Kleinwindanlagen

Energie

Kleinwindanlage auch für schwachen Wind

Neu entwickelter Rotor bringt selbst bei schwachem Wind starke Leistung

15. Oktober 2025, Lesezeit: 3 Min.

Quelle: https://www.scinexx.de/news/energie/kleinwindanlage-auch-fuer-schwachen-wind/

Kleinwindanlage im Windkanaltest

Kleinwindanlage in Leichtbauweise: Durch die Optimierung der Bauweise und Aerodynamik erreicht das Windrad schon bei schwachem Wind bis zu 450 Umdrehungen pro Minute. © Fraunhofer IAP

Windstrom aus dem eigenen Garten: Eine neu entwickelte Kleinwindanlage für den Eigengebrauch funktioniert selbst bei schwachem Wind – und erreicht dennoch einen hohen Wirkungsgrad. Möglich wird dies dank optimierter Leichtbauweise und Rotorform. Eine weitgehend automatisierte Fertigung könnte sie zudem relativ günstig herstellbar machen. Sie ist daher ideal für Privathaushalte oder Kleinunternehmen geeignet. Die ersten Prototypen werden zurzeit in Brandenburg aufgebaut und getestet.

Windkraft ist neben Photovoltaik die erneuerbare Energie mit dem größten Potenzial. Bisher konzentriert sich die Nutzung der Windenergie zur Stromgewinnung allerdings vor allem auf größere Windanlagen und Windparks. Dabei könnten dezentrale Kleinanlagen ähnlich wie Solaranlagen auch für Privatnutzer Strom erzeugen und über eine gekoppelte Elektrolyse sogar Wasserstoff zum Heizen. Bisher sind geeignete Windräder im kleinen Maßstab allerdings Mangelware.

Rotor-Fertigung

Neuartige Schwachwind-Rotoren könnten Kleinwindkraftanlagen für den Privatgebrauch auch in windschwachen Regionen möglich machen.

© Fraunhofer IAP

Das Problem: Kleinere Windräder müssen besonders leichtgängig und effizient sein, um trotz ihrer geringeren Rotorgröße auch bei schwächeren Winden Strom zu produzieren. An einer Lösung arbeitet schon seit einiger Zeit ein Team des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP. „Unser Ziel ist es, die Kraft des Winds so wirksam wie möglich für die Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen“, sagt Marcello Ambrosio vom IAP. Bereits 2021 entwickelten sie dafür spezielle Rotoren aus Faserverbundstoff.

Extreme Leichtbauweise und automatisierte Fertigung

Jetzt gibt es weitere Fortschritte: „Wir haben die aerodynamische Auslegung der Rotorblätter und das Fertigungsverfahren optimiert“, erläutert Ambrosio. Die Rotorblätter der Kleinwindanlage bestehen aus zwei Faserverbundschalen in Leichtbauweise. Während gängige Konstruktionen mit einem Schaumkern gefüllt sind, bleiben die neu entwickelten Rotoren innen hohl. Dadurch reduziert sich das Gesamtgewicht um bis zu 35 Prozent, wie das Team erklärt.

Um die Kleinwindanlagen möglichst günstig zu machen, haben die Forschenden das Fertigungsverfahren für die Rotoren stark automatisiert. Sie nutzen einen industriellen 3D-Drucker, um die Form für die Rotorblätter zu erzeugen. Dann kleidet eine automatisierte Anlage diese Form mit Faserstreifen aus und tränkt sie mit Harz. Wie Ambrosio und seine Kollegen erklären, sichert dies hohe Qualität, reduziert im Vergleich zur Handverlegung die Überlappungen und ermöglicht es, die Maße der Bauteile zu verringern.

Hohe Leistung schon bei schwachem Wind

Das Resultat sind Rotoren, die leicht sind und die dank ihrer speziellen Form selbst schwache Winde einfangen und nutzen können. Erste Tests im Windkanal ergaben: Der Rotor beginnt schon bei der geringen Windgeschwindigkeit von 2,7 Meter pro Sekunde, sich zu drehen. Das entspricht knapp zehn Kilometern pro Stunde. Die Anlaufgeschwindigkeit für vergleichbare Systeme beträgt vier Meter pro Sekunde, wie die Forschenden erklären.

In den Tests erreichte das neu entwickelte Windrad bis zu 450 Umdrehungen pro Minute. Mit der Leistung von 2.500 Watt bei einer Windgeschwindigkeit von zehn Meter pro Sekunde ist es im Durchschnitt 83 Prozent leistungsstärker als Vergleichssysteme auf dem Markt, so Ambrosio und sein Team. Die Anlage erreicht einen Wirkungsgrad von 53 Prozent. „Physikalisch sind maximal 59 Prozent möglich“, ordnet Ambrosio die Messdaten ein. Dennoch sind die Rotoren dank ihres speziellen Laminataufbaus stabil genug, um auch Starkwinden standzuhalten.

„Wir haben die einzelnen Schichten des Verbundwerkstoffs so gestaltet, dass sich die Rotorblätter bei Sturm elastisch verbiegen und aus dem Wind drehen“, berichtet Ambrosio. Die Anlage drosselt dadurch automatisch die Rotationsgeschwindigkeit und ist geschützt vor Überlastung. Auf komplizierte Steuertechnik und aufwändige Mechanik kann somit verzichtet werden.

Praxistest für Prototypen läuft

„Effiziente Kleinwindanlagen leisten einen wichtigen Beitrag für eine unabhängige Energieversorgung“, sagt Raúl Comesaña Macias von der BBF Gruppe. Als Projektentwickler und Bauunternehmen sind sie an einem Pilotprojekt beteiligt, bei dem fünf Prototypen der Kleinwindanlage an verschiedenen Standorten in Brandenburg aufgebaut werden sollen. Dies soll zeigen, wie sich der Standort und die Höhe der Anlage auf die Leistung auswirken.

Als nächste Schritte plant das Team, die Rotoren weiter zu optimieren. Außerdem soll geprüft werden, ob sich die Leichtbaustrukturen auch aus Monomaterial statt Verbundwerkstoffen herstellen lassen. Solche Bauteile lassen sich leichter recyceln und tragen dazu bei, die Umweltbilanz von Leichtbaulösungen zu verbessern.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

15. Oktober 2025 - Nadja Podbregar