich nach §35 BauGB privilegiert, soll aber konzentriert werden. Als Baugebiet für Windkraft sind wir nicht ausgewiesen.

Gänzlich unerfahren mit Baugenehmigungen habe ich mich also einfach bis zum zuständigen Sachbearbeiter durchtelefoniert. Der Herr wurde bzgl. geltenden Regelungen an keiner Stelle konkret, Fragen wie "wie gross darf der Abstand vom Hof sein?", "wie gross muss er sein?" wurden mit "das muss ich auf Basis von Unterlagen prüfen" beantwortet. Immerhin sagte er aber nicht "das können Sie sich sparen" und er skizzierte dann auch was ich in einer Bauvoranfrage beibringen müsste.

Das formlose Schreiben zu einer Bauvoranfrage habe ich dann zusammengestellt - das darf man selbst machen und man muss hier noch keinen Architekten (oder allgemeiner Vorlageberechtigten) beauftragen. Neben dem Anschreiben mit einer knappen Einführung was der Zweck der Anlagen (Schliessen der Energielücke Herbst / Winter) ist, legte ich eine aktuelle Flurkarte mit geplantem Standort, Datenblatt / Prospekt ANTARIS 7.5kWh Kleinwindanlage mit 21m Mast, Stromertrag Photovoltaik März 2020-2021 und eine Ertragsauswertung Kleinwindanlage ANTARIS 7.5kWh bei. Die beiden letzten Dokumente stützten die Aussage zur Energielücke. Alles in dreifacher Ausfertigung.

Eingereicht am 17. März 2021 begann das Warten. Am 22. März kam dann eine Eingangsbestätigung, am 23. März eine Nachforderung von Unterlagen - eine Lageplan 1 : 500 mit genauen Koordinaten würde benötigt. Dann wieder Warten und am 28. Mai dann ein Vorbescheid mit Aussage "wird hiermit gemäß §66 Landesbauordnung (LBO) die o. g. Baumaßnahme grundsätzlich zugelassen". Heissa! Verwaltungsgebühr 100 EUR. 

Bearbeitungsdauer also 67 Tage. Viele werden jetzt sagen "das ging aber schnell", es sind aber immerhin mehr als zwei Monate für eine unverbindliche Richtungsentscheidung. Warum das so ist, erschliesst sich im Ansatz wenn man sich anschaut was in den Behörden abgelaufen ist. Was die Bauaufsicht selbst getan hat um zum "grundsätzlich zugelassen" zu kommen ist intransparent. Es wurden allerdings etlich andere Sachgebiete / Ämter um Stellungnahme gebeten: das Bundesamt für Infrastruktur, Umweltschutz und Dienstleistungen der Bundeswehr, das Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume / Technischer Umweltschutz, das Sachgebiet Naturschutz der Bauaufsichtsbehörde und das Archäologische Landesamt / Obere Denkmalschutzbehörde.

Bereits in der Antwort zur Voranfrage werden eine Reihe von Auflagen formuliert: Grenzwerte für Schallimmissionen werden definiert, keine wahrnehmbaren tieffrequenten Geräusche, Gehölzbestand darf nicht beeinträchtigt werden, Fledermausschutz mit festgelegten Abschaltzeiten ist zu verbauen, Ausgleichsmassnahmen sind durchzuführen (dazu später mehr).

Ich weiß bis heute nicht ob die Argumentationskette zur Energielücke hilfreich oder unnötig war, auch kenne ich die Kriterien für die Entscheidung nicht. Zumindest hat es aber wie hier beschrieben geklappt - im Landkreis Schleswig-Flensburg im schönen Schleswig-Holstein.

Zurück zur Hauptseite.

Planänderung

Details

Published: 11 July 2022

Nach der Bauvoranfrage vergingen nochmal einige Monate. Es gab viel anderes zu tun, aber auch noch eine Menge nachzuforschen.

Die Standortdiskussion war noch im Gange und ich hatte den Sachbearbeiter frühzeitig angerufen um zu klären inwieweit wir die Position von der Spitze des Hügels verlegen können. Leider auch hier wieder keine konkrete Aussage, lediglich dass die Stellungnahmen der diversen Sachbereiche / Ämter dann erneut eingeholt werden müssten.

Am Ende haben wir den Standort um 50 Meter nach Westen verlagert und den ursprünglich mit 21 Meter geplanten Mast durch eine 12 Meter Kippmast ersetzt. Den Grund für die Verschiebung hatte ich in einem anderen Artikel schon genannt, die Wahl des kürzeren Mastes hat praktische Gründe. Den 21 Meter Mast kann man nicht mit Bordmitteln zur Wartung umlegen. Wenn man also mal nach oben muss, wird ein Kranwagen notwendig. Preislich ist das vertretbar, man hat aber einfach eine Abhängigkeit / Terminvereinbarung mehr. Der 12 Meter Kippmast ist mit einem Jüttbaum versehen und hat am Fuss ein Gelenk. Man kann ihn so mit dem Traktor (vorhanden) selbst aufstellen und umlegen. Die Reduktion der Höhe reduziert den Ertrag um ca. 5%, preislich liegen die Masten gleichauf. Zuletzt sind die Proportionen mit dem 12 Meter Mast (inklusive Gondel und Rotoren sind es dann 15 Meter) ästhetisch ansprechender - es soll ja auch gut aussehen. :-) Im Bild sieht man die Größenverhältnisse Haus / Kleinwindanlage.

Zurück zur Hauptseite.

Der Weg zum Bauantrag...

Details

Published: 11 July 2022

Der Weg zum Bauantrag war beschwerlich. Auch war das die Phase in der klar wurde wie unglaublich aufwändig das Gesamtverfahren werden würde.

Als ein grosses Problem entpuppte sich die Suche nach einem Architekten - man muss "vorlageberechtigt" sein um einen Bauantrag einzureichen. Wir fingen mit dem Architekten eines Referenzkunden an. Nachdem der das identische Windrad an der Westküste bereits erfolgreich beantragt hatte, dachten wird, dass das einfach würde. Schliesslich waren alle Unterlage als Blueprint ja schon da. Er überraschte uns dann allerdings mit einer Preismarke vom 3000 EUR für seine Dienste. Der Business Case hatte hier 1500 EUR vorgesehen. Also weiter gesucht. Ein Architekten-Portal in MyHammer-Art überraschte uns dann mit über 5000 EUR, ein auf Windkraft spezialisiertes Architektenbüro mit 4000 EUR. Die beiden letzten waren fest davon überzeugt, dass hier ja auch noch neue Zeichnungen von Anlage und Haus anzufertigen wären weil sonst eine Genehmigung nicht möglich wäre. Um es in Erinnerung zu rufen - die ausgewählte Windkraftanlage ist ein standardisiertes Produkt mit aller Dokumentation, kein individueller Entwurf. Nach viel Frustration fanden wir nach Tipp einer Nachbarin dann aber einen vorlageberechtigten Statiker / Ingenieur der uns die Einreichung dreistellig anbot und super-pragmatisch vorging.

Die notwendigen Unterlagen konnte ich mit Anleitung unseres "Architekten" weitgehend selbst zusammenstellen. Das war neben einem einer Einkommensteuer ähnlichem Formular ein umfangreiches Anschreiben, ein nochmals neu angeforderter Flurplan, ein neu erstellter detaillierter Lageplan, diverse technische Dokumente des Herstellers zu Mast und Generator, ganz wichtig: ein Messprotokoll der Schallpegel - ebenfalls vom Hersteller, ein Vorschlag für Ausgleichsmassnahme per 80 qm Blühwiese etc.

Grosse Fragezeichen produzierte schon hier das Thema Statiker. Der war nämlich bereits im Bauantrag zu benennen und damit vorab zu finden. Wie sich am Ende herausstellte, hatte der Kleinwindanlagen-Hersteller über den Mast-Hersteller eine Vertragsstatiker, der sich dann auch per Unterschrift und Firmenstempel im Antrag verewigte. Ich komme zu diesem Thema später nochmal zurück...

Den fertigen Antrag vervielfältigten wir dann in siebenfacher Ausfertigung (wir wussten ja jetzt wieviele Stellen da mitsprachen) und sandten ihn Ende März 2022 an das Amt.

Zurück zur Hauptseite.

Bauantrag

Details

Published: 11 July 2022

Am 29. März 2022 kam das erste Schreiben vom Amt - Bauantrag ist eingegangen. Anbei auch ein knapper Leitfaden zum weiteren Prozedere sowie Datenschutzerklärung. Am 6. April 2022 dann "Anforderung von Bauunterlagen". Ich darf zwei der drei Punkte mal zitieren:

Planung Bautätigkeiten

Details

Published: 11 July 2022

Der Bau einer Windanlage hat viel mit Tiefbau zu tun. Zunächst unerwartet, wird das aber irgendwie zum Hauptthema. Die Arbeiten sind direkt durch die Statik betroffen - abhängig davon ist das Fundament auszulegen. Bei tragfähigem Boden ist wird das Fundament für unsere 15 Meter Anlage in einer Größe 3 x 3 Meter und 1 Meter tief ausgeführt. In dieses Fundament wird ein Käfig aus Armiereisen nach Vorgaben des Herstellers und Statikers eingegossen, ausserdem der Mastfuss mit Gelenk. Weiterhin kommt dann nicht ein Leerrohr für die Kabel rein. Das Fundament wiegt bei der oben genannten Größe sage und schreibe 26 Tonnen! Das hätte ich nicht gedacht. 3 x 3 x 1 Meter hört sich gar nicht zu mächtig an. 

Die erste Begehung mit meinem Bauunternehmer haben wir am 19. Mai 2022 gemacht. Den Bauunternehmer hatte mir mein "Architekt" vermittelt. Das Gesamtbauvorhaben besteht im Grunde aus drei Gewerken: Tiefbau, Elektroinstallation, Zusammenbau Windanlage. Für die Baudurchführung muss ein verantwortlicher Bauleiter benannt werden. Ich wollte das eigentliche selbst machen... Das Amt sagt aber, dass ich nicht qualifiziert bin. Entsprechend soll das der Bauunternehmer machen - auch wenn er davon nicht begeistert ist.

Die Bautätigkeiten sind mit dem Fundament aber nicht abgeschlossen. Der Generator produziert ja Strom - und der muss zum Wechselrichter transportiert werden. Der Wechselrichter kommt in meinen Technikraum im Stall. Direkt neben Pelletheizung, Pufferspeicher, zwei PV Wechselrichtern und dem Hausspeicher. Die Strecke von der Windanlage zum Stall beträgt 150 Meter. Neben dem dicken Stromkabel nimmt das Leerrohr auch noch ein Steuerkabel für den Windsensor, sowie eine Ethernet-Leitung auf. Als Nerds haben wir schon jetzt Internet auf der Koppel, allerdings langsam und anfällig mit Powerline. Das machen wir in einem Aufwasch und werten das LAN auf. :-)

Die zweite grosse Aufgabe des Bauunternehmers ist also einen 150 Meter lange Graben auszuheben und hier Kabel in einem Leerrohr einzubringen. Auch Pflaster müssen unterquert werden, die werden entsprechen ausgebaut und nach Verlegen der Kabel wieder gelegt. Der Stall ist gemauert, hier geht es also auch noch durch die Mauer. Auch hier gilt wieder: PV ist einfacher. 

Zurück zur Hauptseite.

Elektroinstallation

Details

Published: 11 July 2022

Die Elektroinstallation ist eigentlich so etwas wie mein Spezialgebiet. Für die Realisierung der Windanlage ist sie dennoch eine Herausforderung. Die drei wesentlichen Themen sind die Kabellängen, das für die Einspeisung einzuhaltende Messkonzept inklusive Trennung PV / Wind sowie die Integration mit der PV Anlage bzw. Hausspeicher. 

Vielleicht ist es am Besten mal den Weg des Stroms zu verfolgen: bei Windgeschwindigkeiten über 2,6 m/s fängt das Windrad an zu drehen und erzeugt dreiphasigen Wechselstrom. Die Spannung variiert je nach Drehzahl noch sehr stark. Der Strom wird mit einem dicken Kabel (4 x 10 mm2) über 150 Meter von der Windanlage zum Stall transportiert. Hier hängt ein für Windanlagen spezialisierter Wechselrichter der aus dem variablen Wechselstrom den üblichen 230 / 400 V Drehstrom macht. Dieser wird dann entweder von Verbrauchern im Haus direkt konsumiert, in den Hausspeicher geladen, für die Warmwasserversorgung (Heizpatrone) genutzt oder eingespeist.

Das Problem liegt bei den Regelungen zur Einspeisung. Die Vergütungen für PV und Wind unterscheiden sich geringfügig, entsprechend muss gemessen werden ob eine eingespeiste kWh aus Solar oder Wind kommt. Das geht nur in dem man den Windstrom auf einer separaten Leitung bis zum Hausanschluss führt und hier den Fluss in Richtung zurück ins Haus bzw. Einspeisung misst. Das Stichwort ist "separate Leitung". Auf der Koppel muss die ohnehin vom Windrad bis Stall gelegt werden, von Stall zum Haus wird ein zusätzliche Leitung - parallel zur vorhandenen - benötigt.

Damit die Speicherung vom Windstrom im Hausspeicher funktioniert, müssen das Photovoltaik-System und der Windstrom-Wechselrichter zusammenarbeiten. Der Hausspeicher ist nämlich Bestandteil der PV Anlage. Die Nachfrage beim Hersteller der PV Anlage war hier nur teilweise erfolgreich, vieles wird sich erst bei Erprobung klären.

Zuletzt muss der Netzbetreiber der Einspeisung von PV und Wind zustimmen. Die Leitungen dürfen nicht überlastet werden. Bei der PV war das mit 22.7 kWp zwar kein Problem, eine Zusage für die zusätzlichen 7.5 kW aus Wind ist allerdings noch nicht da. Die Beantragung macht der Elektriker, aktuelle Wartezeiten zum Thema Einspeisung liegen bei 6 Wochen...

Zurück zur Hauptseite.

Baugenehmigung erteilt!

Details

Published: 11 July 2022

Am Samstag den 9. Juli 2022 ist nun die Baugenehmigung erteilt und zugestellt worden! Für mich ein echter Meilenstein und Grund zur Freude, geht es jetzt aber erst richtig los. Laufzeit Bauantrag war somit 109 Tage oder 3,5 Monate.

Die Baugenehmigung kommt mit einer Fülle von Information und Unterlagen die den eigentlichen Baubeginn betreffen. Aber schauen wir das mal Stück für Stück durch:

• An den Auflagen der einzelnen Sachgebiete hat sich gegenüber der Bauvoranfrage erst mal nicht geändert. In Teilen ist es jetzt konkreter (Naturschutz), aber nicht Überraschendes.
• Nachdem wir im Antrag keinen geeigneten Statiker benannt hatten, hat das Amt einen festgelegt und beauftragt diesen parallel direkt. Er erhält jetzt also alle Unterlagen und meldet sich anschliessend bei mir. Ich gehe davon aus, dass er sowohl die Statik des Mastherstellers, als auch ein Bodengutachten haben will. Ersteres bekomme ich vom Hersteller des Mastes (mit Braun Windturbinen abgestimmt), zweiteres muss beauftragt werden. Mit einem habe ich heute Kontakt aufgenommen, der schickt ein Angebot.
• Vor Baubeginn muss noch der Bauleiter benannt werden (und unterschreiben), das wird laut Planung mein Tiefbauer übernehmen.
• Baubeginn erfolgt erst nach Freigabe durch den Prüfstatiker, den muss man dann auch per Formular (liegt bei) beim Amt anzeigen.
• Gleiches gilt für die Inbetriebnahme, auch die muss vorab angezeigt werden.
• Die Gebühren für die Baugenehmigung beläuft sich auf 350 EUR - das liegt im Plan.

Immer noch ganz euphorisch, dass es losgehen kann ein Anruf bei Braun Windturbinen. Seine erste Frage ob denn die Prüfstatik schon vorläge muss ich natürlich mit "Nein" beantworten. Wie sich herausstellt, ist aber nicht etwa die Baugenehmigung der Startschuss für den Hersteller, sondern die Fertigstellung der Prüfstatik. Es ist möglich, dass der Statiker Veränderungen an Fundament und/oder Mast anfordert - der wird also erst ab diesem Zeitpunkt angefertigt. Entsprechend wird auch Braun erst dann tätig. Immerhin veranlasst er schon mal die Zusendung der Statik des Mastherstellers - also ein Dokument das der Prüfstatiker anfordern wird.

Aber es kommt natürlich noch schlimmer. Auch Braun hat Lieferproblem, speziell beim Wechselrichter. Lieferzeit aktuell 5 Monate. Bedingt durch Energiepreisentwicklung und die neue Verfahrensfreiheit für 15 Meter Masten in Niedersachsen "leidet" Braun plötzlich unter einer Nachfrage-Welle. Er gibt das Ziel aus, dass dieses Jahr auf jeden Fall noch die Tiefbauarbeiten ausgeführt werden, danach dann Lieferung aller Teile ausser Wechselrichter. Den kann ich mir dann direkt beim Hersteller hier in SH abholen - im Januar / Februar vermutlich.

Leicht gefrustet, Warten ist nicht so mein Ding...

Zurück zur Hauptseite.

Heizstab oder nicht?

Details

Published: 13 July 2022

Nachdem auch die Einspeisevergütung von Windenergie nicht mehr besonders hoch ist (ca. 7 Cent), versucht man heute auch diese Quelle möglichst für den Eigenverbrauch zu optimieren. Die produzierte Wattstunde soll also mit Priorität 1 im Haus verbraucht, in den Hausspeicher zur späteren Nutzung geladen und - nur wenn weder das eine noch das andere möglich ist - eingespeist werden.

Auch das ist wieder alles ganz analog zu "jungen" Photovoltaik-Anlagen mit Vergütungen um die 6 - 7 Cent. An dieser Stelle ein kurzer Ausflug zum Thema Einspeisevergütung - schliesslich beschweren sich viele PV Nutzer darüber, dass die Vergütung so gering ist. Man muss da leider sagen - sie ist es nicht. Oft wird der Fehler gemacht, dass man die Vergütung mit dem Preis vergleicht den man für eine kWh vom Versorger zahlt. Das ist aber falsch. Der Preis des Versorgers setzt sich aus Kosten für die Stromerzeugung, Netzentgelte, Abgaben und Steuern zusammen. Die Stromerzeugung beträgt dabei nur ca. ein Drittel des Preises beim Endkunden (im Schnitt 14 Cent). Die Alternative zur Einspeisung wäre die Vermarktung des selbst produzierten Stroms an der Börse. Für den nicht steuerbaren Solar- und Windstrom würde man im Schnitt keine 7 Cent mehr erwirtschaften können.

Zurück zum Eigenverbrauch. Eine gerade bei Windenergie beliebte Empfehlung ist das Thema "Heizstab". Mit einem Heizstab kann Strom in Wärme umgewandelt werden - mit einem Wirkungsgrad von fast 100%. So ein Heizstab kann in einen Warmwasser-Boiler, aber bei Nutzung von Holzvergaser- oder Pellet-Heizungen auch in den hier verbauten Pufferspeicher gebaut werden. Die Idee ist also, dass man anstatt der Einspeisung mit geringer Vergütung den Strom zum Heizen nutzt. Dafür spart man auf der anderen Seite Kosten für andere, ggf. teurere Energiequellen ein. Aber wie teuer ist eine kWh Energie wenn sie aus Brennstoffen gewonnen wird? 

Unser Beispiel: wir heizen mit Pellets, auch wird das Warmwasser über einen Wärmetauscher aus dem Pufferspeicher geladen. Die Grenzkosten (Preis / kWh) sind bei Pelletheizungen vergleichsweise niedrig. Leider sind aber auch die Pelletpreise mit dem Ukraine-Krieg in die Höhe geschossen. Nicht ganz so schlimm wie Gas und Öl - aber doch deutlich. Aktuell kostet die kWh aus Pellets ca. 9 Cent - Tendenz steigend. Der Unterschied ist hier also erst mal gering, er wird aber über die Jahre deutlich größer werden. Die Einspeisevergütung ist für 20 Jahre fixiert, die Heizkosten werden ansteigen. Ein besonderer Vorteil bei der Pelletheizung: die muss dann im Sommer gar nicht mehr anlaufen, wird also geschont. Für einen Pelletkessel ist das Hochfahren jedesmal ein hoher Aufwand, bis zur optimalen Verbrennung dauert es lang. Bei einem Gaskessel ist das etwas anderes, der kann fein dosiert werden und geht schneller in die optimale Verbrennung. Allerdings liegt hier der Preis je kWh deutlich höher.

Fazit: Man muss das sehr individuell betrachten und durchrechnen. Kann sich lohnen, muss aber nicht. Langfristig vermutlich sinnvoll.

Damit das Bild vollständig wird: die Erwärmung von Warmwasser bzw. Heizung erfordert enorme Mengen an Kilowattstunden. Wie im Artikel zur Energiebilanz geschrieben, liegen wir bei Strom vs. Heizung bei 1 zu 4 bis 5. Unser Heizstab hat 6 Kilowatt - da müssen Windkraftanlage und PV schon ganz schön liefern. Den Heizstab-Einbau macht der Heizungsbauer aber für vergleichsweise kleines Geld. Bei uns waren es 500 EUR für Material und Arbeit. Dazu kommt noch der Elektriker und ggf. eine Steuerung die den Stab nur bei Einspeisung anwirft. Bei uns ohnehin vorhanden - zum Thema Energiemanagement schreibe ich noch mal separat.

