Solarfreundliche Windkraftanlage auf dem Dach soll alle Chancen übertreffen

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Windenergie-Innovatoren haben schon lange davon geträumt, Windenergie von Dächern zu gewinnen, doch die Umsetzung auf dem Massenmarkt verlief nur langsam. Das könnte sich bald ändern. Ein US-Startup hat ein Geschäftsmodell entwickelt, das das Know-how der Solarbranche nutzt, um die Kosten für die Installation von Windkraftanlagen auf Dächern zu senken, und es hat die Aufmerksamkeit des US-Energieministeriums auf sich gezogen.

Die kleine Windturbinen-Herausforderung

Ob auf Dächern oder nicht, die größte Herausforderung im Bereich der Kleinwindkraftanlagen ist die Entwicklung einer wirtschaftlichen Möglichkeit, Energie aus langsameren Windgeschwindigkeiten zu gewinnen. Anstelle von hohen Türmen und massiven Rotorblättern, die weit über dem Boden optimale Windgeschwindigkeiten erreichen können, müssen kleine Windkraftanlagen das Beste aus dem Wind machen, der näher am Boden verfügbar ist.

Die Nähe zum Boden schränkt auch die Größe der Rotorblätter ein, was eine weitere technische Herausforderung darstellt.

Hier in den USA wurde die Kleinwindturbinenindustrie Anfang der 2000er Jahre durch einen Mangel an Standards und Transparenz behindert, bis das National Renewable Energy Laboratory des Energieministeriums in Colorado einschritt und ein Testprogramm für Kleinwindanlagen startete. Es folgte die Gründung der Small Wind Certification Council in 2008.

Überall kleine Windkraftanlagen

Allerdings ist es immer noch eine Herausforderung, das Wachstum der Kleinwindturbinenindustrie anzukurbeln. Verglichen mit der rasant steigenden Attraktivität von Solaranlagen auf Dächern und anderen kleinen Solaranlagen war die Nutzung kleiner Windkraftanlagen schwer zu verkaufen.

Das Energieministerium hat seine Kleinwindbemühungen auf ländliche oder halbländliche Anwendungen konzentriert, bei denen kleine Windturbinen auf Türmen montiert werden können. In seinem Windmarktbericht 2023 stellte das Energieministerium fest, dass die Landwirtschaft derzeit eine Vorreiterrolle spielt Wachstum in der Kleinwindindustrie.

Das Energieministerium ist außerdem entschlossen, Kleinwindanlagen für den Hausgebrauch bereitzustellen. „Wenn Sie in Ihrer Region über genügend Windressourcen verfügen und die Situation stimmt, kleine Windkraftanlagen sind eines der kostengünstigsten erneuerbaren Energiesysteme für Privathaushalte – ohne Emissionen und Umweltverschmutzung“, schwärmen sie in einer Online-Fibel.

Die Chance für eine Windkraftanlage auf dem Dach

Die Förderung kleiner Windkraftanlagen für die Installation auf Dächern eröffnet ein völlig neues Spektrum an Möglichkeiten.

Zunächst einmal bringt die Installation auf dem Dach eine weitere Ebene technischer Herausforderungen mit sich, um zu verhindern, dass Vibrationen und Lärm das Host-Gebäude beeinträchtigen.

“Auch, die Windressource auf dem Dach befindet sich in einem Bereich mit erhöhter Turbulenz, was die Lebensdauer der Turbine verkürzen und die Energieproduktion verringern kann“, stellte das Energieministerium fest. „Zusätzliche Kosten im Zusammenhang mit der Beseitigung dieser Bedenken sowie die Tatsache, dass sie weniger Strom produzieren, machen auf Dächern montierte Windkraftanlagen weniger kosteneffektiv als kleine Windkraftanlagen, die auf einem mit dem Boden verbundenen Turm installiert werden.“

Das sind die schlechten Nachrichten. Die gute Nachricht ist, dass Windkraftanlagen auf Dächern nahezu die einzige Möglichkeit sind, mehr Kleinwindenergie in Städten einzuführen, in denen Land für Turbinentürme knapp ist. Und da die Wissenschaft Herausforderungen liebt, entstehen Lösungen.