Zurück zur Hauptseite.

Energiemanagement

Details

Published: 16 July 2022

Hier nun ein Ausflug in eines der komplexeren Themen, das lokale Energiemanagement. Für mich hat das Thema die beiden Komponenten Monitoring und Steuerung.

Per Monitoring schafft man zunächst Transparenz zu möglichst vielen Verbrauchern im Haus. Hierbei werden einzeln Verbraucher und Verbrauchergruppen bzgl. realem Verbrauch gemessen. Die Messung erfolgt entweder einmalig - z. B. durch einen Energieberater - oder kontinuierlich. Monitoring hilft sowohl ökologisch, also auch finanziell. Über viele Verbraucher ist man sich gar nicht bewusst, das Monitoring führt einem vor Augen was man ändern kann. Jede eingesparte kWh bedeutet weniger CO₂ Emission. Die CO₂ Einsparung erfolgt im eigenen Haushalt oder aber an anderer Stelle nach Einspeisung von regenerativer Energie. Und jede eingesparte kWh spart Geld - egal ob man sie nicht mehr vom Versorger beziehen muss, oder ob man sie zusätzlich einspeisen kann und damit vergütet bekommt.

Per Steuerung werden Verbraucher automatisch oder halbautomatisch ein-/ausgeschaltet oder dynamisch geregelt. Während auch das einen ökologischen Beitrag leistet (bekanntes Beispiel: Heizungsthermostat) steht hier eher die finanzielle Seite im Vordergrund. Mit einer automatischer Steuerung von Verbrauchern können Verbräuche reduziert und vor allen in dafür günstige Zeiten gelegt werden. Als prominentes Beispiel ist hier schon mal die sogenannte Überschussladung von Elektroautos zu nennen: das e-Auto wird dann geladen, wenn ein Überschuss produziert wird. Es fallen hier entsprechend nur die Kosten der entgangenen Einspeisevergütung an, nicht aber der volle Preis einer kWh beim Versorger. Es gibt mittlerweile auch Versorger die den aktuellen Strom-Börsenpreis zeitgenau abrechnen (z. B. Tibber). Hier lohnt es sich analog zur Eigenproduktion Verbräuche in kostengünstige Zeiten zu legen. Mit der finanziellen Optimierung lassen sich Investitionen in die dezentrale Energiezelle attraktiver gestalten. Das sehen wir bei der aktuellen Explosion von Energiepreisen ja auch ganz deutlich: steigt der Preis, entsteht ein Run auf alternative - regenerative - Energiequellen.

An dieser Stelle eine Liste von Szenarien die bei uns umgesetzt sind: Überschussladen des e-Auto, Geschirrspüler, Erhaltungsladungen, Teichpumpen; Abschalten von Beleuchtung wenn im entsprechenden Raum keine Bewegung stattfindet; "Sektorkopplung" von Heizung und Strom per Heizstab; zeitabhängiges Schalten von Computerinfrastruktur (automatisches Herunterfahren bei Nacht); Szenariosteuerung (beim Einschalten des TV wird jede Beleuchtung ausserhalb des Wohnzimmers abgeschaltet); Einsatz von Dämmerungsschaltern.

Womit wir zu der zentralen Frage "wie macht man das?" kommen. Die Antwort hierauf ist leider nicht einfach. Ein intelligentes Energiemanagement erfordert eine Menge an Sensorik (Monitoring) und Steuerungsmöglichkeiten (sog. Aktoren) im Haus. Darüber hinaus muss das alles integriert werden. Die eingesetzten Techniken sind vielfältig. Die einfache Zeitschaltuhr ist ein Beispiel - mittags aktiv, ist die Wahrscheinlichkeit für Überschuss aus PV hoch. Viele Wechselrichter haben einen Schaltausgang mit dem sich grosse Verbraucher bei Überschuss einschalten lassen - z. B. die Wallbox. Moderne Haushaltsgeräte erlauben das zeitverzögerte Einschalten. Es gibt auch Energiemanager die etwas über den einfachen Schaltausgang des Wechselrichters hinaus gehen und mehrer Verbraucher ansteuern können. Ein Beispiel hierfür ist der SMARTFOX. Für den Anfang sollte man sich auf jeden Fall auf die Grossverbraucher konzentrieren, hier ist der Hebel am größten.

Will man das Energiemanagement professionalisieren, kommt man aber um ein zentrales Monitoring und Steuerung nicht herum. Auch hier gibt es mittlerweile eine Vielzahl vom Lösungen, speziell kann hier der Bereich der "Homeautomation" helfen. Homeautomation wird mit Systemen wie Apple HomeKit, Alexa und universellen Lösungen wie Homeassistent oder openHAB realisiert. Sie erlauben eine regelbasierte Steuerung von Aktoren. Gerade die letztgenannten Lösungen stellen auch Integrationsmöglichkeiten von Sensoren und Aktoren unterschiedlicher Hersteller zur Verfügung. Aber alles das ist nichts für jeden. Die Regeln zur Messung und Steuerung können zwar mitunter einfach grafisch konfiguriert werden, am Ende benötigt man dann aber doch oft individuelle Programmierung. Optimierte Regelungen erfordern oft einfach eine komplexe Logik. Will man z. B. die Nutzung des Strom-Überschusses optimieren, kommen schnell Fragen auf wie "soll ich erst den Hausspeicher laden oder das e-Auto oder soll erst mal der Geschirrspüler laufen?", "reicht der Überschuss vielleicht für alle aus?", "muss ich die Ladung reduzieren damit der Geschirrspüler laufen kann?", "kann ich den Hausspeicher für die Nacht auch noch am Nachmittag laden - scheint da die Sonne?", "erwarte ich heute Mittag eine Einspeisung jenseits der 70% Einspeisegrenze und sollte ich deshalb den Hausspeicher erst dann laden und jetzt lieber einspeisen?".

Für unserer Energiezelle haben wir das alles per openHAB realisiert. Das Bild zum Artikel zeigt eine Monitoring-Ansicht. Hier sieht man aktuelle Energieflüsse, Verbräuche und den Status einzelner Verbraucher. Ganz rechts sieht man die ungesteuerten Verbraucher ganz oben, dann die priorisierten Überschuss-Verbraucher und ganz unten dann die, die zuletzt dran kommen. Der Smart muss z. B. aktuell noch warten weil der verbleibende Überschuss geringer aus 1910 W ist. Wenn die Sonne richtig raus kommt geht es los.

Die Maximallösung hat neben dem zu treibenden Aufwand auch noch ein anderes Problem. Jeder Sensor / Aktor verbraucht selbst Strom, das summiert sich auf. Man sollte also hier schon bei jeder Ausbaustufe überlegen ob die Einsparungen die Kosten rechtfertigen. Wir haben (als Extremfall) aktuell über 100 Sensoren und Aktoren verbaut. Es geht hier nicht immer um Energiemanagement, sondern ganz oft auch um Komfort. Ein oder zwei Solarmodule extra brauchen die Gerätschaften dann aber schon...

Zurück zur Hauptseite.

Prüfstatik (Teil 1)

Details

Published: 15 July 2022

Nächster Schritt nach Baugenehmigung ist also die Erstellung der Prüfstatik. Der Prozess ist hier so, dass die Baubehörde einen Prüfstatiker beauftragt (wenn man selbst keinen benennt). Das ist in diesem Fall ein Ingenieur-Büro Reichenberger aus Eckernförde. Solange keine Prüfstatik vorliegt, darf man noch nichts machen. Interessanterweise schreibt das Amt dem Prüfstatiker auch die Art der Abrechnung (Zeit & Material) sowie Fristen vor und fordert ihn auf die Rechnung zur Prüfung ans Amt zu schicken. 

Eine Woche nach der Baugenehmigung (und zwei Mails in denen ich ihm schon einige Unterlagen / Fragen geschickt hatte) meldet er sich und fordert die Statikunterlagen für Mast und Fundament des Herstellers an. Weiterhin ein Baugrundgutachten welches von einem Bodengutachter erstellt werden muss. Die Statikunterlagen müssen in zweifacher Ausfertigung in Papier gesendet werden, die werden dann später beim Amt mit der Baugenehmigung abgelegt. Leider sind auch drei technische Zeichnungen in A0 dabei - also zum Copy-Shop. Die Statik-Unterlagen bestehen aus 100 Seiten, also 200 Seiten A4 zusätzlich gedruckt - immerhin zu Hause zu erledigen.

Dann also die Suche nach einem Bodengutachter. Ich hatte im Vorfeld bereits ein Angebot eingeholt, das erscheint mir mit 1500 EUR aber recht teuer. Vom Büro des Prüfstatikers lasse ich mir ein paar Namen geben und fange an zu telefonieren. Der erste will mir in den kommenden Wochen(!) ein Angebot schicken. Wir einigen uns dann aber darauf, dass er entweder ein Angebot abgibt, dass bis Mitte August / in vier Wochen abgearbeitet(!) ist oder aber absagt. Dazu habe ich noch ein weiteres Angebot angefordert. Mal sehen was jetzt passiert.

Das zweite Angebot liegt mit 1800 EUR unerwartet hoch, der Dritte meldet sich erst nachdem ich das erste Angebot bereits angenommen habe. Am 21. Juli also das erste Angebot angenommen, am 26. Juli werden die Bohrungen/Sondierungen durchgeführt (siehe Beitragsbild) - also schneller als erwartet.

Die fünf Meter tiefe Bohrung ergibt dann 30 Zentimeter Mutterboden und anschließend etwas was für mich wie "Lehm" aussieht. Kein Grundwasser. Der Geologe erkennt natürlich Unterschiede, Lehm besteht aus einer Mischung aus Sand, Schluff und Ton, für mich sieht alles gleich aus. Am 9. August ist das Bodengutachten da, also 2 Wochen ab Bohrung.

Effektiv kostet einen der Prozess des Bodengutachtens etwa einen Monat. Der Statiker braucht das Gutachten um die Statik zu prüfen, den Bodengutachter möchte man aber nicht vor der Baugenehmigung beauftragen. Man kann das verkürzen indem man den Bodengutachter schon während der Baugenehmigung aussucht und dann bei Erteilung direkt beauftragt.

Das Ergebnis des Bodengutachtens ist leider durchwachsen. Auf einer Tiefe von 1,10 Meter bis 2,10 Meter sieht der Gutachter "weiche Konsistenz". Die Empfehlung ist entsprechend (Zitat):

Konkret heisst das, dass anstatt eines 3 x 3 x 1 Meter Lochs ein 5 x 5 x 2,1 Meter Loch zu graben ist. 😳 Der von mir beauftrage Bauunternehmer winkt ab weil bei dieser Tiefe ein Tiefbauer notwendig ist. Ich spare mir den Hergang zur Suche, am 18. August kommt mittags ein Tiefbauer zur Begehung und macht mir anschliessend ein Angebot. Die Schicht zw. 1 und 2 Meter Tiefe wird Mehrkosten im Bereich 4000 EUR produzieren und den Business Case entsprechend verschlechtern. Mehr zu den Konsequenzen der zusätzlichen Ausschachtung gibt es später im Artikel zum Tiefbau.

Zurück zur Prüfstatik. Da ist erst mal warten angesagt. Nachdem die dem Prüfstatiker vom Amt vorgegebene Frist um mehr als 2 Wochen verstrichen ist, bekomme ich am 19. September einen "1. Zwischenbericht zur Prüfung" per E-Mail zugesandt. In dem steht, dass die vorgelegten Unterlagen nicht den aktuellen DIN Normen entsprechen und die Prüfaktivitäten entsprechend erst mal ruhen. 

Ich hatte jetzt ehrlich gesagt damit gerechnet, dass der Prüfstatiker etwas zur Auslegung des Fundaments nach Gegenüberstellung von Hersteller-Statik und Bodengutachten sagt, nicht aber einen Expertendiskussion mit dem Masthersteller beginnt. Schliesslich ist die Maststatik bereits duzend-fach in Deutschland geprüft und die Anlage genau in dieser Form entsprechend oft aufgebaut worden. In Niedersachsen ist diese Anlage mittlerweile sogar verfahrensfrei zu errichten, nach Herstellerangaben befinden sich hier aktuell alleine 12 identische Anlagen im Bau.

Ich leite den Zwischenbericht an Braun und den Masthersteller weiter - mit Bitte um schnelle Kontaktaufnahme mit dem Prüfstatiker. Wenn die das nicht klären können, kann ich effektiv gar nichts machen. Hier also die Stelle im Prozess, wo es ganz massgeblich auf den Hersteller ankommt - und auf die Güte der zur Verfügung gestellten Dokumente.

Und zur Arbeit des Prüfstatikers (Ingenieur-Büros Reichenberger) haben wir aktuell den folgenden Status:

• Das Amt beauftragt den Prüfstatiker in meinem Namen, bezahlen muss das natürlich ich.
• Die vom Amt gesetzte Frist zur Stellungnahme des Prüfstatikers wird um mehr als zwei Wochen überschritten.
• Meine Rückfrage beim Büro des Prüfstatikers mit Bitte um Status der Arbeiten zum Fristende (31. August) wurde gar nicht beantwortet.
• Trotz Überschreitung der Frist wird lediglich ein Zwischenbericht, nicht aber eine abgeschossene Prüfung mit Nachforderungen abgeliefert.
• Der Prüfstatiker kontaktiert nicht etwa den von mir per Kontaktdaten bekannt gemachten Hersteller der Anlage oder Mast-Statiker, sondern spielt zwei Themen aus der Statiker-Domaine an mich als Laien zurück.

Ich habe jetzt erst mal weder vom Prozess, noch von dem bisherigen Ergebnis ein gute Meinung. Aber warten wir mal wie es weiter geht...

Ich schreibe auch noch eine Mail an das Bauamt und bringe der zuständigen Sachbearbeiterin den Vorgang zur Kenntnis. Immer in der Hoffnung, dass ja vielleicht Prozesse auch mal in Frage gestellt oder verbessert werden. Immerhin ist das erklärte Ziel die Energiewende. 

Der ganze Prozess der Prüfung der Statik ist ärgerlich. Dass die Maststatik für jedes einzelne Bauvorhaben geprüft wird ist eine totale Verschwendung von Zeit und Geld und ein weiteres Hemmnis für Windenergie aus Kleinwindanlagen. Ich verstehe, dass man eine Prüfung des Untergrunds braucht um die Auslegung des Fundaments zu prüfen, das muss aber wirklich einfacher gehen.

Ich setze das Thema Prüfstatik in einem zweiten Teil fort - sobald das Thema geklärt ist.

Zurück zur Hauptseite.

Prüfstatik (Teil 2)

Details

Published: 17 September 2022

Status ist also, dass der Prüfstatiker auf neue Normen besteht die der Hersteller für den ausgewählten 12 Meter Kippmast noch nicht umgesetzt hat. Ob das eine Ermessensfrage ist oder nicht ist mir nicht klar. Nach Diskussion mit zwei anderen Statikern kann man den schwarzen Peter jetzt sowohl dem Prüfstatiker als auch dem Hersteller zuschieben. Beides nützt mir und dem Projekt aber gar nichts. 

Ich sehe jetzt folgende Optionen:

• Ich ersetze den 12 Meter Kippmast mit einem anderen Mast der eine neue Statik besitzt. Das trifft z. B. auf den ursprünglich geplanten 21 Meter Mast zu. Voraussetzung ist hier, dass die Baugenehmigung mit vertretbarem Aufwand geändert werden kann. Nachteil wäre, dass ich mich ja bewusst gegen diesen Mast entschieden habe und somit auf die Möglichkeit zu kippen verzichte.
• Soweit das Amt zustimmt, kann man den Prüfstatiker wechseln. Ob das eine Änderung ergibt ist fraglich. Alternativ - und ebenfalls nur nach Zustimmung des Amts - könnte man selbst einen Statiker beauftragen, der eine Prüfbefreiung in Schleswig-Holstein hat. Den Statiker müsste man allerdings erst mal finden, er müsste bereit sein mit der bestehenden Statik zu arbeiten und ich müsste ihn am Ende selbst bezahlen. Dafür entfallen Kosten beim Prüfstatiker.
• Der Hersteller - bzw. sein Statiker - findet gemeinsam mit dem Prüfstatiker eine Lösung die für alle akzeptabel ist. Die Chancen hierfür stehen aber denke ich nicht gut. Dazu müsste es Bereitschaft aller Seiten geben eine Lösung zu suchen. Und Kooperation von Amt, Prüfer, Hersteller mit Priorität "Kunde" ist wohl eher Wunschdenken. 
• Der Hersteller überarbeitet die Statik komplett und gemäß der neuesten Normen. Das würde natürlich das aktuelle Problem lösen. Es gibt aber eine Reihe von Nachteilen: die Erstellung einer neuen Statik benötigt 3 bis 4 Monate. Nachdem sich die Verfügbarkeit des Wechselrichters ohnehin in Richtung Mitte nächsten Jahres verschiebt, müsste das noch nicht mal Auswirkungen auf die Inbetriebnahme haben. Müsste nicht, wird aber vermutlich... Die Erfahrung im Projektmanagement sagt mir erst mal, dass die Akzeptanz der Verzögerung immer zu noch mehr Verzögerung führt. Besser ist es früh abzuschliessen was man früh abschliessen kann. Weiterhin bin ich komplett von der Priorität des Herstellers abhängig die neue Statik zu beauftragen und voran zu treiben. Weiterhin ist nicht gesagt, dass der Prüfstatiker mit der nächsten Statik zufrieden ist und das Spielchen danach weiter geht.

Nichts davon gefällt mir. :-(

Drei Tage später informiert mich der Hersteller, dass die Statik komplett neu erstellen wird. Also die letzte Option oben. Sicher die sauberste Lösung, verurteilt mich jetzt aber für 3 Monate zu Untätigkeit. Gut, dass es noch andere Themen im Umfeld gibt, gerade ruft doch tatsächlich mein Solar-Grosshändler an... Die im Januar bestellte Verdoppelung unseres Hausspeichers ist in Rotterdam angekommen. 9 Monate Lieferzeit ab Bestellung. Das ist fast identisch mit dem ersten Speichermodul in 2020.

Zurück zur Hauptseite.

Batterie-Speicher

Details

Published: 03 October 2022

In den letzten September-Tagen ist die Speichererweiterung also geliefert worden. Nachdem wir aktuell ohnehin nur auf die Statik warten können, ist das ein gutes Timing...

Zur Erinnerung: mit der Photovoltaik hatten wir vor zwei Jahren bereits einen Hausspeicher (BYD B-Box HVS Premium 12.8) eingebaut. Der Hausspeicher nimmt tagsüber überschüssige Energie auf und gibt sie nachts - bzw. wenn zu wenig Generatorleistung da ist - wieder ab. Damit sinkt die Menge an Einspeisung, es erhöht sich der Anteil an Verbrauch von Eigenstrom und die Autarkie. Im Rahmen der Errichtung der Kleinwindanlage wird der bestehende 12.8 kWh Speicher auf 25.6 kWh verdoppelt.

In den Frühzeiten der Kombination aus PV und Speichertechnik gab es immer heftige Diskussion - fast Glaubenskriege - ob das mit den Speicher Sinn macht. Man muss hier wieder mal das Thema Wirtschaftlichkeit und Beitrag zur Energiewende separat betrachten.

Die Wirtschaftlichkeit eines Speichers ergibt sich grob aus der Preisdifferenz zwischen Einspeisevergütung und Bezugspreis beim Versorger. Beispiel: am Mittag eines Tages werden z. B. 10 kWh mehr produziert als verbraucht werden können. Der Strom wird entsprechend eingespeist und mit 10 x 9 ct (bei uns) vergütet. Nachts fehlen dann im Beispiel 10 kWh und müssen vom Versorger inklusive Steuern / Netzentgelte für 10 x 30ct eingekauft werden. Hat man die 10 kWh stattdessen mittags gespeichert und zieht sie nachts wieder aus dem Speicher, spart man sich die Differenz, hier also 2,10 EUR. Die Gesamtersparnis durch den Speicher ist entsprechend die im Laufe des Lebenszyklus geladene / entladene Leistung mal die Preisdifferenz. Dem stehen die Anschaffungs- und Reparaturkosten gegenüber. Das genaue Bild ist natürlich komplizierter, hier sind steuerliche Aspekte, Kapitalkosten, Wandlung- und Speicherverluste (ganz grob 10%), Strompreisentwicklung etc. zu kalkulieren.

Will man die Rendite errechnen ist man schnell bei der Frage der Lebensdauer bzw. der sog. Energiedurchsatzmenge. Der Hersteller unseres Speichers BYD gibt eine Garantie für 10 Jahr auf mindestens 80% Speicherkapazität. Alternativ eine Durchsatzmenge von 31,21 MWh. Die zweite Angabe macht es einfach die minimale Gesamteinsparung zu ermitteln: nehmen wir mal konservativ an der Strompreis entwickelt sich Jahr über Jahr mit +3%. Dann ergibt sich in 10 Jahren ein mittlerer Bezugspreis von 34 ct, also eine Gesamteinsparung von 31210 kWh * (34 ct/kWh - 9 ct/kWh) = 7802 EUR. Das ist jetzt die Unterkante bei einer Lebensdauer von 10 Jahren, sind es 15 oder mehr verbessert sich das weiter. Mit der aktuellen Entwicklung der Strompreis sind die 34 ct aber illusorisch, 50 ct sind vermutlicher eher realistisch. Für unseren ersten Speicher haben wir inklusive Einbau 6900 EUR gezahlt. Dazu kam noch eine Förderung des Landes Schleswig-Holstein von 1200 EUR, Kosten waren also effektiv nur 5700 EUR denen eine minimale Ersparnis von 7800 gegenüber EUR stehen. Das sollte man also einfach machen.

Wie man aber sieht gibt es da eine Menge von Variablen die man abschätzen muss und je nach Rahmenbedingungen anders aussehen. So wird bei uns der zweite Speicher weit weniger (wenn überhaupt) rentabel sein. Der Preis des Speichers ist wegen der aktuellen Lieferketten-Problematik, Rohstoffpreisen, Nachfrage in den letzten zwei Jahren von 6700 EUR auf 8400 EUR gestiegen. Ich hatte mit der Beschaffung  in der Erwartung eines Preisverfalls gewartet. Ist in dem Zeitraum leider nicht passiert, Pech gehabt. Ein Förderprogramm gibt es aktuell auch nicht. Rechnen kann sich das wegen der Energiepreis-Explosion dennoch, es wird aber wohl eher ein Nullsummen-Spiel.

Jetzt ist Geld im Leben ja nicht alles, insoweit kommen wir zum zweiten Aspekt des Hausspeichers, dem Beitrag zur Energiewende. Eine genaue Quantifizierung des Effekt der CO2 Einsparung lasse ich hier mal weg. Das ist vor dem Hintergrund der Diskussion zum Recycling von Batteriezellen komplex und noch nicht mit einer breiten längerfristigen Erprobung unterfüttert. Die Vorhersagen sind jedoch eindeutig positiv und werden wohl in ein paar Jahren bestätigt werden.

Interessanter ist der Kontext der bei uns ja verprobten "dezentralen Energiezelle". Der Speicher trägt massgeblich zur Reduktion von nicht-lokalen Energieflüssen bei. Energie wird also zu Zeiten eines Überschusses lokal gespeichert und zu Zeiten der berüchtigten Dunkelflaute wieder zur Verfügung gestellt. Er dient damit der Reduktion von Spitzen und Mangelsituationen wie sie bei den nicht-steuerbaren regenerative Energiequellen Photovoltaik und Wind auftreten. Der Speicher ist also bereits bei rein lokaler Nutzung "Netzdienlich" und trägt zur Lösung des grossen Problems der eingeschränkten Speicher-Möglichkeit bei. Gerade bei der Windkraft treten wesentlich größere Ausschläge zwischen Maximal- und Minimalleistung auf (siehe auch Grafik im Beitrag Energiebilanz). Sie zu glätten wird nur mit Speichertechniken möglich - seien es Batterien oder Wasserstoff. Bei unverändertem Verbrauch ist die Autarkie unserer Zelle eine Masszahl für die Glättung der Ausschläge. Aktuell stehen wir da mit PV und Speicher bei 70%. Mit der Kleinwindanlage plus einer Speicherweiterung ist die Prognose 90% auf das ganze Jahr gerechnet. Nur für den verbleibenden Rest kann es notwendig werden fossile Energieträger zu nutzen - wenn überhaupt. Ich erlaube mir dann an dieser Stelle auch auf die Frauenhofer Studie "Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem" zu verweisen in der das Thema im Grossen modelliert wird.  

Die Netzdienlichkeit von Speichern ist allerdings ein deutlich breiteres Thema als nur unsere dezentrale Zelle. So entwickeln sich hier Modelle bei denen man Teile seines Speichers z. B. einem Versorger zur Verfügung stellt. Der kann ungenutzte Kapazität dann nutzen um Energie übergeordnet zwischen zu speichern und das Gesamt-Energiebudget zu glätten. Technisch ginge das schon jetzt, es fehlen aber noch die Angebote und die Steuerungstechnik, vor allem aber der politische Wille und das Interesse der Versorger. Dramatisch größer wird das Potential mit den in e-Autos verbauten Kapazitäten. Schliesslich sind selbst grosse Hausspeicher wie unsere (siehe Bild) nichts gegen ausgewachsene Batteriesysteme in zum Beispiel einem Tesla S. Mit um oder über 100 kWh hat so ein Fahrzeug alleine vier mal so viel Kapazität wie die beiden Hausspeicher-Türme.

Aktuell verfolge ich noch eine Zwischenstufe der Netzdienlichkeit: anstatt nur selbst produzierten Strom zu speichern - vorwiegend im Sommer, kann man den Speicher zur Optimierung des Energiezukaufs nutzen. Der Preis von Strom variiert je nach Abdeckung durch regenerative Energien an der Strompreisbörse häufig sehr stark. Anbieter wie Tibber oder aWATTar erlauben den Bezug von Strom zu stundenaktuellen Preisen. Heute (3.10.22) ist der Endverbraucherpreis zwischen 0 und 4 Uhr morgens z. B. 25 ct. Heute Abend um 20h wird er aber 70 ct sein. Ist die Möglichkeit einer Verschiebung des Verbrauchs in die günstige Zeit ausgeschöpft, kann man also freie Batteriekapazitäten zwischen 0 bis 4 Uhr nutzen / laden um einen Bezug um 20h zu vermeiden. Neben dem positiven finanziellen Effekt ist das aber eben auch netzdienlich und erhöht den Anteil der regenerativem Energiequellen: einen günstigen Börsenpreis gibt es immer dann wenn der Energiebedarf regenerativ gedeckt werden kann, teuer wird es wenn fossile, speziell Gaskraftwerke ans Netz müssen. Der Preis ist also ein Masszahl für den grün-Anteil am Energiemix.

Aktuell läuft ein Prototyp, das sieht schon ganz gut aus. Im Winter wird der Nutzen deutlich nach oben gehen. Dann ist nämlich der Speicher weitgehend ungenutzt und nur dann beziehen wir überhaupt vom Versorger. Heute scheint die Sonne, da geht nichts. Zusammengefasst funktioniert das Modell nur wenn a) Speicher zur Verfügung steht, b) die Min/Max Preise weit genug auseinander liegen und c) überhaupt ein Bezug notwendig ist. Der Punkt b) ist wichtig weil Laden, Speichern und Entladen nicht verlustfrei sind. Bei unserem System machen AC / DC Wandlung bei Ladung, Speicherverluste und Verluste bei der abschliessenden DC / AC Wandlung ca. 16% aus. Fortsetzung folgt. ;-)

Zurück zur Hauptseite.

Tibber und dynamische Tarife

Details

Published: 17 February 2023

Die Erstellung der neuen Mast-Statik zieht sich noch - aus den 3 Monaten werden wohl 4,5 bis 5 Monate werden. 🙄 Damit der Blog mangels Updates dadurch nicht zu langweilig wird, möchte ich heute was zu neuen Anbietern mit variablen Strompreisen diskutieren.

Variable Strompreise kennt der eine oder andere noch von den Nachtspeicheröfen, da gab es Phasen von Hoch- und Niedertarifen (HT und NT). Heute ist dieses Zweitarif-Verfahren noch bei Wärmepumpen üblich, aber auch in Industriebetrieben. Erkennbar ist eine solcher Doppeltarif an den entsprechenden Zweitarif-Zählern oder Zählerkaskaden.

Auch schon vor der Zeit der regenerativen Energien gab es Differenzen zwischen Strombedarf und -produktion. Gerade die Kernenergie und Kohlekraftwerke können sinnvoll nicht schnell rauf und runter gefahren werden. Wenn dann nachts der Bedarf an Strom für die Industrie runter geht (Schwachlastphase), war auch hier oft zu viel Strom bei geringer Nachfrage da. Per Niedertarif einen Anreiz zu schaffen diesen Strom los zu werden, macht also Sinn. Die Phase des Niedertarifs geht mit der sogenannten Netzdienlichkeit einher: wenn man Lasten zeitlich an das Angebot anpasst, reduziert man Netzlasten und Regelungsbedarfe und damit einhergehende Ineffizienzen.

Mit den nicht steuerbaren regenerative Energien wurde das Problem verschärft. Verfügbarkeit von Strom hängt dabei schlicht von der Wetterlage und Jahreszeit ab. In Konsequenz gibt es im Netz regelmässig ein Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage. Konkret führt es dazu, dass bei Überangebot Windkraftanlagen und grosse PV Anlagen runter geregelt werden (müssen). Und bei einem zu geringen Angebot müssen Kraftwerke auf Basis fossiler Träger hochgefahren werden und schaden damit weiterhin dem Klima.

Anders als bei den eingangs beschriebenen Tageszeit-abhängigen Phasen, gibt es also einen viel volatileren Verlauf des Angebots. Ein Blick auf die Strompreis-Börsen zeigt genau diese Volatilität. Zwar ist es auch weiterhin so, dass nachts tendenziell ein Überangebot existiert, die Preise schwanken aber stündlich zum Teil sehr stark. Die Preise sind hierbei u. a. Abbild der Angebots / Nachfragelage - es kommen aber weitere Faktoren hinzu: die Kostenstruktur zur Bereitstellung einer Kilowattstunde unterscheidet sich je nach Energieträger erheblich. Am günstigsten schneiden dabei die regenerativen ab, allen voran die Onshore-Windenergie und PV. Generell gilt an der Börse: wenn zu viel Strom da ist, sind die Preise niedrig.

Jetzt wird das Missverhältnis von Angebot und Nachfrage von der Fossil-Lobby und "es soll alles so bleiben wie es war"-Fraktion in einer polarisierten Diskussion zu erneuerbaren Energien häufig als k.o. Kriterium zu einer CO2 neutralen Zukunft verwendet. Dabei fallen Begriffe wie fehlende Grundlastfähigkeit oder der Begriff "Dunkelflaute". Es stimmt aber nur, solange man ein naives Bild von "wir ersetzen konventionelle Kraftwerke durch Windräder" projiziert. Dieses Bild ist natürlich falsch. Neben dem Ersatz der fossilen Energieträger benötigt das neue Netz sowohl Speicherkapazität als auch ein intelligentes Lastmanagement. Im Kleinen habe ich beides im Sinne einer dezentralen Energiezelle in voran gegangenen Artikeln bereits diskutiert.

Kommen wir also zum grossen Bild und den modernen Strompreis-Strukturen zurück. Oder konkreter: wie kann man die heute eher noch tageszeitlich geprägte Verbrauchsstruktur an die viel volatilere Energie-Angebotsstruktur anpassen? Die Antwort ist natürlich klar- durch die Schaffung von Anreizen dann Strom zu verbrauchen wenn er da ist. Schafft man das, vergünstigt das nicht nur den durchschnittlichen Strompreis individuell bis auf Ebene Volkswirtschaft, sondern es ermöglicht auch einen deutlich grüneren Strommix und eine Verschlankung des Energienetzes. Macht man sich das klar, fällt es viel leichter die Veränderung positiv zu sehen!

Für Endverbraucher gibt es seit ein paar Jahren Anbieter, die ein geeignetes Anreizmodell umgesetzt haben. Zu nennen sind hier Tibber und aWATTar. Beide sind so etwas wie "Early Adopter" und Vorreiter zu den von der Bundesregierung angekündigten Pflicht zu "dynamischen Tarifen" ab 2025. Die Idee ist einfach: anstatt langfristig (meistens ein Jahr) einen bestimmten starren Preis pro Kilowattstunde anzubieten, liefern Tibber und aWATTar den Strom zum jeweils gültigen Preis an der Strombörse. Zu diesem Einkaufspreis kommen Steuern, Netzentgelte und eine Grundgebühr. Tibber bietet dieses Modell in Reinform an, bei aWATTar gibt es zusätzlich Tarife, die den Verbraucher vor zu starken Schwankungen schützen.

Hat man bislang den Zählerstand einmal im Jahr abgelesen, reicht das bei einem solchen Tarif natürlich nicht. Stattdessen werden intelligente Messsystem / Zähler eingesetzt. Sie übermitteln die Verbrauchsdaten z. B. pro Stunde automatisch an den Versorger, der diesen Verbrauch dann mit dem aktuellen Börsenpreis wichtet und auf Monatsebene in Rechnung stellt. Wählt man einen solchen Tarif, erhält man also jeden Monat eine andere Rechnung: sie variiert nach Börsenpreisentwicklung, Verbrauch und Verbrauchszeitpunkt.

Während ich das schreibe, liegt der Preis bei Tibber für eine Kilowattstunde bei 33 Cent brutto. Nachdem gerade Wind aufkommt, geht der Preis den restlichen Tag stetig nach unten. Heute Abend um 23h sind es dann nur noch 24.6 Cent. Es gab heute morgen um 7h aber auch schon mal eine Spitze von 37 Cent. Wir werden also unseren Smart EQ heute Abend voll machen. Wenn es teuer ist und man den Wagen gerade nicht braucht, wartet man damit lieber.

Ich denke, dass sich mit dem (erzwungene) Eintritt klassischer Stromanbieter bis 2025 ein "weicheres" Modell durchsetzt. Also eine weniger direkte Kopplung an den Börsenpreis für den Endverbraucher. Steht man vor der Entscheidung Tibber oder klassischer Tarif, dann gibt es da nämlich schon eine Abwägung die zu machen ist:

Zunächst mal ist es so, dass klassische Stromanbieter die erwarteten Gestehungskosten für das kommende Jahr schätzen, dabei Risiken Einpreisen und Dir dann einen Jahrespreis anbieten. Vorteile: der Preis ist planbar und er kann wie in 2022 zu niedrig angesetzt sein. Der Ukraine Krieg hat nämlich gezeigt wie sich eine solche Krise auf die Strompreise auswirken kann. Mit dem Anstieg der Gaspreise gingen auch die Preise für den Strom durch die Decke. Es gab in 2022 Stunden, in denen man 90 Cent pro kWh bei Tibber gezahlt hat. Beim Grundversorger hat man da immer noch eine Garantie von z. B. 30 Cent/kWh gehabt - der Preis war ja für ein Jahr zugesagt worden. Nachteil: die Stromversorger werden die Preise langfristig so managen, dass sie Sonderbelastungen wie 2022 wieder rein holen und natürlich generell einen ordentlichen Gewinn einfahren. Wenn man das also über mehrere Jahre betrachtet, wird sich ein Tarif der am Börsenpreis hängt auszahlen. Man muss aber die Schwankungen aushalten. Während in 2022 viele Endverbraucher wieder aus Tibber ausgestiegen sind, kann sich Tibber Anfang 2023 gar nicht vor Neukunden retten. Aktuell bekommt man nämlich mit Jahresgarantie Preise jenseits der 50 Cent angeboten...

Nachdem ich da jetzt zwei Jahre selbst eine Lernkurve hinter mich gebracht und gesehen habe wie unterschiedlich Menschen mit der Lage umgehen, würde ich in soweit keine unbedingte Empfehlung für die Extremform des Tibber-Tarifs abgeben. Dieser Tarif ist etwas für Verbraucher die das Modell wirklich verinnerlich haben und deshalb emotional mit den Schwankungen umgehen können. Wer damit Problem hat - sei es gefühlt und/oder wegen der sehr unterschiedlichen monatlichen Belastungen - für den ist ein klassischer Tarif trotz der zu zahlenden "Versicherungsprämie" ggf. besser. Generell würde ich auch niemandem empfehlen auf einen dynamischen Tarif zu wechseln um bei unverändertem Verbrauchsverhalten ein Schnäppchen zu machen. Wie bereits ein paar mal geschrieben wird das langfristig günstiger sein, aber mit dem ggf. kleinen Gewinn sind halt auch Risiken verbunden.

Nachdem es aber die "weichen / gemässigt dynamischen Tarife" aktuell noch kaum gibt, ist Tibber die empfehlenswerte Wahl wenn man sein Verbrauchsverhalten aktiv an die Angebotssituation / den Börsenpreis anpassen will und kann. Gerade an preislich volatilen Tagen ist es damit durchaus möglich 50% der Stromkosten einzusparen. Das gilt vor allem wenn man Grossverbraucher wie e-Auto oder Wärmepumpe entsprechend steuern kann. Das macht dann schon erhebliche Einsparungen aus. Hilfreich ist für die Optimierung wieder unser automatisiertes Energiemanagement. Die Einsparungen durch Lastverschiebungen korrelieren dabei direkt mit der Netzdienlichkeit und einer Verbesserung der persönlichen Energiebilanz. Schliesslich bekommt man die kWh für 15 Cent bei Tibber genau dann, wenn der Strom komplett oder zum allergrößten Teil per regenerativen Energien produziert wird.

Für mich persönlich überwiegen die Vorteile dynamischer Tarife klar. Neben dem aktiven Betreiben der Energiewende weiß man halt auch immer, dass der aktuelle Preis fair durchgereicht wird. Aber wie oben geschrieben - es ist auch nicht für jeden.

Wer Interesse an einem Wechsel zu Tibber hat, der kann übrigens meinen Tibber-Einladung-Link nutzen. Das gibt für beide auch einen 50 EUR Gutschein.

Zurück zur Hauptseite.

Prüfstatik (Teil 3)

Details

Published: 15 April 2023

Lange hat es gedauert mit der Statik, jetzt ist das Thema aber durch! Aber Schritt für Schritt...

Am 19. September 2022 hatte mich der Hersteller der Kleinwindanlage informiert, dass die Statik für den 12 Meter Kippmast komplett neu erarbeitet würde. Zwar war mein vom Amt eingesetzter Prüfstatiker der Einzige der die Verwendung alter Normen als K.O.-Kriterium für eine Prüfung angesehen hat (die Anlage und Statik waren ja schon ein paar Duzend mal geprüft worden), Braun bzw. der Masthersteller gingen aber wohl davon aus, dass das Thema früher oder später ohnehin fällig würde.

Die Ankündigung war 3 Monate Bearbeitungszeit für die komplette Neuerarbeitung, real kam die neue Mast-Statik erst am 28. Februar 2023 bei mir an. Das sind 162 Tage oder etwas mehr als 5 Monate... Die neue Maststatik habe ich noch am gleichen Tag an den Prüfstatiker geschickt. Dieses mal 176 Seiten plus 5 DIN A0 und DIN A1 Pläne in zweifacher Ausfertigung. Also wieder ein langer Druckjob und ein Besuch des Copy-Shops um die grossen Formate zu drucken.

Damit lief also die übliche 3-Wochen-Frist für den Prüfstatiker erneut. Als nach 4 Wochen immer noch nichts da war, habe ich mir erlaubt mal nachzufragen. Immerhin bekam ich dieses mal eine Antwort - das war nicht immer so. Ergebnis: sie haben trotz Fristüberschreitung noch gar nicht angefangen, das Ergebnis aber für die Osterwoche zugesagt.

Angekommen ist das Ergebnis dann am Ende der Osterwoche, am 14. April. Das sind 44 Tage oder 6 Wochen. Doppelt so viele wie vorgesehen...

Das Ergebnis ist ein zweiseitiges Schreiben mit einer halbe Seite Inhalt und - positiv. Ein paar Auflagen bzgl. Einhaltung zweier DIN Normen (einmal zu Stahlbau - das kommt vom Masthersteller - und einmal zur Ausführung von Beton- und Stahlbetonarbeiten - die muss der Tiefbauer beibringen), Art der zu verbauenden Werkstoffe, ansonsten Bestätigung von Statik und Fundamentplanung und Auflagen des Bodengutachtens. Zuletzt noch zwei Meilensteine zu denen der Prüfstatiker konsultiert werden muss - wenn das Fundament zur Betonierung vorbereitet ist und bei Abschluss der Bautätigkeiten.

Wenn man das alles noch nie gemacht hat, ist es einem nicht klar - das ist der Startschuss, für den Baubeginn!

Ich bin noch am gleichen Tag zu meinem Tiefbauer / Bauleiter gefahren. Wir haben die "Mitteilung zum Baubeginn" fürs Amt fertig gemacht und gleich abgeschickt. Ausserdem habe ich Braun die Unterlagen geschickt - der prüft dann auch nochmal den notwendigen Lieferumfang. Mit ihm hatte ich ausgemacht, dass die für die Tiefbauarbeiten notwendigen Teile (Mastfuss / Anker) und Biegeanleitung für die Stahlbetonbewehrung zeitnah geliefert werden. Zuletzt auch noch Information an den Elektriker - mit dem ist zu klären wann / welche Kabel geliefert werden.

Mit dem Tiefbauer ist jetzt der Mai für die Arbeiten vereinbart - das wird dann der nächste Artikel.

Aber das ist nicht alles...

Als Freund der klaren Analyse zunächst einmal die Gesamtverzögerung die sich aus der Prüfung der Statik ergeben hat: die vom Amt gesetzte Frist war 3 Wochen zur Prüfung - nach Beibringung aller notwendigen Unterlagen. Letzteres erfolgte am 9. August 2022 nach Vorliegen des Bodengutachtens. Drei Wochen später wäre der 30. August 2022 gewesen. Stattdessen lag das Ergebnis am 14. April 2023 vor, also um 227 Tage oder 7 Monate 15 Tage verspätet.

Davon geht ungefähr die Hälfte auf das Konto der zusätzlichen Schleife wegen der veralteten Normen und die andere Hälfte auf Nicht-Einhaltung von Terminen der Beteiligten.

Dazu kommen dann Kollateralschaden: 

• Der Elektriker der bisher meine PV und Batterien installiert hat ist verschollen / meldet sich nicht mehr. War ihm von Flensburg vermutlich zu weit, hätte er aber auch einfach mal sagen können als wir das Projekt Kleinwindanlage besprochen haben. Glücklicherweise habe ich einen neuen lokalen Elektromeister gefunden und beauftragt. Der hat dann auch kurzfristig die Einspeisezusage beantragt - was eigentlich schon vor einem halben Jahr hätte geschehen sollen... Mitte November kam dann auch die wichtige Zusage der Einspeisung zusätzlicher 7.5kW vom Versorger SH Netz.
• Als die neue Maststatik Ende Februar angekommen ist, hatte ich eine Status-Mail an alle beteiligten Handwerker und Lieferanten geschickt - damit jeder weiß wo der Prozess steht und seine Planung daran ausrichten kann. Antwort des beauftragten Bauunternehmers und Bauleiters war, dass er nicht damit gerechnet hätte, dass das Projekt noch laufen würde und er jetzt keine Zeit mehr hätte. Die Wahrheit ist, dass ich ihn ständig auf dem Laufenden gehalten hatte. Aber so ist das - der Amerikaner sagt "time kills deals". Gut, dass mein Tiefbauer die Aufgaben jetzt vollständig übernommen hat und da auch deutlich engagierter ist.
• Auch von Braun kam eine Antwort auf meine Status-Mail. Die Aussage im Wesentlichen: langsam, es gibt ohnehin Lieferschwierigkeiten. Nachdem Braun Aufträge grundsätzlich erst bei Abschluss aller Vorarbeiten (also Abschluss Prüfstatik) annimmt, habe ich von ihm mittlerweile drei jeweils aktualisierte Angebote. Selbstverständlich jeweils mit Preissteigerungen wegen mittlerweile höherer Einkaufspreise. Der Schaden ist also nicht nur die vergangene Zeit, sondern auch (nicht wenig) Geld.

Eine vollständige Analyse was wieviel (unnötige) Zeit kostete und wer die Unterstützer und wer die Verhinderer der Energiewende per Kleinwindanlage sind werde ich in einem extra Artikel aufarbeiten.

Jetzt aber erst mal "Glück auf!" bei den kommenden Tiefbauarbeiten. :-)

Zurück zur Hauptseite.

Tiefbauarbeiten (Teil 1)

Details

Published: 06 June 2023

Seit dem 23. Mai wird nun endlich an der Kleinwindanlage gebaut - oder besser gesagt "gebuddelt". Hier stehen einer kleiner und ein mittelgrosser Bagger (6t) die an der Fundament-Gründung und dem Kabelkanal zum Haus arbeiten. Dazu fahren regelmässig LKW und es stehen mehrere Stampfer und Rütteler herum. Das ist nach der langen Wartezeit wirklich schön.

Ich beschreibe die Tiefbauarbeiten in zwei Teilen - das entspricht auch der Arbeitsstruktur im Zeitverlauf. In diesem ersten Teil geht es um die Gründung des Fundaments - also das was als Zusatzaufwand nach dem Bodengutachten erforderlich wurde - und die Verlegung der Kabel vom Bauplatz zum Haus. Im zweiten Teil wird es dann um das Betonfundament und dessen Aufbau gehen.

Das Bodengutachten hatte ja ergeben, dass von 1,10 m bis 2,10 m Tiefe "weicher Beckschluff" gefunden wurde. Nachdem dieser als nicht tragfähig bewertet wurde, gab es die Auflage das Betonfundament auf eine zusätzliche Gründung von einem Meter aufzubauen. Auch bei dem Referenzkunden an der Westküste mit dem ich seit Einreichung des Bauantrags im Kontakt bin, war eine zusätzliche Gründung notwendig. Das scheint also keine Ausnahme zu sein, muss also in der Planung und im Business Case berücksichtigt werden.

Der resultierende Aufbau ist in der Abbildung (bitte die Detailansicht auswählen) gezeigt. Im ersten Schritt wird statt des 3 x 3 x 1 Meter Raums für das Betonfundament eine Grube der Größe 5 x 5 x 2,10 Meter ausgehoben. Der Abraum wird zunächst seitlich gelagert und später entweder zur Wiederbefüllung rund um das Fundament oder für eine leichte Böschung rund um das Fundament genutzt. Es bleibt dennoch eine Menge an Material über. Dieses kann man entweder irgendwo verbauen oder man transportiert es ab. Nachdem es sich bei uns um ein ziemlich lehmiges Zeug handelt und wir aktuell auch keinen Bedarf als Baustoff haben, haben wir uns für Abtransport entschieden. Das sind dann natürlich wieder Zusatzkosten.

In die Grube wird nun schichtweise Füllsand eingebracht und mit einem Rüttler verdichtet. Gegen die Rüttler sind Bagger übrigens flüsterleise. Damit der spätere Druck vom Fundament günstig abgestrahlt wird, wird der Füllsand seitlich in 45 Grad vom Grubenboden nach oben geführt. Nach Verfüllung der Seiten mit Aushub oder Füllsand wird die Gründung dann mit einer "Sauberkeitsschicht" aus Magerbeton abgeschlossen. Diese dient dann dem Betonbauer als Basis für das eigentliche Fundament (Teil 2). Bei uns wurde dieses Schicht über die gesamte Fläche von 5 x 5 Metern gelegt. Diese Sauberkeitsschicht wird anders als alles andere bisher auch exakt mit Wasserwaage in Waage gebracht.

Der Kabelkanal wird mit einer schmalen Schaufel von der Baugrube bis zum Haus bzw. Stall gegraben. Die Kabel liegen auf ca. 60 cm Tiefe und werden in Sand gebettet. Das vermeidet Schäden am Kabel die z. B. entstehen, wenn Steine gegen das Kabel gedrückt werden. Apropos Schäden: natürlich wurde bei den Arbeiten hier auch ein vorhandenes Elektrokabel erwischt... Der Elektriker sollte also während der Bauarbeiten auf Standby sein.

Die Kabel sind in unserem Fall ein ziemlich dickes 5 adriges (4 hätten auch gereicht) Stromkabel mit Querschnitt 10 mm² und eine CAT 7 Steuerleitung für den Windsensor. Wir haben uns bei der Verlegung gegen eine Variante mit Leerrohr entschieden. Bei 150 Meter Kabellänge ist das ohnehin nicht mehr handhabbar, die Kabel sind also jeweils Erdkabel. Braun gibt für den Kabelquerschnitt unterschiedliche Werte je nach Länge des Kabels an. Mit 150 Metern habe wir einen sehr langen Weg - deshalb ist das Kabel so dick. Nur der Abschnitt durch das Fundament wird mit einem Leerrohr (in der Abbildung grün) ausgeführt - da kommt man später ja auf keinen Fall mehr dran. Die Kabel lassen wir aktuell 2,50 Meter überstehen, sie werden später vom Elektriker mit dem Kabeln im Mast verbunden.

Abschliessend werden die Kabel wieder mit Sand überdeckt, ein Trassenwarnband eingelegt (für spätere Bauarbeiten) und der Kanal mit dem Abraum aufgefüllt. Abschliessend wird der Kanal wieder verdichtet damit er später nicht absackt. 

Die Länge des Kabelkanals ist ein Kostenfaktor den man sich gut überlegen muss. Wir hatten die Anlage nach der Bauvoranfrage ja nochmal 50 Meter vom Haus weg verschoben. Das sind 50 Meter zusätzliche Kabel, ein größerer Querschnitt und natürlich zusätzliche Tiefbauarbeiten. Ich schätze 1000 EUR Mehrkosten.

Während der Kabelkanal bei uns den größten Teil unter einen Feldweg verläuft, ist das letzte Stück zum Stall gepflastert. Das Pflaster wird entsprechend zwischenzeitlich abgehoben und später dann wieder eingebaut. Das Kabel endet an der Stall-Mauer. Grundsätzlich kann man es unterhalb der Oberfläche durch die Wand führen oder - optisch weniger schick - oberhalb. Wir haben Zweiteres entschieden weil es ohnehin nur ein Stallgebäude ist und wir uns auch keine Feuchtigkeitsprobleme einhandelt wollten.

Zurück zur Hauptseite.

Tiefbauarbeiten (Teil 2)

Details

Published: 28 June 2023

Die Tiefbauarbeiten sind zügig abgelaufen - vom Abschluss der Baggerarbeiten bis Fertigstellung Fundament waren es drei Wochen. Natürlich wurde nicht an allen Tagen gearbeitet.

Auch bei der Herstellung des Fundaments gibt es wieder viel zu lernen.

Das Fundament wird auf die im letzten Artikel beschriebenen Sauberkeitsschicht aus Magerbeton aufgebaut. Es beginnt mit dem Aufbau der Bewehrung - also den Armierungseisen die in Verbindung mit dem Beton später sowohl die Gesamtstruktur stabilisieren, als auch die vom Mast eingebrachten Momente gezielt in den Beton einführen. Die Bewehrung ist Bestandteil der Statik. Alle Komponenten sowie ihre Anordnung zueinander sind hier genau beschrieben. Für die Herstellung der Bewehrung gibt es Spezialfirmen die die Eisen auf Basis der entsprechenden technischen Zeichnung herstellen. Für den Start der Fundament-Arbeiten sind neben den Eisen auch noch das Ankergestell von Braun bzw. dem SAW Mast notwendig.

Das Ankergestell besteht bei unserem 12m Kippmast aus 15 ca. 1 Meter langen Gewindestangen mit M30 Gewinden aus hochfestem Stahl. Diese Gewindestangen werden vertikal in das Fundament einbetoniert und tragen später sowohl das Gelenk zum Kippen des Mastes, also auch den Mast selbst. Damit die Anordnung genau stimmt, sind sie auf einer sehr robusten Schablone angeordnet die später entfernt wird.

Der Aufbau der Bewehrung war ein kniffliges Thema und hat die Betonbauer an vielen Stellen fluchen lassen. Ohne Video / Zeichnung schwer nachzuvollziehen, will ich die Aufbaureihenfolge für Leidensgenossen hier dennoch auflisten. Die Reihenfolge ist nicht vorgegeben, die Liste zeigt lediglich wie wir das gemacht haben.

1. Zunächst werden eine Reihe von Betonsteinen auf die Sauberkeitsschicht gelegt. Sie stellen sicher, dass die im folgenden darauf aufbauenden Armierungseisen später vollständig mit Beton umflossen werden und nicht korridieren. Generell müssen die Eisen immer mindestens eine 5 cm Betonhülle haben.
2. Es beginnt dann der Aufbau des unteren Korbs, bestehen aus 2 L-förmigen Rosten. Bei uns waren das leider 4 Stück, weil der Hersteller der Bewehrung die Arbeitsbreite von 2,8 Metern scheinbar nicht liefern konnte. Damit ist das alles nochmal komplexer und schwerer zu handhaben.
3. Rechtwinklig zu dem unteren Korb wird anschliessend eine Seite mit 2 U-förmigen Rosten von der Seite eingebaut (bei uns wieder 4 Stück).
4. Vor dem Schliessen des Würfels mit den restlichen U-förmigen Rosten von der anderen Seite, wurde nun die spezielle Bewehrungen zum Einleiten der Kräfte des Mastes in der Mitte des Würfels aufgebaut. Das sind 8 x 8 Profile die orthogonal zueinander stehen.
5. Nach einer teilweisen Fixierung dieser Profile wurde nun der zweite U-förmige Rost eingeschoben. Also auch wieder 4 Stück - das war schon richtig knifflig... Der Würfel ist damit geschlossen und man kommt nicht mehr an die inneren Komponenten. Nachdem das aber im weiteren Vorgehen notwendig ist, haben wir einen kleinen Eingang in die Seitenwand geflext. Der wurde in einem allerletzten Schritt dann mit einem extra Rost wieder verschlossen (s. u.).
6. Nun werden weitere 4 L-förmige Roste (bei uns 8) von oben aufgebracht - sie schliessen den Würfel dann ab.
7. Die ganze Konstruktion war nun in der Mitte zu hoch geraten - der Beton hätte im Bereich des Ankergestells die Bewehrung nicht hinreichend umschlossen. Einer der Betonbauer ist entsprechend durch den "Eingang" in den Korb geschlüpft und hat die inneren Profile "nach aussen" gebogen und damit Höhe weg genommen. Keine Arbeit für Bürokräfte...
8. Eine besondere Herausforderung ist nun der Einbau des Ankergestells. Hier müssen nicht nur die 15 Gewindestangen durch die diversen übereinander liegenden Roste geführt werden, es muss auch noch genau mittig sein. Ausserdem sind an der Unterseite des Gewindestangen massive Eisenklötze geschraubt, die ein Rutschen im Beton verhindern. Die sind fast so gross wir die Maschen eines Rosts, mit ca. 4 übereinander liegenden Matten eine unlösbare Aufgabe.
9. Die beiden Lösungsansätze die wir beide angewandt haben sind die folgenden: #1 Anstatt den kompletten Korb von oben einzuführen, haben wir die Gewindestangen aus der Schablone geschraubt, die Schablone oben mittig aufgelegt und dann die Stangen nacheinander von unten durch die Roste geführt. Auch hier wieder Nutzung unseres Eingangs und nichts für Schwächlinge... #2 Wenn das immer noch nicht geht, werden die Roste mit der Flex etwas ausgedünnt.
10. Im nächsten Schritt haben wir dann die Verschraubungen mit der Schablone wieder präzise abgelängt (#1). Das entfernte Material (#2) haben wir in Absprache mit dem Prüfstatiker durch zehn 1,5 Meter lange Stangen kompensiert. Die wurden dann einfach unter dem Ankerkorb durchgeschoben - 5 von der einen Seite und 5 orthogonal dazu.
11. Abschliessend wurde nun der Korb nochmal vermessen und nachjustiert - er sollte da in den 3 x 3 x 1 Meter Beton-Würfel passen und überall die 5 Zentimeter Abstand einhalten. Der Bau der Bewehrung hat mit 2 Betonbauern (und meiner Wenigkeit) eineinhalb Tage gedauert.

Bevor nun die für den Guss notwendige Verschalung erfolgte, haben wir noch das Leerrohr mit Kabeln unter dem Korb ein- und oben aus dem Ankerkorb herausgeführt. Weiterhin haben wir einen Erdungsdraht von 12 Meter länge um den Korb herum und zur späteren Erdung nach oben herausgeführt.

Der Bau der Verschalung ist dagegen ein einfaches Geschäft. Es wird eine Rundumverschalung aus massiven Elementen gebaut. Sie definiert die Gussform für den Flüssigbeton. Nachdem das ein recht massiver Klotz von ca. 26 Tonnen wird, kamen neben den massiven Wänden allerlei Verstrebungen zum Einsatz. Nachdem wir ohnehin ein 5 x 5 Meter Loch hatten, war es am einfachsten mit massiven Kanthölzern in Richtung des Erdreichs abzustützen.

Die Oberkante der Verschalung wird sehr präzise in Waage gebracht. Ausserdem wurde an der Oberkante ein 45 Grad Profil angebracht um später auch eine entsprechende Abflachung an der Betonkante zu haben.

Sobald die Wände stehen, werden zwei weitere Kanthölzer über den Korb gelegt. Sie werden genutzt um die Schablone des Ankerkorbs auf die korrekte Höhe über der Betonoberfläche zu bringen und diese waagerecht auszurichten. Wir haben hier im Wesentlichen Zurrgurte verwendet, ich habe aber auch schon oft Schraubzwingen gesehen. Bis zum Guss und während des Gusses haben ich das sicher noch 10 mal nachgemessen. :-)

An dieser Stelle besucht uns dann auch erstmals der Prüfstatiker (Bauaufsicht), er nimmt den Aufbau der Bewehrung und die Fundamentgröße ab.

In der Woche darauf dann der grosse Moment. Der LKW mit dem Flüssigbeton kommt pünktlich um 9h zur Baustelle. In Summe 9 Kubikmeter Beton der Klassifikation C 30/37 werden abwechselnd links und rechts über eine Rutsche eingefüllt. Parallel dazu wird mit einem Betonrüttler sicher gestellt, dass Luft entweicht und der Beton in jede Ecke fliesst. Auch die Lage des Ankergestells wird wieder regelmässig kontrolliert.

Die Oberfläche ist zunächst noch etwas uneben, das wird dann mit Kellen und Betonabziehern geglättet. Für mich grenzt es an ein Wunder, dass der Beton tatsächlich rundum genau auf Kantenhöhe der Verschalung endet, diese also in der Tat in komplett Waage war.

Die Betonbauer waren an diesem Tag um 7:30 da und um 11:30 wieder weg, das dauert also ca. 4 Stunden. Ich beschäftigen mich noch 24 Stunden mit einer leichten Wasser-Berieselung der Oberfläche. Es ist sehr heiss und das Berieseln verhindert Risse die beim Anbinden sonst auftreten können.

Drei Tage später wird die Verschalung entfernt, Nacharbeiten durchgeführt und die Baustelle leert sich ein wenig. In der Folgewoche wird dann noch das verbleibende Erdreich rund um das Fundament eingebaut und der Betonklotz mit einem sanften Böschungswinkel eingefasst. Abschliessend dann noch ein wenig Mutterboden oben drauf, damit hier auch bald wieder alles schön und grün aussieht.

Damit ist dann der Tiefbau abgeschlossen, ab hier gibt es nur noch den Elektriker und mich.

Zurück zur Hauptseite.

Montage

Details

Published: 10 August 2023

Nachdem nun Fundament und Kabel liegen, kann die Anlage im Prinzip gebaut werden. Braun hatte mir zuletzt Lieferung im August und den fehlenden Wechselrichter im Oktober avisiert.

Nachdem Letzteres arg spät ist, habe ich mich parallel auf die Suche nach Händlern mit Lagerbeständen gemacht. Viel Telefoniererei, am Ende aber dann zumindest ein Online Händler der mir Ende August einen Fimer Trio 7,5 zusagt. Wir werden sehen...

Im Juli meldet sich die Firma Braun. Die Anlage ist versandfertig und die Schlusszahlung steht an. Die Betriebsferien beginnen Anfang August und die Anlage geht vorher raus. Heissa. Die Spedition kündigt Lieferung am 27. Juli an.

Wie sich herausstellt, kommt die Lieferung auf einen 30 Tonnen Planenaufleger mit 17 Meter Länge. Schnell gegoogelt - das sind die großen Teile die man auf der Autobahn, keinesfalls aber hier auf unserer einspurigen Zufahrt zur Koppel sieht oder sehen wird. Das ist einfach zu gross. Gut, dass ich patente Nachbarn habe. Die beruhigen mich, dass man mit so einem Teil schon in die Nähe der Koppel käme, drauf geht aber nicht. Braun sagt mir, dass der Spediteur keine Abladevorrichtung dabei hat und das schwerste Teil 800 kg wiegt. Mein Traktor schafft am Frontlader ca. 400 kg, das reicht nicht. Glücklicherweise sagt mir mein Nachbar mit großem Schlepper Hilfe zu...

Es folgen ein paar Tag mit schlechtem Schlaf und Überlegungen wo man jetzt konkret abladen würde - Platz ist an der Strasse praktisch nirgends. Ist am Ende aber alles unnötig, der Spediteur erscheint am 27. direkt vor unserem Haus. Er gehört zu den hart gesottenen, hatte sich die letzten 5 Kilometer einspurige Fahrbahn aber schon Sorgen gemacht wie er später berichtet.

Wir laden dann wie folgt ab: auf der Ladefläche liegt der Mast inkl. Jütbaum, eine Palette mit allerlei Kisten und eine große längliche Pressspannkiste (Repeller). Nichts davon kann man einfach bewegen oder gar heben. Abgeladen wird seitlich, die Plane und einige Streben werden dazu weg genommen. Nachdem wir neben der Strasse nur eine Zufahrt von 5 Meter Breite haben, kommt ein Abladen mit zwei Schleppern vorne / hinten nicht in Frage. Wir entscheiden also den Mast mit dem grossen Schlepper meines Nachbarn mittig zu nehmen und balanciert aus dem LKW raus und auf den Seitenstreifen zu legen. Nachdem wir den Gurt fünf mal verschoben haben - um den Schwerpunkt zu finden - klappt das auch. Obwohl der Mast "nur" 12 Meter lang ist, ist er unglaublich massiv und schwer. Auf der Strasse liegend, nehme ich mit meinem kleinen Schlepper die Mastspitze auf und mein Nachbar den deutlich schweren Mastfuss. Also "Schlepper, Mast, Schlepper" die Koppel rauf. Das geht gut. Oben angekommen, setzen wir dann die Aufnahme am Mastfuss / Gelenkplatte auch direkt in die dafür vorgesehenen vier einbetonierten Gewindestangen und sichern das Teil mit Scheiben und Muttern. Für die Mastspitze hatte ich eine Woche vorher schon einen stabilen Bock aus Douglasie gebaut. Das Teil benötigt eine Bruchlast von ca. 500 kg weil auf diesem Ende später Maschinenträger, Generator, Repeller und Windfahne lasten. Auf den Bock lege ich nun die Mastspitze sanft ab. Dann noch die Paletten / Kisten mit der Palettengabel zur Baustelle fahren, den Fahrer verabschieden und erst mal durchatmen.

Nach einem kurzen Mittagessen dann wieder rauf zur Baustelle - was als Nächstes? Wir sind abenteuerlustig und wollen den Mast probeweise aufrichten. Eine Ex-Kollege ist gerade da und hilft mir. Zuerst also den Jütbaum anschrauben und das mitgelieferte Stahlseil zwischen Jütbaum und Mast fest-schäkeln. Das 20 Meter Zugseil aus Stahl vom Jütbaum zum Traktor hatte ich vorab schon geordert - das ist nicht in Brauns Paket. Der Schlepper hat einen echten Kriechgang, Allradantrieb rein und genau entgegen der Liegerichtung losgefahren... Das geht im Leerlauf rückelfrei und ganz wunderbar. Der Mast hebt sich langsam bis auf 45 Grad - und geht dann nicht mehr weiter. Von einem Referenzkunden vorgewarnt, gehe ich zunächst davon aus, dass es das bei den Kippmasten häufige Problem mit zu langen Gewinde ist: das Gewinde steht aus dem Betonfundament über der unteren Mutter und Scheibe 100 mm nach oben. Um den Mastfuss hier bei der Drehung um die Gelenkachse drüber zu bekommen, sind die Löcher im Mastfuss sogenannten Langlöcher. Wenn das nicht reicht, nimmt man mit dem Trennschleifer einige Zentimeter von der Gewindestange weg. Das Problem sind dabei zunächst immer die inneren Gewinde, also die direkt am Gelenk.

Wir analysieren das Problem ca. 3 Stunde. Rein optisch passt das nicht nur für die erste beiden Gewinde nicht - sondern auch für mindestens die zweiten beiden Gewinde. Mein Ex-Kollege meint, dass die Gewinde auch bei einem vertikalen Aufsetzen nicht ins Langloch gehen würden - was ist da los? Ich kontaktiere schon mal Braun, schliesslich ist er noch nicht im Betriebsurlaub. Der spricht mit dem Masthersteller. Nach ein paar Stunden ist klar, dass da ein Fehler vorliegt.

Ich mache es an dieser Stelle kurz weil es wohl auch keine anderen Kleinwindanlagen-Bauer mehr betreffen wird. Im Rahmen der Überarbeitung der Maststatik hatte der Masthersteller auch gleich eine Reihe von Änderungen an der Konstruktion des 12 Meter Kippmasts vorgenommen. Dazu zählten Änderungen am oberen und unteren Flansch des Mastes. Ich hatte das erste Modell der Version 2 bekommen - also Pilotbetrieb. Am Ende konnten wir das mit Hilfe eines lokalen Schlossers lösen. Der baute die Gelenkplatte nach Vorgaben des Mastherstellers kurzfristig um. Auch wenn ich mit meinen Nerven jetzt gegen Ende meiner Kleinwindanlagen-Odyssee schon etwas am Ende bin, haben sich Braun, der Masthersteller und sein Statiker sehr bemüht, das Problem innerhalb einer Woche zu beheben. Ein anschliessendes Probestellen lief dann auch völlig problemlos.

Der Zusammenbau von Mast, Geräteträger, Repeller, Windfahne, Ausleger für Windsensor(en) etc. ist i. W. Schrauberei. Allerdings mit grossen Schrauben. Neben den bei vielen Handwerkern vorhandenen Maulschlüssel und Ratschensatz mit gängigen Größen, benötigt man einen normalen Drehmomentschlüssel (15 Nm Minimum und 250 Nm Maximum für oberen Flansch). Die Schrauben am Mastfuss werden mit sagenhaften 1440 Nm angezogen, dafür muss man sich einen 2000 Nm Drehmoment-Schlüssel ausleihen oder anschaffen. Ich habe einen gebrauchten für 500 EUR auf eBay geschossen, schliesslich gehört die Kontrolle des Mastfusses zu den jährlichen Wartungsaufgaben. Für den braucht man dann auch eine 46 mm Nuss in Langform.

So etwas wie ein Schlepper mit Frontlader ist überaus hilfreich - wenn nicht sogar notwendig. Sonst artet das Anbringen des Maschinenträgers, Generators und der Windfahne zu Schwerstarbeit aus. Kann man auch mit mehreren Mann / Frau machen, alleine aber auf keinen Fall.  

Wichtig: die großen Schrauben müssen vor dem Anziehen mit MoS2 Schmierstoff behandelt werden - ansonsten bräuchte man noch deutlich höhere Anzugsmomente. 

Die Montage habe ich weitestgehend selbst gemacht. Ich hatte an diversen Stellen Hilfe von Nachbarn und Freunden. Je Handwerker, je besser. Wenn man sich sonst nur mit haushaltüblichen Handwerksarbeiten beschäftigt, ist das alles schon sehr aufregend. Die Dimensionen sind einfach gross. Grundsätzlich geht das aber alles gut - man kann ja einen Schritt nach dem anderen gehen.

Der Mast liegt jetzt fertig auf der Koppel und wartet aufs Richtfest. Voraussetzung ist, dass der Generator verkabelt und kurzgeschlossen ist. Aus diesem Grunde habe ich die Elektrik bis Schnittstelle Wechselrichter parallel aufgebaut. Die Verdrahtung im Mast beschreibe ich zusammen mit der kompletten Elektrik in einem separaten Beitrag, da kommen noch eine Reihe von zusätzlichen Teilen und Werkzeugen dazu. Der Generator muss kurzgeschlossen sein damit er sich nicht dreht. Durch den Kurzschluss ist der Widerstand der Drehung extrem gross.

Zurück zur Hauptseite.

Elektroinstallation (anlagenseitig)

Details

Published: 04 September 2023

Die Elektroinstallation hatte ich schon im ersten Artikel zur Elektroinstallation grob skizziert, zeitlich gehört der anlageseitige Teil zur Montage des Mastes. Wie sich die Installation konkret gestaltet, beschreibe ich nun - etwas verspätet - hier.

Ich möchte die Elektroinstallation in zwei Bereich trennen: die anlageseitige Installation vom Generator auf der Mastspitze bis zu einem Wechselrichter und die vom Wechselrichter ins Haus- und Niederspannungsnetz. Der anlagenseitige Teil ist der Teil der bei der Windkraft speziell ist. Der Teil ab Wechselrichter ist weitestgehend identisch zur Photovoltaik bzw. allgemeine Hausinstallation.

Der anlagenseitige Teil besteht aus den folgenden Komponenten:

• der vom Repeller angetriebene Generator
• die elektrische Leitung vom Generator zur Anlagensteuerung
• die Anlagensteuerung mit Sicherheitsmechanismen
• die Transformation des erzeugten Stroms zu ein- oder dreiphasiger Niederspannung im Hausnetz 

In unserem Fall wird ein Solarwechselrichter für die Einspeisung der Windenergie ins Hausnetz genutzt. Nachdem Solarwechselrichter und Windwechselrichter sich in mehreren Aspekten grundlegend unterscheiden, erfordert der Einsatz des Solarwechselrichters diverse Zusatzkomponenten.

Fangen wir mit der Funktionsweise eines Windwechselrichters an: der bekommt bei unserer Anlage vom Generator Wechselstrom im Spannungsbereich zwischen 0 und 600 Volt als dreiphasigen Drehstrom. Bei Anlaufen der Anlage ist die Spannung niedrig, bei hohen Windgeschwindigkeiten hoch. Die Leistung beträgt dabei bis zu 7500 W. Zur Erinnerung: Leistung (W) = Spannung (V) * Strom (A). Der Wechselrichter hat nun die Aufgabe diese Eingangsleistung auf das Spannungsniveau und Frequenz des Hausnetzes zu transformieren, bei dieser Leistungsklasse drei Phasen mit ca. 230 V und 50 Hz. Letzteres tut der Solarwechselrichter auch, der bekommt die Leistung von den Solarpanels / Generatoren allerdings in Gleichspannung.

Die nächste Aufgabe des Windwechselrichters ist ein Sicherheits-Feature: bei starkem Wind können zu hohe Drehzahlen des Repellers auftreten die den Generator zerstören können. Der Generator muss in solchen Situation also abgebremst werden. Elektrisch macht man das bei Generatoren über einen Bremswiderstand: dieser Widerstand ist niedrigohmig. Wenn er generatorseitig eingeschleift wird, fliesst ein höherer Strom als der den der Wechselrichter aufnehmen würde. Nach Lenz wirkt induktiver Strom entgegen des Magnetfeldes im Generator und bremst diesen ab. Das ist identisch zu dem Prinzip mit dem e-Autos über den Motor abgebremst werden. Bei denen wird die Leistung allerdings nicht im Bremswiderstand in Wärme umgewandelt, sondern in die Batterie geladen (rekuperiert). Ein Windwechselrichter muss also eine zu hohe Drehzahl erkennen (Windgeschwindigkeit, Spannung) und rechtzeitig den Bremswiderstand einschleifen.

Der letzte grosse Unterschied zwischen einem Wind- und einem Solarwechselrichter ist die Steuerung der Leistung. Solarwechselrichter kommen mit einem oder mehreren sogenannten MPP-Trackern. MPP steht für Maximum Power Point. Auch der Solarwechselrichter erhält von den Solarpanelen zunächst eine gewisse (hohe) Leerlaufspannung. Sobald er nun Strom abnimmt, fällt die Spannung der Solarpanele ab. Die Regel ist hier "abgenommener Strom (A) hoch = Spannung (V) fällt ab". Wie oben geschrieben, ist die Leistung Spannung mal Strom. Der Wechselrichter soll die Kombination aus V und A maximieren, also den MPP finden. Vereinfacht gesagt, fährt er die Stromabnahme hoch bis die Spannung so weit einbricht, das die resultierende Leistung (W=V*A) nicht mehr optimal ist. In Realität ist es komplizierter, Stichwort Schattenmanagement. Was würde nun passieren, wenn man die Wechselspannung des Windgenerators gleich richtet und in einen Solarwechselrichter schieben würde? Der Solarwechselrichter würde den Strom hochfahren und damit den Repeller abbremsen. Konkret würde er ihn zu weit hoch fahren und der Repeller würde den Schwung verlieren. Alles analog zum Bremswiderstand. Will man einen Solarwechselrichter für eine Windgenerator nutzen, muss die MPP Steuerung durch eine für den Windgenerator günstige Kennlinie ersetzt werden. Es ist ein Eingriff in die Leistungssteuerung des Wechselrichters notwendig.

Leider sind Windwechselrichter ebenso ein Nischenthema wie Kleinwindanlagen im Allgemeinen. Ursprünglich war für unsere Anlage ein Smart!wind 7.5 geplant - ein echter Windwechselrichter mit den diskutierten Features. Der ist aber aus der Produktion gegangen und in der Leistungsklasse von 7.5 kW gibt es aktuell einfach keine Lösung.

Das ist der Grund, warum die 7.5er Anlage von Braun aktuell mit einem Solarwechselrichter betrieben wird. Entsprechend der Diskussion benötigt man einen grossen Kasten mit diskret aufgebauter Elektrik und Elektronik als Anlagensteuerung. Hinter dem Eingang vom Generator gibt es zunächst einen Kurzschlussschalter. Solange die Anlage sich nicht dreht (0 Volt), können damit die drei Phasen kurzgeschlossen werden. Im Resultat ist der Generator und damit der Repeller quasi blockiert (siehe "Lenz" weiter oben). Dies war auch die Minimalvoraussetzung beim Richtfest: nachdem die Elektrik noch nicht fertig ist, musste zumindest die Verbindung vom Generator bis zum Kurzschlussschalter aufgebaut und kurzgeschlossen sein. Danach folgt eine manuelle und automatische Einschaltmöglichkeit für den Bremswiderstand. Sowohl die Anlagensteuerung kann den Bremswiderstand programmgesteuert einschleifen als auch der Betreiber kann einen Schalter umlegen um die laufende Anlage abzubremsen. Das macht man z. B. um die Anlage anschliessend mit dem Kurzschlussschalter komplett zu blockieren. Die nächste Komponente ist dann ein Gleichrichter, der aus dem vom Generator gelieferten Wechselstrom Gleichstrom macht. Dieser Gleichstrom geht dann in die entsprechenden String-Anschlüsse des Wechselrichters. Das Monitoring der Anlage erfolgt über eine Logikeinheit, diese schleift wie oben geschrieben den Bremswiderstand automatisch ein wenn die Drehzahl zu hoch wird. Zuletzt gibt es eine Einheit, die die Kennliniensteuerung des Wechselrichters übernimmt. Die Kommunikation läuft hier über eine serielle RS485 Leitung.

Alles ab Wechselrichter beschreibe ich in einem separaten Artikel. Was noch fehlt ist der Strang von Generator bis Anlagensteuerung. Das dicke Kabel vom Mast zum Stall hatte ich bei den Artikeln zum Tiefbau schon beschrieben, ebenso die mehradrige Steuerleitung. Im Rahmen der Montage werden zunächst die Senorkabel von den (bei uns) beiden Windmessern durch den Mast gezogen. Der Mast kommt bei der Auslieferung mit einer Sorgeleine die ganz oben und ganz unten fixiert ist. Die Verbindung vom Generator zum Mastfuss realisiert man über Solarkabel. Die Kabel liegen im Mast und werden durch vollständige Drehungen ggf. verdrillt. Nachdem Solarkabel immer eine sehr gute und dicke Isolation haben, sind sie für diese Verbindung am besten geeignet. Die beiden Sensorleitungen schiebt man von den Öffnungen auf ca. 9 Meter Höhe erst mal nach oben, verbindet sie hier mit den drei Solarkabeln und zieht sie dann gemeinsam mit der Sorgeleine durch. Die drei Solarkabel werden in einem wasserdichten Anschlusskasten am Generator fest geschraubt. Ein Nulleiter / Sternpunkt ist wegen der symmetrischen Spannung auf allen drei Phasen nicht notwendig. Die Erdung erfolgt direkt über den Mast. Wir haben also Solarkabel 50 Meter mit 6 mm² Querschnitt besorgt. Dicker wird bei der Durchführung schwierig, dünner wollte ich nicht (schliesslich haben wir als Erdkabel 10 mm² spendiert). Abschliessend werden Solarkabel und die Sensorkabel mit geeigneten Zugentlastungen fixiert. Da soll nichts scheuern.

Am Mastfuss haben wir jetzt die Erdkabel von unten und die Solar und Sensorleitungen von oben. Der Mast hat auf ca. 2 m Höhe eine Sorgeklappe. Hier kann man später jederzeit dran um z. B. einmal jährlich die Solarkabel zu entdrillen. Die Verbindung erfolgt auf dieser Höhe mit 32 A CEE Stecker / Kupplung (die roten), die Sensorleitungen (in Summe 6 Litzen) habe ich in einer Verteilerbox wasserdicht verbunden.

Damit ist der anlagenseitige Aufbau abgeschlossen. Ein paar Tipps gibt es aber noch:

• die Solarkabel wie alles Anschlussmaterial kommen nicht von Braun, da braucht man eine extra Einkaufsliste
• der Einbau einer 5 adrigen (zwei Reserve) 10 mm² Leitung ist eine Zumutung, das Kabel ist schon ganz schön dick und schwer zu verlegen; die meisten Anlagenbauer werden hier aber ohnehin 6 mm² verwenden können weil sie nicht wie wir eine 170 Meter lange Leitung verlegen
• die Anlagensteuerung ist in einem grossen Schaltschrank, der ist auch brutal schwer; muss man zu Zweit aufhängen
• mit hinreichendem Verständnis von Elektrik kann man diesen Teil gut selbst machen und damit ein wenig Kosten sparen
• abschliessend muss ein Elektriker das alles kontrollieren / abnehmen; ausserdem ist gemäß Inbetriebnahme-Protokoll die Erdung und die Isolation der Phasen zu messen
• die Wechselrichter-Situation für diese Leistungsklasse scheint prekär zu sein; kein Angebot an Windwechselrichtern in dieser Leistungsklasse und auch das Angebot an Solarwechselrichtern, deren Kennlinie von aussen änderbar ist, ist minimal

Zurück zur Hauptseite.

Mast aufstellen - das Richtfest

Details

Published: 17 August 2023

Nachdem der Mast nun komplett montiert ist und auch die Elektrik anlagenseitig (also alles bis Wechselrichter) angeschlossen ist, kann das Richtfest stattfinden. Der Elektroanschluss ist hierbei notwendig, da der Generator ohne Last nicht betrieben werden und deshalb blockieren soll. Das erreicht man sanft über den Bremswiderstand oder direkt über einen Kurzschluss der Generatorphasen. Beides führt zu einem hohen Widerstand beim Drehen des Generators. Um die Bremswirkung vorab zu prüfen, dreht man die Repeller während der Mast liegt. Ohne Kurzschluss läuft der Generator ganz leicht. Mit Kurzschluss spürt man eine leichten Widerstand beim Andrehen. Der Widerstand steigt wegen der Induktion in den Spulen mit der Umdrehungsgeschwindigkeit.

Um die Lasten beim Stellen und Legen zu prüfen, machen wir eine Generalprobe. Die auftretenden Kräfte sind mit jetzt aufgebauten Geräteträger, Windfahne und Generator dramatisch höher als beim letzten Test: während die Mastspitze mit Mast flach liegend vorher ein Gewicht von ca. 200 kg zeigt, sind es mit den Aufbauten 500-600 kg. Wie sich zeigt ist das Anheben des Mastes über den Jütbaum mit unseren 47 PS Allrad-Schlepper dennoch kein Problem. Ein Problem ist allerdings das Abbremsen der Bewegung und das sanfte Wiederablegen: erstens sind die Bremsen des Schleppers nicht wirklich gut und zweitens hat man beim Auskuppeln und Wechsel von Gas auf Bremse kurz keinen Kraftschluss. Die kurze Zeit nutzt der Mast um Fahrt nach unten aufzunehmen. Das ist dann kaum abzubremsen. So ähnlich wie Anfahren am Berg - aber anders herum. Der Bock kann das bei 30 cm Höhe locker ab, einen Plan für das zukünftige Umlegen zur Wartung habe ich aber noch nicht. Für das Richtfest nehme ich mir auf jeden Fall vor sanft an und dann konstant weiter zu fahren. Auf keinen Fall stoppen bevor der Mast nach nahezu senkrecht steht...

Den ersten Termin um 16h schieben wir um 2 Stunden - dann ist der Wind weg. Viel ist es ohnehin nicht, das muss beim Stellen aber auch so sein. Eingeladen haben wir unseren Nachbarn, die mitwirkenden Handwerker und ein paar Freunde. Alle bis auf zwei Helfer halten sich beim Stellen 25 Meter entfernt. Der Mast ist während des Aufstellens extrem instabil. Lediglich auf zwei M20 Schrauben (Gelenke) gelagert, ist die Seitenführung sehr schwach. Ich stelle den Mast wie geplant in einem Zug auf. Ganz oben kippt er dann über das Gelenk auf den Mastfuss und wackelt grauselig. Nach kurzer Zeit ist Ruhe und die beiden Helfer drehen schnell die 11 Muttern am Mastfuss handfest. Geschafft - und mir fällt ein Stein vom Herzen...

Ein Video der kritischen Minute: https://youtu.be/hUSy799MtIs

Mit MoS2 abgeschmiert, werden die 11 Muttern anschliessend mit unserem Riesen-Drehmomentschlüssel kreuzweise mit den vorgeschriebenen 1440 Nm angezogen. Das ist trotz des 2 Meter Hebels Schwerstarbeit. Am nächsten Tag wiederholen wir das nochmal - die Verschraubung setzt sich anfangs.

Abschliessend (und nach einer kleinen Feier) wird nun der Abstand zwischen Fundament und Mastfuss mit Füllmörtel vergossen. Die bereits ausgerichteten unteren Muttern werden damit final fixiert. Ausserdem nimmt der Füllmörtel anschliessend einen grossen Teil der vom Mast eingeleiteten Kräfte auf: die gesamte Mastfussfläche ist nun mit dem Fundament verbunden und nicht nur über die Gewindestangen. Damit der Mast nicht am Füllmörtel klebt, haben wir ihn vorher mit Vaseline eingestrichen. Man braucht da ca. 200 Gramm. 

Bis zum Start des Betriebs fehlen jetzt immer noch der Wechselrichter und der Netzbetreiber wird noch einen zweiten Zähler setzen. Mein Bauleiter wird nach "Abnahme" durch den Prüfstatiker / die Bauaufsicht in der kommenden Woche dann auch die Fertigstellung ans Amt melden. Der zertifizierte Samen für die Blühwiese (Ausgleichsmassnahme Umweltschutzbehörde) ist auch angekommen, die Wiese wird jetzt auch angelegt.

Zurück zur Hauptseite.

Prüfstatik (Epilog)

Details

Published: 04 September 2023

Der vom Amt eingesetzte Prüfstatiker hat nun die Anlage final begutachtet und die Mitteilung zur Inbetriebnahme ist ans Amt gegangen. Die Seite ist also abgeschlossen.

Ich habe keine Ahnung ob das Thema Prüfstatiker immer so unerträglich oder so einfach normal ist.

Es ging damit los, dass er die vom Amt gesetzten Termine weder bei der ursprünglichen Prüfung, noch bei der Prüfung der neuen Statik eingehalten hat. Die Kommunikation war unter aller Kanone. Anschreiben an den Prüfstatiker persönlich wurden nie beantwortet. Der ausführende Sachbearbeiter hat zwar reagiert, war aber am Ende immer zu spät. Ob die Ablehnung der Prüfung der ersten Statik eine Ermessensfrage ist oder nicht kann ich nicht beurteilen. Nachdem der Mast und die Statik schon etliche Male geprüft wurden, vermute ich, dass die Prüfung einfach sehr formal getrieben war.

Im Prüfbericht wurde die Einhaltung der DIN EN 1090-2 Stahlbau - Ausführungsklasse EXC 2 durch den Masthersteller, also auch die Einhaltung der DIN EN 13670 (2011-03) des ausführenden Tiefbauers gefordert. Die entsprechenden Zertifikate hat er sich dann zur Abnahme auch tatsächlich vorlegen lassen. Beim Beton war gemäss Maststatik Festigkeit C30/37 gefordert. Im Lieferschein des Beton stand das auch drin, der Prüfstatiker hat aber dennoch zusätzlich eine Bestätigung einer unabhängigen Überwachungsstelle der Überwachungsklasse 2 eingefordert. Auch die konnte beschafft werden, nachdem das aber selten angefragt wird hat das wieder extra gedauert.

Für mich ist das maximale Misstrauenskultur. Und es steht ja auch weder ein Kindergarten noch das Kanzleramt neben dem Mast, welche diesen extremen Formalismus vielleicht rechtfertigen würde.

Und bevor ich es vergesse: viel teurer als geplant war der Prüfstatiker sowie seine Aktivitäten als "Bauaufsicht" auch noch.

Mein Resüme: in Bundesländern mit Liberalisierung der Statikprüfung auf jeden Fall selbst einen Statiker beauftragen. Der Statiker gehörte hier ganz eindeutig zu den Verhinderern solcher Bauvorhaben.

Gut, dass das vorbei ist.

Zurück zur Hauptseite.

Elektroinstallation (AC-seitig)

Details

Published: 22 September 2023

Wie im Artikel Elektroinstallation (anlagenseitig) bereits eingeführt, kümmert sich bei dieser Kleinwindanlage ein Solarwechselrichter um die Bereitstellung des erzeugten Stroms im Hausnetz sowie um die Einspeisung dessen, was weder im Haus verbraucht, noch gespeichert werden kann.

Um nun diesen AC-seitigen Teil zu realisieren war ein ABB / Fimer Trio 7.5 gefragt. Das ist ein schon seit einigen Jahren im Markt verfügbares und erprobtes Gerät. Leider gestaltete sich die Beschaffung auch hier wieder schwierig. Wie bei vielen Wechselrichtern gab es Lieferprobleme - hier allerdings in einer verschärften Form. Die Firma Fimer (an die das Wechselrichtergeschäft von ABB verkauft wurde) kämpft nämlich aktuell mit der Insolvenz - entsprechend dürfte die Produktion mindestens gehemmt - wenn nicht zeitweise komplett zum Erliegen gekommen sein. Wie man als Hersteller von Wechselrichtern in der aktuellen Marktlage insolvent gehen kann ist mir schleierhaft, aber so ist es nun mal... Nachdem Braun mir bereits bei Bestellung der Kleinwindanlage einen Liefertermin im November genannt hatte, habe ich mich parallel auf die Suche nach Restbeständen und anderen Lieferanten gemacht. Nach einer umfangreichen Suche nach Lagerbeständen, habe ich ein Neugerät bei einem Online Händler geordert. Liefertermin laut dessen Website in 2-3 Werktagen, auf Nachfrage dann Ende August. Auf Nachfrage Ende August dann Mitte / Ende September. O.k...

Parallel dazu hatte ich sowohl auf eBay als auch auf Kleinanzeigen Suchen gespeichert. Das ist eine tolle Sache - jedesmal wenn etwas neu eingestellt wird, was den Suchkriterien entspricht, bekommt man eine Nachricht. Am 2. September macht es abends "Ping" und ich sehe ein Angebot für 250 EUR. Ein 3 Jahre alter Gebrauchter. Noch am gleichen Abend den Verkäufer kontaktiert und für 250 EUR plus Porto handelseinig geworden. Ganz unkompliziert war auch das am Ende nicht. Das Gerät war von Enpal (einem PV Vermieter) nachträglich beim Verkäufer gegen einen Hybridwechselrichter inkl. Speicher gewechselt worden und jetzt ohne Verwendung. Das Gerät war von Enpal leider "gelockt" und musste erst wieder frei gegeben werden. Der Enpal Support war da nicht hilfreich, aber so ein Problem löst man heute über Foren und Facebook-Gruppen. ;-) Am Ende also alles gut, ein sehr schönes - und wie sich herausstellte - voll funktionsfähige Gerät.

Der Wechselrichter ging jetzt zunächst an Braun - der hat ihn konfiguriert und eine fehlende Schnittstellenkarte nachgerüstet. Dann per Spedition zu mir.

Die meisten Bauherren von Kleinwindanlagen haben bereits eine PV Anlage auf dem Dach - so auch hier. Wie in einem vorhergehenden Artikel bereits erwähnt, führt das zu einem komplexen Messkonzept des Netzbetreibers: hier speisen ja nun abwechselnd oder gleichzeitig PV und Wind Wechselrichter Strom ins öffentliche Netz. Und dafür gibt es unterschiedliche Einspeisevergütungen. Der Netzbetreiber fordert also zwei Zähler um die Einspeisung messen und verrechnen zu können. Mein Angebot, statt einmal 7 ct und einmal 9 ct für die kWh zu erhalten, einfach immer die 7 ct zu nehmen, wurde leider nicht akzeptiert. Begründung: damit wäre der Energiemix (unterschiedliche Quellen Sonne und Wind) statistisch nicht mehr erfassbar. Man könnte das natürlich einfach anhand der Anlagengröße (23 kWp vs. 7.5 kWp) pauschalieren - das wäre aber zu einfach.

Im Resultat lief es also auf das Messkonzept D der SH Netz AG hinaus. Zwei Zähler in Kaskadenschaltung. Einer misst am Hausanschluss die Einspeisung der Summe aus Wind und Sonne, der andere misst nur die Einspeisung aus PV. Aus der Differenz bekommt man dann auch die Einspeisung Wind heraus. Im Ergebnis hat das eine Reihe von Konsequenzen: etliche Diskussionen zur Verkabelung mit dem Elektriker, dauerhaft ein zweiter Zähler mit entsprechender Zählermiete, der zusätzliche Zähler muss von SH Netz gesetzt werden, und eine deutlich kompliziertere Verkabelung im Haus...

Das Messkonzept erfordert, dass der Strom aus der Windkraftanlage erst mal zum Hausanschluss geführt werden muss und von dort entweder ins Haus "zurück" fließt oder eingespeist wird. Also ein dediziertes Kabel vom Wechselrichter im Stall zum Haupthaus. Jetzt lag da noch ein 5 x 1.5 mm² Reserve-Erdkabel, das für eine Maximalleistung von 7.5 kW und ca. 50 Meter Leitungslänge auch gerade noch ausreichend wäre. Schön gedacht, geht aber nicht. In der Beschreibung des Wechselrichters sind die Kabelquerschnitte je nach Abstand zum Hausanschluss vorgegeben. Durch die höhere Impedanz dünnerer Kabel arbeitet sonst der Wechselrichter nicht zuverlässig... Da steht nun also bei bis zu 60 Metern die Anforderung an das Kabel mit 5 x 6 mm². Im Ergebnis wieder 300 EUR Materialkosten und einen Tag buddeln mit Freunden. Dieses mal allerdings nicht mit dem Bagger, sondern per Plaster aufheben, graben, Kabel in Sand rein, zuschütten, Plaster wieder drauf.

Die Integration des Wechselrichters mit dem Braunschen Schaltschrank (Solarkabel und RS485 Steuerleitung) und den Anschluss des AC Kabels im Stall habe ich wieder selbst gemacht und dann vom Elektriker kontrollieren lassen. Den neuen Schaltschrank und die Verkabelung im Haus hat der Elektriker dann direkt gemacht, hier waren das ca. eineinhalb Mann-Tage Aufwand.

Auch wenn der neue Zähler noch nicht gesetzt ist, so ist jetzt im Prinzip alles einsatzbereit und kann getestet werden! 

Zurück zur Hauptseite.

Testbetrieb

Details

Published: 23 September 2023

Alles für die Stromernte notwendige ist nun also angeschlossen. Es nähert sich der grosse Moment.

Der Schaltschrank steht schon ein paar Tage unter Strom, der Generator ist kurzgeschlossen und die Bremse steht auf Automatik. Der Propeller ist durch den Kurzschluss also blockiert und dreht trotz 3 - 4 Beaufort nicht. Als nächstes den Wechselrichter zuschalten, also die AC-Seite im neuen Zählerschrank einschalten. Der Wechselrichter fährt hoch und führt ein paar Tests durch. Die Konfiguration hat ja Braun schon durchgeführt. Wichtig: oben rechts steht RS485, d. h. die Steuerleitung von Schaltschrank zum Wechselrichter kommuniziert. Das MPP Symbol erscheint nicht, die Solar-Steuerung ist also inaktiv. Alles gut. Unser Trio ist einer mit einem DC Schalter (also Eingang vom Schaltschrank), auch der wird umgelegt. Der Trio zeigt 0 Volt an. Logisch.

Damit kann es los gehen. Der grosse Generator-Schalter am Schaltschrank wird umgelegt. Eine IP-Cam hatte ich installiert, ich kann also die Anlage vom Stall aus am Smartphone sehen. Ganz langsam fängt der Propeller an zu drehen. Solange die Strömung noch um die einzelnen Propeller herum fliesst, die Propeller durch eine schnelle Bewegung also nicht den ganzen Bereich überstreichen, ist die übertragene Energie gering. Braun nennt das "Stall", also das was beim Flugzeug passiert wenn die laminare Strömung um die Flügel abbricht und damit der Auftrieb verloren geht. Anfangs läuft der Generator noch komplett frei. Die Spannung steigt zwar, es wird aber noch kein Strom abgenommen. Würde man direkt Strom abnehmen, würde der Generator sofort wieder einen grossen Widerstand entwickeln und die Anlage käme zum Stillstand. Bei ca. 120 V hört man ein Klacken - der Schaltschrank hat den Ausgang zum Wechselrichter durchgeschaltet. Am Wechselrichter erscheint jetzt DC-seitig die Generatorspannung. Ab ca. 150 V ist die Strömung laminar und der frei drehende Propeller läuft deutlich schneller, die Spannung steigt auf 400 - 500 Volt. Der Wechselrichter ist immer noch bei der Prüfung des AC-seitigen Netzes - Netzfrequenz, Spannung etc. Das dauert ca. eine Minute. Nachdem der Generator immer noch nicht belastet ist, ist die Spannung ca. 500 V und die Bremse wird regelmässig kurz zugeschaltet - Schutz vor Überspannung. Irgendwann ist der Wechselrichter fertig mit der Netzprüfung, die Leistungsanzeige steigt, der Wechselrichter speist also AC-seitig Strom ein. Das gesamte Hochlaufen hat ca. 4 Minuten gedauert. 

Spannung und Leistung variieren abhängig von der Windstärke relative schnell. Vergleichbar mit der PV wenn man wechselnde Bewölkung, also abwechselnd Schatten und Sonne hat. Allerdings noch deutlich schneller. Es scheint alles zu funktionieren, sehr gut. Eine Fehlersuche wäre sicher auch nicht einfach gewesen...

Wir marschieren zur Anlage, da ist richtig was geboten. Der Rotor dreht sehr schnell - bis zu 200 Umdrehungen pro Minute bei Spitzenleistung. Die haben wir aktuell nicht, die Leistung pendelt zwischen 300 und 2000 Watt. Bei Böen dreht der Generator recht schnell hoch. Wenn dann mehr Leistung abgenommen wird (Kennlinie Schaltschrank / Wechselrichter), stellt sich eine Maximalgeschwindigkeit ein. Wenn die Böe dann weg ist, wird der Propeller zunächst sehr schnell langsamer um sich dann (nachdem wieder weniger Leistung abgenommen wird) wieder auf einem niedrigeren Niveau einzupendeln.  Fast wirkt es als würde die Bremse aktiv - was aber nicht der Fall ist. Die Last übernimmt in dieser Situation einfach der Wechselrichter.

Die Geräuschentwicklung korreliert mit der Dreh- und Windgeschwindigkeit. Wenig Wind, geringe Geräusche, viel Wind, viel Geräusche. Bei viel Wind überdecken entsprechend auch die Windgeräusche viele Anlagengeräusche. Ab einer gewissen Drehzahl kommt ein Pfeifen hinzu, ich vermute das entsteht an den Flügelspitzen. Auf der Koppel sind die Anlagengeräusche im Betrieb jederzeit zu hören und schon auffällig. In Richtung Haus wird es dann deutlich weniger, gerade die höhen Geräusche sind aber weiter wahrnehmbar. Mal sehen wie das von der Windrichtung abhängt...

Der Mast war uns bei der Installation ja irrsinnig schwer und steif vorgekommen. Stellt man sich auf der Fundament und schaut den Mast nach oben, sieht man aber eine deutliche kurze Biegung wenn eine Böe einfällt. So ist alles relativ, da sind auf 12 Meter schon ganz schöne Kräfte aktiv. Je nach Windgeschwindigkeit kommt es auch immer wieder zu Resonanz-Schwingungen die bei Änderungen der Drehzahl wieder verschwinden. Im Mast selbst entsteht durch den Generator eine Art Hall. Am Mast selbst ganz schön laut, der Pegel nimmt aber mit Anstand vom Mast viel schneller ab als die Windgeräusche des Rotors.

Das war es also auf das wir hingearbeitet haben, wir gratulieren uns selbst. 😀 Von Abgabe des Bauantrags zur Inbetriebnahme sind jetzt fast 18 Monate vergangen. Jetzt geht es zurück ins Haus am Monitoring arbeiten. Das Demo-Bild oben zeigt den stromFUCHS. Damit können wir Generatoren, Batterien, Hausverbrauch und Netzaktivitäten sehen. Ausserdem übernimmt das System die Steuerung aller grossen Verbraucher im Haus - abhängig vom verfügbaren Strom. 

Zurück zur Hauptseite.

Blitzschutz

Details

Published: 18 October 2023

Blitzschutz ist ein weiteres Thema das man erst mal nicht auf dem Schirm hat (wenn man noch nie einen Blitzschlag erlebt hat). Dass es eines ist, ist wegen der meist exponierten Position der Flügelspitzen eines Windrades aber ganz logisch. Bei einem Blitzschlag können sowohl direkte Schäden am Rotor und Generator auftreten, durch Überspannungssituationen aber auch welche an der gesamten Elektronik bis ins Haus. Gerade letzteres tritt weit häufiger auf als der direkte Einschlag. Die langen verlegten Leitungen sammeln per Induktion auch die Energie in der Umgebung niedergehender Blitze ein.

Was die Blitzschutzlösung angeht, habe ich gelernt, dass "viel hilft viel" und "nach oben gibt es keine Grenzen" gilt. Auch ist auch dieses Thema eine Individuallösung - also nichts was beim Produkt "Kleinwindanlage" dabei wäre. Verantwortlich für das Thema ist der Elektriker. Neben dem hatte ich aber auch Kontakt mit zwei Referenzkunden die jeweils sehr unterschiedliche Lösungen realisiert hatten. Eine der Lösungen war eine extreme Variante: der Kollegen hatte nicht nur den Rundstahl um / im Fundament als "äusseren Blitzschutz" verbaut, sondern zusätzlich noch sternförmig Edelstahlseile aussen herum sowie einen Tiefenerder verbaut. Die Lösung zum Überspannungschutz bestand dann aus 9 jeweils ca. 300 EUR teuren Überspannungsableitern die am Mast, in der Mitte des Kabels und vor der Anlagensteuerung / dem Wechselrichter verbaut waren. Sicher eine tolle Lösung, aber mit Blick auf das ohnehin schwer überzogenen Budget nichts für mich.

Die Lösung die bei mir am Ende realisiert wurde ist das was man versicherungstechnisch haben sollte, aber auch wenig darüber hinaus: als äusseren Blitzschutz habe ich den üblichen Rundstahl 10mm rund um das Fundament verlegt. Siehe dazu auch die Beiträge zum Tiefbau. Der Mast wird dann über Schellen mit dem Rundstahl verbunden und kann den Blitz so in die Erde einleiten. Bei einem Blitzschlag fliesst der Strom über die Flügelspitze, über die Oberfläche der Flügel (GFK leitet ja nicht) in die Generatorachse. Braun hat das Gehäuse des Generators über ein dickes Stahlseil mit dem Geräteträger verbunden. Das soll verhindern, dass der Strom dann von der Generatorachse direkt in die Elektrik durchschlägt und Generator oder dessen Lager zerstört. Der Geräteträger ist dann ja direkt mit dem Mast verbunden und die Erdverbindung so hergestellt. Der Widerstand zwischen äusserem Blitzschutz wird bei Inbetriebnahme vom Elektriker gemessen, er sollte möglichst klein sein. Einen "harten" Schwellwert gibt es hier meines Wissens nicht, unter 5 Ohm ist aber gut.

Beim Überspannungschutz habe ich mich an der Dokumentation den Smart!wind orientiert. Diese Anlage wurde bei mir zwar nicht verbaut, entspricht ja aber der Kombination aus Schaltschrank, Bremswiderstand und Wechselrichter bei mir. Häufig verbaut man am Mauerdurchgang zum Gebäude (bei uns also der Stall mit der elektrischen Anlage) einen 3-phasigen Typ 1 Überspannungsableiter. Dieser hat die Aufgabe die ersten sehr hohe Ströme über eine Erdleitung abzuleiten und so die dahinter liegenden Elektronik zu schützen. Direkt vor der Elektronik im Gebäude wird dann noch ein Typ 2 Ableiter installiert der verbliebene Ströme ableitet. Nachdem bei uns an der Gebäudegrenze kein Erder zur Verfügung stand, haben wir einen Typ 1+2 Kombiableiter direkt vor der Anlage verbaut. Das ist nach Rücksprache mit dem Hersteller der Überspannungsableiter - der Firma Dehn - in unserem Fall unbedenklich, da die Leitung vom Mauerdurchgang zur Elektroinstallation einzeln geführt ist.

Der Kombiableiter schaltet nun also die drei Generator-Phasen beim Auftreten von Überspannung auf die Erdleitung um. Die wurde neu verlegt und direkt zur Gebäudeerdung geführt.

Jetzt liegen von der Koppel ja nun aber nicht nur die Stromleitungen, sondern auch noch drei aus insgesamt sechs Litzen bestehende Sensorleitungen. Mein Elektriker meinte "wenn schon denn schon" und hat hier drei weitere kleine Überspannungsableiter installiert.

Braun sagt mir, dass ihm wenige Blitzschäden bei seinen Anlagen bekannt sind - und es gibt ja mehrere tausend davon. Er bestätigte mir auch, dass es von keiner bis massiven Massnahmen alles gibt. Am Ende ist das eine Versicherungsprämie für den Fall das was passiert. Man kann sich hoch versichern oder eben weniger hoch. 

Es gibt übrigens regionale Karten mit der Häufigkeit von Blitzeinschlägen. In Baden-Württemberg sind das deutlich mehr als hier im schönen Schleswig-Holstein. Ich habe mit unserer Lösung ein gutes Gefühl. 

Zurück zur Hauptseite.

Windstärke und resultierende Leistung

Details

Published: 28 October 2023

Die Prognose für ein Gesamtjahr liegt für die Braun 7.5 kW Anlage bei 5-6 Megawattstunden (5000-6000 kWh). Nimmt man den Mittelwert, ergibt das 15 kWh pro Tag, im Herbst / Winter deutlich mehr als im Sommer.

In diesem Artikel soll es um erste Erfahrungswerte und Beobachtungen mit dem erzeugten Strom gehen. Dabei geht es noch nicht um die absolute Energiemenge, sondern mehr um die Art wie die Anlage bei verschiedenen Windstärken arbeitet.

Ohne ins Detail der Aerodynamik zu gehen zunächst ein paar Rahmenbedingungen:

• Der Rotor-Durchmesser beträgt 5,3 Meter. Die überstrichene Fläche / Rotorkreisfläche beträgt damit ca. 22 Quadratmeter. Das ist also die Fläche aus der Windenergie entnommen werden kann. Grundsätzlich ist es so, dass doppelte Fläche doppelte Leistung bedeutet. Die überstrichene Fläche korreliert also linear mit der Leistungsfähigkeit einer Windkraftanlage.
• Die Kleinwindanlagen von Braun arbeiten anders als andere Anlagen mit einem festen Anstellwinkel der Rotorblätter. Sie werden also nicht abhängig von Dreh- und Windgeschwindigkeit angestellt. Grosse Anlagen machen das immer, auch Kleinwindanlagen wie die Easywind tun das.
• Wie alle horizontalen Windanlagen nutzt die Anlage das Prinzip der "Auftriebsläufer". Diese arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie Tragflächen beim Flugzeug: der vorbei streichende Wind erzeigt auf einer Seite des Blattes einen Überdruck und auf der anderen einen Unterdruck. Das führt dann zu einer Kraft in Rotationsrichtung. Das Gegenteil sind die Widerstandsläufer - diese drehen einfach mit der Windgeschwindigkeit und leiten den Luftstrom nicht wie die Auftriebsläufer laminar am Blatt entlang. Auftriebsläufer erreichen höhere Geschwindigkeiten als Windgeschwindigkeit, Widerstandläufer maximal die Windgeschwindigkeit.
• Anders als bei der Rotorkreisfläche ist das Verhältnis von Windgeschwindigkeit zu Windenergie nicht linear, sondern wächst mit der Potenz 3: doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet 8-fache Windenergie. Das erklärt dann auch, warum die Anlage bei geringen Windstärken nur eine sehr geringe Leistung abgibt, während die Nennleistung nur bei höheren Windstärken erreicht wird.

Dann schauen wir uns mal an was bei stehendem Rotor und langsam ansteigender Windstärke passiert:

Anlaufen: solange der Rotor steht, ist die aus der Windenergie entnehmbare Leistung drastisch niedriger als bei einer Drehzahl von 60 U/min und höher. Bei stehendem oder langsam drehendem Rotor ist die von Wind "getroffene" Fläche lediglich das schlanke Rotorblatt - nicht die Rotorkreisfläche. Der Rotor kann also nur einen geringen Anteil der Windenergie aufnehmen und in Drehung umwandeln. Wegen des auf höhere Geschwindigkeiten optimierten fixen Anstellwinkels ist die Strömung auch nicht laminar - der resultierende Auftrieb in der turbulenten Strömung also gering. Im Resultat benötigt die Anlage also eine Windgeschwindigkeit von 4 oder mehr Metern pro Sekunde für den Zeitraum bis die genannten 60 Umdrehungen pro Minute erreicht sind. Bei aufkommendem Wind läuft der Rotor in Böen also immer wieder mal an, bekommt dann aber nicht lange genug die 4 m/s und bleibt wieder stehen. Ist das Windangebot dann gross genug und der Rotor schnell, läuft der Rotor auch bei Windlücken weiter - schliesslich kann er jetzt die Energie der gesamten Rotorkreisfläche entnehmen.

Arbeitsbereich: der Rotor läuft nun also mit 60 und mehr Umdrehungen. Die Anlagensteuerung regelt den Wechselrichter so, dass eine zur Drehzahl passende Menge an Strom entnommen wird. Durch die Entnahme von Energie entwickelt der Generator einen Widerstand - der Rotor wird mehr oder weniger abgebremst. Wird zu viel entnommen, bleibt der Rotor stehen. Wird zu wenig entnommen dreht der Rotor zu weit hoch und entnehmbare Leistung wird verschenkt. Das Ganze entspricht ein wenig dem Regelkreis bei der Photovoltaik, nur wird hier der MPP (max. power point) nicht durch "probieren" und "ausreizen" ermittelt, sondern anhand einer programmierten Kennlinie geführt. Um ein Gefühl für den validen Bereich zu bekommen: die Untergrenze der Produktion liegt knapp unter 100 U/min und irgendwo zwischen 1 und 2 m/s, da bekommt man aber nur eine zweistellige Wattzahl. Bei 5 m/s kommt man auf ca. 1000 Watt, die 7500 Watt erreicht man bei ca. 12 m/s und 330 U/min. Sinkt die Rotorgeschwindkeit unter ca. 90 U/min oder übersteigt 330 U/min verlässt das System den Arbeitsbereich temporär in den Leerlauf oder die Anlagensicherung.

Leerlauf: der Wind hat abgenommen und die Rotordrehzahl geht unter 75 - 90 U/min. In dieser Situation wird die Leistungsentnahme durch den Wechselrichter komplett unterbunden - der Rotor dreht damit frei. Die Zielsetzung ist jetzt die Rotordrehung zu erhalten um bei Anwachsen der Windstärke direkt wieder in die Produktion gehen zu können. Meine Beobachtung ist, dass das bis ca. 1 m/s Windgeschwindkeit funktioniert. Fällt die Windgeschwindigkeit weiter und der Rotor unterschreitet die 60 U/min, nimmt die übertragene Kraft deutlich ab und der Rotor kommt zum stehen. Wir sind also zurück in der Phase Anlaufen. Wie oben diskutiert, wird dann eine Windgeschwindigkeit von 4 m/s benötigt um wieder in den Arbeitsbereich zu kommen. Die Abbildung zu diesem Artikel zeigt zwischen 10 und 13h eine Phase in der der Leerlauf wegen zu geringer Windgeschwindigkeit nicht zu halten war und der Rotor zum Stillstand gekommen ist. Ab 10h stieg die Windgeschwindigkeit wieder an, die 4 m/s wurden aber erst um 13h wieder überschritten.

Anlagensicherung: die Windstärke steigt nach den 12 m/s weiter an. Hier greifen bei der Anlage von Braun nun zwei Sicherungsmechanismen. Zum einen gibt es da die elektrische Bremse. Wird sie zugeschaltet, werden nicht nur 7500 W vom Wechselrichter entnommen, sondern zusätzlich eine durch einen Bremswiderstand definierte Leistung. Der Generator wird hierdurch stark abgebremst. Der Bremswiderstand wandelt die Leistung in Wärme um. Wird die Bremse dauerhaft zugeschaltet, bleibt der Rotor stehen, wird sie kurz zugeschaltet, wird die Drehzahl ggf. im Arbeitsbereich gehalten. Erkennt die Anlage, dass dauerhaft zu viel Wind ist, erfolgt die Vollbremsung, geht es um die Begrenzung der Drehzahl in einer Böe, erfolgt die kurze Bremsung. An dieser Stelle die Frage wovor die Anlage eigentlich geschützt wird? Einerseits geht es um Überspannungen (die Drehzahl korreliert mit der Spannung) für die das System nicht ausgelegt ist. Die Grenze liegt hier bei 590 Volt. Der andere Aspekt ist die statische Belastung von Rotoren und Mast. Ist die übertragene Windenergie zu hoch, kann es zu Bruch kommen. Womit wir zum zweiten - mechanischen - Sicherungsmechanimus kommen: der Rotor kippt bei zu hohem Winddruck in die Helikopterstellung. Klappt der Rotor nach oben wird die in Windrichtung exponierte Rotorkreisfläche verkleinert. Die Fläche wird zu einer "Rotorelipsenfläche". Entsprechend reduziert sich auch die übertragene Windenergie. Je nach Charakteristik des Windes passiert mal das Abbremsen und mal das Kippen in die Helikopterstellung zuerst: bei kurzen starken Böen ist die Bremse schneller, bei kontinuierlichem Anstieg der Windstärke beginnt das Kippen zuerst. Nimmt der Winddruck wieder ab, klappt der Rotor wieder in die vertikale Position.

In Summe ergibt sich also ein Fenster zwischen ca. 2 m/s und 12 m/s oder 80% des Gesamtjahres in dem zwischen 0 und 7500 Watt Strom produziert werden kann. Nimmt man das Anlaufverhalten dazu, sind es 4 bis 12 m/s. Das sind 70% des Gesamtjahres. Diese beiden Enden liessen sich nach meinem Verständnis durch einen variablen Anstellwinkel des Rotors erweitern. Würde man den Anstellwinkel in der Phase Anlaufen erhöhen, käme es früher zu einer laminieren Strömung um die Rotorblätter und damit zu mehr übertragender Kraft und mehr Drehzahl. Ggf. könnte man hier also die Anlaufphasen verkürzen. Viel bringen würde das aber vermutlich nicht. Schliesslich ist die Leistung im Bereich 2 - 4 m/s ohnehin minimal. Beispiel: zwei Stunde Standzeit statt unterer Arbeitsbereich sind ein Verlust von vielleicht 0,1 kWh... Interessanter ist der Bereich oberhalb der 12 m/s. Schliesslich ist hier besonders viel Windenergie vorhanden. Generator und Anlage sind zwar auf 7500 Watt begrenzt und könnten auch bei mehr verfügbarer Energie nicht mehr liefern, es wäre aber natürlich schön wenn oberhalb von 12 m/s zumindest diese Leistung realisiert werden könnte. Sowohl beim Herunterfahren wegen Starkwind wie auch in der Helikopterstellung geht die Leistung aber gegen Null. Grossanlagen sind dank des einstellbaren Anstellwinkels in der Lage bei bis zu 24 m/s ihre Nennleistung zu liefern: wie beim Segeln werden Segel / Rotor "aufgemacht" und ein Teil des Winddrucks wird damit weg genommen. Wieviel Verlust das effektiv bedeutet kann ich nicht einschätzen, scheint mir aber signifikant.

Ein verstellbarer Anstellwinkel - aktiv wie passiv - würde mit Sicherheit einen erheblichen zusätzlichen konstruktiven Aufwand erfordern und damit auch zusätzliche Fehlerquellen produzieren. Und wer sich bei 12 m/s und 7500 Watt Leistung mal unter dem Mast begeben hat, kann sich eine Vorstellung davon machen welche Kräfte hier am Werk sind. ;-)

Zurück zur Hauptseite.

Monitoring der Anlage

Details

Published: 02 November 2023

Beim Monitoring einer Kleinwindanlage gibt es unterschiedliche Ansprüche. Für den einen ist der Erntezähler den man von Zeit zu Zeit ausliest und der direkte Blick auf die Anlage genug, andere wollen die Funktion des Systems genau verfolgen. Ich gehöre zu den anderen. 😊

Die im Folgenden beschriebene Lösung ist so aufgebaut, dass sie von generellem Nutzen für Betreiber einer solchen Anlage ist. Sie ist also komplett konfigurierbar und keine individuelle Lösung fürs Bolbro-Haus. Wer so etwas haben will, kann die Lösung also passend für seine Bedürfnisse anpassen. Der maximale Funktionsumfang richtet sich aber an meinen Wünschen aus - er kann aber auch reduziert werden.

Die Lösung ist eigentlich ein typisches "Maker-Projekt" bestehend aus einem Kleinrechner, Programmierung / Software und eine einfache Hardware-Erweiterung die man selbst löten kann und muss.

Bevor ich die Lösung beschreibe hier der Katalog implementierter Funktionen:

• Auslesen von Wechselrichter und Turbinen-Status
• Auslesen des internen Status der Anlagensteuerung, insbesondere Schaltung von Bremse und Verbindung Turbine / Wechselrichter
• Messung der aktuellen Temperatur einer oder mehrere Bremswiderstände
• Messung der Windgeschwindigkeit
• Integration einer Windvorhersage für die kommenden 48 Stunden
• Analyse des Gesamtstatus der Anlage mit diversen kontinuierlich ablaufenden Selbst-Prüfungen
• Eine lokale oder wahlweise öffentliche Web-Ansicht bzw. App
• Integration einer Web-Cam
• Steuerung von Spots zur nächtlichen Kontrolle von Mast und Rotor
• Weiterleitung aller Statusinformationen an einen MQTT Server bzw. Homeautomation und Energiemanagement

Anders als vollintegrierte Lösungen von der Stange (z. B. der in der Leistungsklasse nicht mehr verfügbare Smart!wind Wind-Wechselrichter), ist die Anlage von Braun ja eine aus diskreten elektrischen Komponenten zusammengebaute Lösung. Der verwendete ABB/Fimer Solarwechselrichter und die Kennliniensteuerung besitzen zwar einfache Schnittstellen, von einer smarten Lösung ist das aber weit entfernt und unvollständig. Wenn man also alles wissen will, muss man Hand anlegen.

Warnung! Das Folgende ist für die allermeisten zu technisch. Wer sich das nicht zutraut meldet sich gerne bei mir oder der Firma Braun.

Das System basiert - wie könnte es anders sein - auf einem Raspberry Pi 4B. Auch (noch) kleinere Lösungen sind denkbar, z. B. könnte man auch eine NanoPi Neo 3 nehmen. So ein Raspberry Pi ist für solche Projekte ideal: das ist ein vollständiges Unix-System das sich per LAN oder WiFi mit dem Netz verbinden kann und es hat eine Vielzahl von Schnittstellen: mehrere USB Ports, ein "One-Wire" Interface und Duzende frei programmierbare Ein-/Ausgabeports über die sich allerlei Mess- und Steuerungsaufgaben erledigen lassen. Weil das System ohnehin viel leistungsfähiger ist als benötigt, kann man zur Programmierung Hochsprachen wie Python einsetzen ohne das System langsam zu machen.

Auf dem Raspberry läuft nun also ein Python-Prozess der rund um die Uhr über verschiedene Threads Daten sammelt, diese integriert, validiert und bewertet. Diese Daten werden dann direkt über einen Web-Server zur Verfügung gestellt oder zur Weiterverarbeitung auf einen MQTT Server geschickt. Da der Raspberry einfach im Netz verfügbar sein soll, habe ich ihn in einem separaten VLAN laufen - böse Menschen können sich so zwar an den Daten erfreuen, aber nicht Schlimmes im restlichen Netz anstellen. Alternativ betreibt man ihn im lokalen Netz und kann dann immer noch per VPN von aussen rein schauen.

Die wichtigste Datenquelle ist die Kennliniensteuerung. Die liefert Daten zu Windturbine und Wechselrichter über einen USB Port. Einmal pro Sekunde. Dieses Schnittstelle ist dokumentiert und kann leicht ausgelesen werden. Komplizierter ist das Auslesen von Status Bremse und Schütz. Realisiert wird das über zwei per Optokoppler galvanisch getrennte Leitungen an die Steuerungseiten der entsprechenden Schaltschrank-Relais. Mein System hat zwei Bremswiderstände, ich habe an beide an der Oberseite DS18B20 Temperatursensoren angeschraubt. Entsprechend kann ich am Raspberry die Werte jederzeit per One-Wire auslesen. Die Abtastung ist hier langsam - Temperaturen ändern sich nicht schnell. Bei der Windmessung zapfe ich den Windsensor der Fledermaus-Box an. Alternativ könnte man genauso den Windsensor der Anlagensteuerung nutzen. Um die System auch hier zu entkoppeln, klaut sich der Raspberry hier bei den Windsensor zunächst komplett. Damit auch die Fledermaussteuerung weiterhin funktioniert, wird der Impuls der pro Umdrehung des Anemometers erzeugt wird wiederum per Optokoppler für einen "Slave" bereit gestellt: die Fledermausbox holt sich also die Daten vom Raspberry.

Die Wind-Vorhersage holt sich das System stündlich von OpenWeather - einer (teilweise) freien Plattform mit Wetterdaten. Die Daten werden stündlich aktualisiert und reichen zwei Tage nach vorne. Mit einem Bezahltarif geht das auch länger und feiner.

Die IP-Cam ist eine weitere Option. Wenn die Cam einen HTML5 / HLS Stream anbietet wird dieser einfach über den Web-Server verlinkt. In meinem Fall läuft auf dem Raspberry noch eine Umwandlung von RTSP auf HLS - die Kamera spricht nur RTSP. Die Übertragung von Live-Bildern ist herausfordernd, aktuell ist die Bildqualität (trotz hochauflösender Quelle) auf der Web-Seite nicht grandios.

Zuletzt habe ich noch die Steuerung von Spots / Flutlichtern integriert. Sie werden über Shellys geschaltet, der Rest ist Software.

Die einfache Zusatz-Elektronik wird auf die PIN-Leiste des Raspberry gesteckt. Sie hat dann diverse Anschlüsse zum Verschrauben der Leitungen. Das Ganze ist inklusive Netzteil in ein einfaches kleines Aufputz-Verteilerschränkchen verbaut.

Der meiste Aufwand war natürlich die Software, aktuell bin ich auch immer noch am weiter entwickeln.

Wer es bis hier geschafft hat kann sich das System live und in Farbe ansehen: http://windmonitor.bolbrohaus.de

Keine Angst, man kann nichts kaputt machen. 😉

Zurück zur Hauptseite.

Business Case - die Wahrheit zur Kostenseite

Details

Published: 05 November 2023

Wenn es zu einem Gespräch über die Kleinwindanlage kommt, dann sind die erste Fragen die Folgenden:

1. Wieviel leistet die?
2. Was kostet die?
3. Ist die laut?

Beim Grossteil dieses Beitrags wird es um 2. gegen, also die Kostenseite der Anlage. Das Thema Business Case kommt auch vor, ist aber ohne vorliegende Erträge nur eine Schätzung. Bei den Kosten werde ich zu den einzelnen Gewerken häufig von / bis Spannen und Einsparungspotenziale benennen. Je nach Zielsetzung erlaubt das künftigen Kleinwindanlagen-Erbauern sich die Investition auch schön zu rechnen. :-) Alle Preisangaben sind Brutto-Preise. Soweit man einspeist und eine Gewinnerzielungsabsicht hat (und damit ein Gewerbe betreibt), kann man die Investition natürlich steuerlich absetzen und auch mit Netto-Werten rechnen.

Anlage: Die Anlage bestehend aus einem 7.5 kW Generator, 12 Meter Kippmast sowie der Anlagensteuerung / Wechselrichter liegt zum aktuellen Zeitpunkt bei ca. 34000 Euro. Der endgültige Preispunkt ergibt sich bei Braun erst nach Abschluss der Prüfstatik - wenn der Umfang der Lieferung final festgelegt wird. Das erschwert die Vorab-Berechnung des Business Cases weil man nicht weiß was ca. ein Jahr nach Beginn des Projektes auf dem Zettel steht. Eine Indikation bekommt man aber frühzeitig über ein unverbindliches Angebot. Der Preisbereich ist hier natürlich abhängig von Generatorleistung, Mast und Extras gross und muss individuell angeschaut werden. Einsparungspotenziale gibt es wenige, mir fällt nur der Schleifring am Anschluss Generator zu Mast ein. Der erspart einem das jährliche Enddrillen der Leitung im Mast. Weil die Wartung ohnehin jährlich ansteht, habe ich auf diesen Komfort verzichtet. Zur Anlage muss man noch Montagearbeiten rechnen, ich habe da insgesamt sicher 10 Tage mit verbracht.

Tiefbau: Dieser Posten hat vermutlich die größte Preisspanne. Die hängt am Ende nicht nur von der individuellen Preisgestaltung des Tiefbauers ab, sondern auch ganz erheblich von den örtlichen Gegebenheiten. Wer bei dem Thema selbst Hand anlegen kann und will, hat erhebliches Einsparpotential. Die teuerste Komponenten sind hier nicht das verbaute Material sondern die Arbeitskosten. Zu den örtlichen Gegebenheiten zählen: Länge des Grabens von Mast zur Anlagensteuerung und - abhängig von Messkonzept des Netzbetreibers - bis zum Hausanschluss. Gestaltung des Fundaments sowie ggf. notwendiger Austausch des Bodens. Bauliche Massnahmen wie Plaster anheben/verlegen, Bohrung Hauswand etc. Preislich liegt das Minimum wohl um die 5000 EUR für Beton, Bewehrung und Bagger-Miete. Realistisch ist das nur wenn man selbst Tiefbauer ist und seine eigenen Kosten nicht ansetzt. Kommt zu diesem Minimum ein langer Graben dazu und muss wie bei uns auch noch Erdreich unter dem Fundament ausgetauscht werden (siehe Bodengutachten / Prüfstatiker), dann werden das ganz schnell 20000 und mehr Euro. Im Business Case lag ich da ordentlich daneben. Lindern konnte ich das nur indem ich einen zusätzlichen 40 Meter langen Graben zwischen Stall und Haus mit Freunden selbst unter das Pflaster gelegt habe. Das war dann aber auch nicht fachmännisch mit 60 cm Tiefe, viel Sand und Trassierband wie bei unserem 170 Meter langen Graben vom Mast zum Stall.

Elektrik: Auch die Elektrik hat eine grosse von-bis Spanne. Aber auch hier ist viel Eigenleistung möglich. Ist man wie ich nicht selbst Elektromeister, kann man dennoch alles bis zum Anschluss an das Hausnetz selbst machen und lässt es dann vom ohnehin notwendigen Elektriker abnehmen. Auch hier spielen wieder örtliche Gegebenheiten hinein, namentlich wieder die Länge des Erdkabels, der Renovierungs- und Erweiterungsbedarf in der Hausverteilung und das geforderte Messkonzept. Der Material-Anteil am Gewerk ist allerdings deutlich höher als beim Tiefbau, alleine das Erdkabel von 170 Metern schlägt mit ca. 1200 EUR zu Buche. Im eher unrealistischen Fall, dass die Anlage 20 Meter vom Haus steht und keine Zählerkaskade gefordert ist, können das 2000 EUR sein, es können aber auch 6000 EUR und mehr werden.

Amt, Architekt: Die Gebühren für Bauvoranfrage und Bauantrag sind vernachlässigbar - am Ende unter 500 EUR. Beim Architekten gibt es eine enorme Spanne von einem hohen dreistelligen Betrag bis hin zu 5000 EUR die uns angeboten wurde. Das Service-Spektrum ist breit und reicht von der schieren Vorlage beim Bauamt (darf man nicht selbst machen, siehe Artikel) bis hin zu "Full-Service" und Bauleitung. Wir lagen hier am unteren Ende, hatten aber einiges an Arbeit mit den Unterlagen und einen Tiefbauer der die Bauleitung mitgemacht hat. Schlimmer als das Amt sind die vom Amt erzeugten Folgekosten, namentlich die Statik und der Naturschutz...

Statik: Zu dem Thema habe ich in diesem Blog ja schon viel geschrieben. Im Business Case hatte ich den Statiker ganz vergessen, den Bodengutachter aber schon. Daran erkennt man wie wenig Ahnung ich hatte... Wenn die Anlage einen Bauantrag erfordert ist sowohl ein Prüfstatiker als auch ein Bodengutachten nicht zu vermeiden. Im besten Fall sind das ca. 1500 EUR für das Gutachten und 1500 EUR für den Statiker. Das wird aber nur klappen wenn man einen vom Bauamt anerkannten Statiker selbst beauftragt. Bei uns waren wegen der Doppelprüfung und Beauftragung durch das Amt am Ende 3200 EUR fällig. Ist aber wahrscheinlich der höchste Preise den ein Kleinwindanlagen-Erbauer jemals gezahlt hat...

Naturschutz: Die Auflagen der unteren Naturschutzbehörde haben auch ihren Preis, namentlich für Ausgleichsmassnahmen, "Naturschutzrechtliche Ausgleichszahlung" und bei uns die Fledermausbox. Die Ausgleichsmassnahmen kann man bis auf eine zertifizierte Regio-Mischung selbst machen, beauftragt kostet sowas vielleicht 500 EUR. Die Ausgleichszahlung betrug 650 EUR und die Fledernmausbox von Braun schlägt mit 1000 EUR zu Buche. Die Spanne liegt also zwischen 650 und 2100 EUR - je nach Auflagen und Eigenleistung. Die Verluste durch Abschaltung bei Fledermausflug sind wohl eher gering und gehören auch zur Ertragsseite. 

Zubehör: Hier sollte man auf jeden Fall noch mal 1000 EUR kalkulieren. Schweres Werkzeug wie den Drehmomentschlüssel oder das Stahlseil vom Jütbaum zum Schlepper kann man sich auch leihen, es gibt aber einfach regelmässig kleinere Ausgaben links und rechts die man korrekterweise ansetzt.

Das waren die Einzelposten und ich mache mal ein paar Szenarien auf:

Bau in Niedersachsen ohne Bauantrag mit Mast direkt neben dem Haus und überhaupt ohne Komplikationen und Eigenleistung überall: 42650 EUR

Best Case andere Bundesländer mit Mast direkt neben dem Haus und ohne Komplikationen und Eigenleistung überall: 46650 EUR

Worst Case mit Komplikationen bei örtlichen Gegebenheiten und geringer Eigenleistung: 71600 EUR

Nimmt man eine Ertragsprognose von 5500 kWh im Jahr mit leicht steigenden Stromkosten für die kommenden Jahre und rechnet das ohne Kapitalkosten und ohne steuerliche Betrachtung, so kommt man nach 15 bis 17 Jahren auf einen Break Even. Aber nur, wenn man eines der ersten beiden Szenarien trifft. Der Weg über den Bauantrag beschert einem i. W. den Prüfstatiker und das zwingende Bodengutachten. Daneben geringe Gebühren und sehr viel Wartezeit. Aber natürlich auch Sicherheit. Die Auflagen Naturschutz sind auch ohne Bauantrag zu beachten. Die Auswirkungen auf den Business Case sind da, das macht es aber nicht fett. 

Erhebliche Auswirkungen haben alle Tätigkeiten die man in Eigenleistung erbringen kann sowie eben die individuellen Gegebenheiten vor Ort. Das macht dann die Spanne von 47 bis 72 Tausend EUR aus. Bei uns war eigentlich alles etwas komplexer als "normal", ausserdem wollten wir auch alles "richtig" machen. Eigenleistung war am Ende erheblich, namentlich beim Tiefbau, sehr viel Elektro, die komplette Montage und Mitarbeit / Koordination bei allen Gewerken. 

Bei uns hat sich der Business Case während des Vorhabens kontinuierlich von "o.k." nach "vielleicht" verschoben. Es kommt jetzt auf reale Erträge, Strompreisentwicklung, Defekte und Betriebsdauer an. Weggelassen habe ich in der Betrachtung übrigens auch noch Rückbau-Massnahmen bei Ausserbetriebsetzung. Dafür müsste man auch noch was zurück stellen. ;-)

In Summe bleibt, dass man Windkraft im Kleinformat nicht wegen Rendite macht. Dafür sollte man sich eher an einem Windpark beteiligen. Während bei der PV der Treiber bei den allermeisten "Geld sparen" und erst deutlich später "Beitrag Energiewende" und noch später "Begeisterung für die Technik" ist, dürfte es bei Kleinwindanlagen gerade anders herum sein.

Zurück zur Hauptseite.

Wie reagieren die Menschen / die Umgebung auf den Bau eines Windrades?

Details

Published: 16 December 2023

Die Akzeptanz von Windkraft an Land ist grundsätzlich hoch. Wer Interesse an den Details hat, der kann sich z. B. die 2022er Studie der Fachagentur Windenergie an Land e.V. anschauen. Da sagen 82% der Bevölkerung, dass Windenergie eher wichtig oder sehr wichtig ist. Interessanterweise sagen auch 84% der Bevölkerung die bereits Windkraftanlagen im Wohnungsumfeld haben, dass sie damit eher oder voll und ganz einverstanden sind.

Diese Studie hat allerdings den Fokus Grosswindanlagen bzw. Windparks. Kleinwindanlagen sind damit kaum vergleichbar, auf der emotionalen Ebene gibt es aber denke ich erhebliche Parallelen.

Ich will an dieser Stelle einmal anekdotisch über Reaktionen zu unserem Bauvorhaben sprechen. Das hat insoweit keinerlei statistischen Wert, spiegelt aber vielleicht die Stimmung wieder, die zu erwarten und adressieren ist wenn man sich an so ein Projekt macht. Ich möchte auch ein paar Empfehlungen geben.

Wie an anderer Stelle schon geschrieben, habe ich frühzeitig begonnen mein Umfeld auf den Bau der Kleinwindanlage anzusprechen. Nachdem man mir ja grundsätzlich freundlich gesonnen ist :-), war die Reaktion auch immer freundlich. Bei vielen bemerkt man allerdings an den folgenden Fragen ein gewisses Unbehagen über das was da auf einen zu kommt. In einer Umgebung, in der es noch keine Windkraftanlagen gibt, ist keine Erfahrung da. Auch fehlt ein Gefühl für die Dimension - die meisten haben denke ich eine grosse Anlage im Kopf und können das ohne Ansicht schwer relativieren.

Die Phase bis zum Bau ist insoweit etwas schwierig, es bleibt beim theoretischen. Es ist eine Phase, in der ein gewisses Vertrauen darauf, dass der Nachbar nichts abstruses macht, wichtig ist. Ich hatte immer ein Modell der Kleinwindanlage  (siehe Bild) in Griffweite, um das Größenverhältnis zum Haus darzustellen - das kann helfen.

Während der Bauphase gab es dann von desinteressiert über interessiert bis neugierig alles. Ein Non-Konformist ist man als Kleinwindanlagenbauer ohnehin, hat was von Daniel Düsentrieb. Wir haben regelmässig mit der Umgebung und Freunden gesprochen was gerade ansteht, welche Problem es gibt und wie es weiter geht. Ich denke, dass das auch wichtig und hilfreich ist um alle an das Thema heran zu führen. Auch das abschliessende Richtfest ist eine wichtiges Element Akzeptanz zu schaffen. Erstens macht es Spass (und ist mit dem Kippmast auch sehr spektakulär), das Windrad wird damit aber auch Bestandteil der Umgebung - es gehört jetzt dahin.

Man hört jetzt natürlich nicht alles was gesprochen wird, wir haben auf jeden Fall auch in dieser Phase keine Ablehnung erfahren. Ich denke, dass das zum Teil Glück ist, zum Teil der Umstand, dass wir im Aussenbereich wohnen und sehr viel Platz haben, zum Teil aber eben auch die Kommunikation und das Mitnehmen der Umgebung eine Rolle spielt.

Die Wochen nach Inbetriebnahme sind dann nochmal spannend. Wir hatten zwar Referenzanlagen im Betrieb gehört und gesehen, man muss aber auch selbst erst Erfahrung machen um zu verstehen inwieweit die Anlage eine Belastung darstellt. Wir waren wegen des grossen Abstandes zum Haus anfangs davon ausgegangen, dass man schlicht nichts hört. Das ist nicht so. Man nimmt die Anlage auch bei einer Distanz von 150 oder 200 Metern war. Sehr leise und nur bei viel Wind - weit weit weniger als ein Auto das vorbei fährt - aber eben wahrnehmbar. Ein schwaches Sirren bei hohen Windgeschwindigkeiten. Die Geräuschkulisse direkt am Mast hatte ich im letzten Beitrag beschrieben, das ist was anderes.

Formal sieht das mit den Geräusch-Emissionen so aus: die Baugenehmigung definiert die einzuhaltenden Schallpegel beim nächstgelegenen Nachbarn tagsüber (6-22h) mit 65 dB(A) und nachts (22-6h) mit 45 dB(A). Die Anlage kommt mit einem Gutachten mit Messpunkt in 100 Metern Abstand. Die gemessenen Werte liegen laut Gutachten im Bereich der Windstärken 3 bis 11 m/s bei 31 bis 43 dB(A). Oberhalb ist uninteressant weil die Anlage dann ja abgeschaltet wird. Anders ausgedrückt unterschreitet die Anlage das strengere Nacht-Limit bereits ab einem Abstand von ca. 80 Meter. Die Luftlinie zum nächsten Nachbarn beträgt bei uns mehr als 150 Meter. Das höhere Tag-Limit wird bereits bei 10 Meter Abstand eingehalten. Auch wenn man mit seinen Nachbarn grundsätzlich keine Streit haben will, ist die Baugenehmigung für den Betreiber hier also eine wichtige Absicherung der Investition.

Seitdem die Anlage in Betrieb ist gab es ein paar Reaktionen. Wieder alles anekdotisch.

Einmal kam die Frage ob die Anlage einen Lagerschaden hätte. Hintergrund war hier, dass wegen einer falschen Einstellung am Wechselrichter der Rotor eine Nacht frei lief und lediglich durch die Widerstände abgebremst wurde. Also wenig Windgeräusche und hohe Drehzahl. Das hört man dann schon, also berechtigte Frage.

Von vielen hören wird gar nichts und nur die Frage ob alles in Ordnung ist und die Produktion läuft. Vielleicht stört sich der eine oder andere an der Anlage, sagt es aber nicht.

Das häufigste Feedback war unverhofft positiv: ein Nachbar meinte "bei uns wird das Licht immer heller wenn die Anlage läuft", mehrmals haben wir auch gehört "ich freue mich jedes Mal wenn ich das Windrad sehe und es sich dreht". Dazu kommen dann Passanten die sich für das Thema interessieren und sich eine Einführung geben lassen.

Wir hoffen auf jeden Fall, dass wir den einen oder anderen zum Windkraft-Enthusiasten machen konnten. Diejenigen, die es vorher schon waren, können sich jetzt jeden Tag an unserer Kleinwindanlage am Bolbro-Haus erfreuen. :-)

Zurück zur Hauptseite.

In eigener Sache: WindMonitor

Details

Published: 22 January 2024

Wie im Beitrag Monitoring der Anlage bereits beschrieben, wurde unserer Kleinwindanlage um ein vollständiges und smarten Monitoring erweitert. Nach einigen Wochen zusätzlicher Produktentwicklung können wir dieses System nun auch anderen Betreibern von Braun Kleinwindanlagen mit der Kombination aus Schaltschrank und ABB / Fimer Trio Wechselrichter anbieten.

Das System ist professionell aufgebaut und besteht aus Hardware und Software-Komponenten. Konkret beinhaltet das Produkt

• Unterverteiler
• Kleinrechner mit Befestigungsmaterial
• Zusatzplatine WindMonitor
• Netzteil
• Temperatursensor
• Installationsanleitung und Dokumentation
• vorinstallierte und update-fähige Software

Neben den genannten Komponenten werden eine Reihe von Kabeln benötigt (nicht enthalten). Die Installation ist von jedem Elektriker leicht durchzuführen, eine detaillierte Beschreibung der Verdrahtung findet sich in der Installationsanleitung. 

Die komplette Produktbeschreibung, Preise, Infos zur Bestellung findet sich auf http://windmonitor.gps-laptimer.de 

Zurück zur Hauptseite.

Erträge

Details

Published: 16 March 2024

Eigentlich wollte ich diesen Artikel nach einem Jahr Betriebszeit und nach Ablesen des Jahresertrag schreiben. Wegen der Entwicklung des WindMonitor habe ich mich jetzt allerdings so intensiv mit der Systematik der Stromerträge beschäftigt und so viele Daten gesammelt, dass es bereits nach knapp einem halben Jahr Klarheit gibt. ;-) Eine wesentliche Einsicht ist, dass ein Jahresertrag - wenn auch immer gerne genannt - ohnehin eher anekdotischen Charakter hat.

Ich möchte das Thema recht systematisch aufbauen und mit den Einflussfaktoren beginnen. Diese sind im Groben

• Charakteristik / Leistungsfähigkeit der Anlage
• Windverhältnisse auf Nabenhöhe
• technische Betriebszeiten

Die Daten zur Leistungsfähigkeit der Anlage kann man nach relativ kurzer Zeit und durch detailliertes Monitoring erfassen. Der Fokus liegt hierbei auf dem "was hinten raus kommt" und nicht irgendwelchen theoretischen Größen. Wie bereits in früheren Beiträgen in diesem Blog thematisiert, ist z. B. die Nenn- oder Peakleistung der Anlage bei weitem weniger signifikant als z. B. bei der Photovoltaik. Während man bei der PV die Peakwerte oft mehrere Stunden am Tag erreicht, stellt sie bei einer Kleinwindanlage eine Obergrenze dar unterhalb derer die Leistung stetig auf und ab pendelt.

Bei den Windverhältnissen auf Nabenhöhe geht es um die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Windstärken im Jahresverlauf sowie die Volatilität der Windstärken. Beides hängt weitestgehend von der Lage und den Hindernissen in der Umgebung der Anlage ab. Der Einfluss dieses Faktors ist extrem gross und auch der Grund warum es schwer ist, für eine bestimmte Anlage den Ertrag einzugrenzen. In diesem Artikel wird es hauptsächlich um dieses Thema gehen.

Mehr der Vollständigkeit halber noch das Thema Betriebszeiten: steht die Anlage wegen technischer Defekte oder geplanter Abschaltzeiten, hat das natürlich auch einen Einfluss. In den ersten Wochen des Betriebs gab es bei unserer Anlage eine Reihe von ungeplanten Standzeiten - das ist mittlerweile kein Thema mehr. Dazu wird im Sommer die Abschaltung wegen Fledermausflugwetter kommen, womit wir aber noch keine Erfahrung haben.

Oben bereits erwähnt, schauen wir "auf das was rauskommt" in Form einer "typischen stündlichen Systemleistung". 

Das Diagramm ist wie folgt zu lesen: bei Vorliegen einer bestimmten durchschnittlichen Windgeschwindigkeit, liefert die Anlage durchschnittlich eine bestimmte Leistung. Beispiel: bei 8 m/s Durchschnittsgeschwindigkeit entwickelt die Anlage eine durchschnittliche Leistung von 1,4 kW, in einer Stunde also 1,4 kWh. Die Auswertung basiert auf stündlichen Durchschnittswerten. Die Betrachtung stündlicher Durchschnitte ist dabei wichtig um sich der Realität anzunähern. Hat man nämlich in einer Stunde 8 m/s im Schnitt ist das was ganz anderes als eine Zeitpunktbetrachtung.

Bei einer Zeitpunktbetrachtung würde man sehen, dass die Braun Anlage bei 8 m/s 3,5 kW liefert. Real liefert sie sogar stets etwas mehr, das ist aber eben nur die Leistung "unter Laborbedingungen" die man real immer nur ein paar Sekunden vorfindet. In einer Stunde mit 8 m/s im Schnitt wird man aber etwas ganz anderes sehen: die Anlage bekommt z. B. einmal nur 3 m/s, dann aber wieder eine Böe mit 13 m/s die zu einer Abbremsung führt. Wie wir gelernt haben, ist die Leistungsentwicklung auch nicht linear mit der Windgeschwindigkeit, es besteht also ein Unterschied zwischen einer halben Stunde 3 m/s sowie einer halben Stunde 7 m/s und einer ganzen Stunde 5 m/s.

Zurück also zur Diskussion der 1,4 kWh die bei 8 m/s raus kommen: das ist der Wert, der bei einer Langzeitbetrachtung über hunderte Stunden im Mittel bei der betrachteten Anlage zu erwarten ist. Im konkreten Fall, basiert die Mittelwertbildung auf mehr als 2000 stündlichen Messungen. Dabei wurde unter Annahme einer Normalverteilung auch nur ein schmales "Konfidenzinterval" verwertet, Ausreisser nach oben und unten wurden also nicht berücksichtigt. Das spannende an der Gesamtkurve ist, dass abgesehen von der Volatilität des Windes (also konstant bis böig), dieser Werte standortunabhängig ist. D. h., dass man die gezeigten Werten nutzen kann um den Ertrag der Anlage mit jeder beliebigen anderen Windlage zu ermitteln. Sie stellen also die "typische stündliche Systemleistung" dar.

Vielleicht ist jetzt der eine oder andere erschrocken, dass die Leistung bereits bei 8 m/s im Schnitt wieder abfällt. Schliesslich steigt die Kennlinie der Turbine bis 11 m/s weiter bis auf die 7,5 kW Nennleistung an. Wir sehen hier schlicht wieder die Auswirkung eines beschränkten Arbeitsbereiches bei volatilem Wind. Übrigens: bei dem Durchschnittswert für 7 m/s bekommen wir im Schnitt 2.5 kW. Das ist noch fast exakt der Werte der Generator-Kennlinie. Bei einem Durchschnittswert von 7 m/s sind einfach Böen ausserhalb des Arbeitsbereiches sehr selten.

Nachdem wir jetzt wissen, was wir bei bestimmten durchschnittlichen Windgeschwindigkeit zu erwarten haben, benötigen wir für die Ermittlung des Jahresertrag noch die Häufigkeit des Auftretens der genannten Windgeschwindigkeiten. Die sehen wir im folgenden Diagramm. Anders als die letzte Kurve, ist dieses Diagramm sehr standortspezifisch und unterscheidet sich massgeblich an jeder anderen Stelle des Landes. Typisch ist der generelle Trend mit hoher Häufigkeit im unteren Bereich und die zunehmend geringere Häufigkeit für hohen Windstärken.

Unerfreulich ist hier die geringe durchschnittliche Windstärke im Winter 2023 / 2024 von nur 3,7 m/s. Der Windatlas sagt für den Standort 5,5 m/s, meine Vorjahresmessung kam auf 4,5 m/s (alles auf 10 m Höhe). Womit wir aber beim Thema "anekdotisch" sind, mehrjährig wird das vermutlich wieder ganz anders aussehen. Die gute Nachricht für diesen Beitrag ist allerdings, dass wir gleich erfahren werden, was die Anlage bei 3,7, 5,0, 5,8 und 6.0 m/s liefern wird!

Mit der typischen stündlichen Systemleistung und einer gegebenen Windlage kann man nun nämlich die Jahresleistung ausrechnen. Im folgenden Diagramm sieht man nun den Jahresertrag mit der BRAUN ANTARIS 7.5 und der diskutierten Windlage mit einem Jahresmittel von 3,7 m/s:

Bläst der Wind also das ganze Jahr mit 3,7 m/s im Schnitt, erzeugt die Anlage 5320 kWh/a. Mit Hilfe der Simulation kann nun die Windgeschwindigkeit angepasst werden. Dabei werden auftretende Windstärken prozentual erhöht / reduziert, also linear angepasst. Schieben wir das Mittel mal auf 5 m/s, so ergeben sich 6125 kWh:

Nehmen wir die durchschnittliche Jahresprognose an der Nordseeküste mit z. B. 6 m/s, so erhalten wir 6345 kWh, also nur noch eine geringe Änderung. Woran liegt das? Die Anlage ist bei so hohen Windstärken einfach häufiger oberhalb des Arbeitsbereiches, die Mehr-Energie des Windes kann nicht mehr genutzt werden. In der Tat liefert die Anlage bei 5,8 m/s Jahresmittel die besten Erträge, mehr Wind ist schlecht. Hier würde man ggf. einen kleineren Repeller verbauen. 

Bisher haben wir das Thema Volatilität des Windes nur gestreift. Bevor wir zu diesem Thema kommen, findet sich hier der Link um die Simulation mal selbst zu testen: WindMonitor Simulation

Neben der absoluten Windstärke ist deren Änderungshäufigkeit und -stärke die zweite signifikante standortspezifische Eigenschaft. Oben hatten wird das Beispiel eines stündlichen Schnitts von 8 m/s mit Abschwächung bis auf 3 m/s und Böen bis zu 13 m/s. Das ist schon eine hohe Volatilität, bei Stürmen kann es aber noch viel dramatischer aussehen. Ein starker Wechsel führt nicht nur zu zeitweisem Verlassen des Arbeitsbereichs der Turbine, sondern stellt wegen der Be- und Endschleunigungen auch eine hohen Materialbelastung dar. Ein möglichst konstanter Wind ist deshalb positiv und ertragssteigernd.

Schaut man in die Literatur, so werden drei Ursachen für Böen genannte: chaotischen Windbewegungen um Hindernisse, Austausch unterschiedlich warmer Luftschichten (thermische Böen) sowie Effekte in der freien Atmosphäre (Abriss laminarer Strömungen). Auf die erste Ursache hat man bei der Standortwahl Einfluss. Stehen vor oder hinter der Kleinwindanlage hohe Bäume / Häuser, reduziert das nicht nur die Windgeschwindigkeit, sondern erzeugt auch Verwirbelungen und Böen. Ein wichtiges Augenmerk gilt hier der Hauptwindrichtung, aber eben nicht nur.

Die Hauptwindrichtung ist in Deutschland um West, die Windrose im Artikelbild zeigt die starke Dominanz westlicher Winde auch bei unserer Anlage. Die Windlage auf unserer Koppel ist relativ gut, aber nicht perfekt. Relevanter Baumbestand ist in allen Richtungen 100 Meter und mehr entfernt. Bei südlichen Winden stehen die Bäume am nächsten, Winde aus der Richtung sind aber meistens schwach und deshalb für den Ertrag nicht ausschlaggebend. Die Landschaft rund um die Koppel ist allerdings hügelig, das führt zu Böen.

Die Auswirkung der Volatilität auf den Ertrag ist sehr gross. Mit Blick auf das erste Diagramm mit der typischen stündlichen Systemleistung sieht man neben der durchschnittlichen Leistung je Windstärke den von-bis Bereich in weiß. Bei 8 m/s treten je nach Volatität Erträge zwischen fast 0(!) und 3,5 kWh auf. Gerade bei höheren Windgeschwindigkeiten spreizt sich das Ertragsspektrum stark. Die Auswirkungen unterschiedlicher Volatilität lässt sich mit der WindMonitor Simulation ebenfalls, zumindest qualitativ, erforschen.