Ein neues Geschäftsmodell für Windkraftanlagen auf Dächern

Das bringt uns zum US-Startup Wind beschleunigen. Die CEO und Gründerin des Unternehmens, Erika Boeing, kam auf die Idee, Windturbinen auf Dächern mit der Solarindustrie auf Dächern zu kombinieren, um die Kosten effektiv zu senken, und erregte damit die Aufmerksamkeit des Inkubators Chain Reaction Innovations (CRI) am Argonne des Energieministeriums National Laboratory in Illinois, in der Nähe der windigen Stadt Chicago.

Im Rahmen des Accelerate-Aufenthalts am CRI wurde in einem Gebäude auf dem Argonne-Campus ein Prototyp des Windturbinensystems auf dem Dach des Unternehmens installiert, das aus zwei Teilen besteht: einem windfangenden Tragflächenprofil, das über der Dachkante hängt, und Kostensenkung Verbesserungen an der Windkraftanlage.

Das Tragflächenprofil „fängt und kanalisiert den Wind, der am Dachrand aufgrund der Druckunterschiede zwischen der Gebäudefront und dem Dach natürlicherweise schneller ist“, erklärt Argonne. „Wind mit höherer Geschwindigkeit wird auf die Turbine gerichtet, was eine vierfache Leistungssteigerung im Vergleich zur Installation ohne Tragflügel ermöglicht.“

Zu den von Argonne beschriebenen kostensenkenden Verbesserungen bei Windkraftanlagen gehören ein integriertes Energiezwischenspeichersystem und eine Lieferkette, die allgemein verfügbare Komponenten nutzt.

„Mit einer neuartigen Systemkonfiguration, die darauf ausgelegt ist, die Winderfassung und -umwandlung zu maximieren, „Der Turbinenprototyp könnte die Kosten für Windenergie um 60 Prozent oder mehr senken und die Windenergieerzeugung auf Dächern zu einer kosteneffektiven Option machen“, schwärmt Argonne.

Der Solaranschluss auf dem Dach

Neue Technologie ist nur ein Teil der kosteneffektiven Gleichung für Windkraftanlagen auf dem Dach. So wie Genehmigungs-, Arbeits-, Marketing- und andere „weiche Kosten“ einen erheblichen Beitrag zu den Gesamtkosten für die Installation einer Solaranlage auf dem Dach leisten, spielen sie auch bei Windkraftanlagenprojekten auf dem Dach eine Rolle.

In einer auf der Argonne-Website veröffentlichten Erklärung betonte Boeing die Aufmerksamkeit von Accelerate für weiche Kosten.

„Accelerate Wind ist der erste, der wirklich durchdacht die Kostengleichung „Wir wollen die Entwicklung von Windkraftanlagen auf Dächern ganzheitlich betrachten und dabei die Energiegewinnung am Rande, die Leistungselektronik und die weichen Kosten im Zusammenhang mit Verkauf und Installation angehen“, sagte sie. „Diese Lösung wird es der Windenergie ermöglichen, neben dem Markt für Dachsolaranlagen, der heute eine erhebliche Marktdurchdringung aufweist, auf dem Markt zu wachsen.“

Der Huckepack-Effekt tritt auf zwei verschiedene Arten in Erscheinung. Zunächst konzipierten Boeing und ihr Team die Installation ihrer Windkraftanlage auf dem Dach so, dass sie mit den Solaranlagen auf dem Dach übereinstimmt, wodurch die Möglichkeit geschaffen wurde, Solarinstallateure übergreifender zu schulen.

Zweitens lässt die Platzierung des Tragflächenprofils und der Windkraftanlage am Dachrand viel Platz für Solaranlagen auf dem Dach, sodass Gebäude tagsüber Sonnenenergie gewinnen können, während die Windkraftanlagen auf dem Dach nachts für saubere Kilowatt sorgen.

Abgerundet wird das Bild durch ein modulares System, das dem in der Solarindustrie auf Dächern eingesetzten System ähnelt und es Gebäudeeigentümern ermöglicht, ihre Windkraftanlagen auf die richtige Größe anzupassen.

Ausrichtung von Windkraftanlagen auf Dächern auf Gewerbegebäude

Accelerate Wind hat eine Chance auf dem Markt für Gewerbegebäude erkannt, wo sich Solaranlagen auf Dächern bereits fest etabliert haben. Wie Argonne anmerkt, verfügen die meisten Gewerbegebäude nicht über genügend Dachfläche für eine Solaranlage, die groß genug ist, um ihren gesamten Energiebedarf zu decken. Windkraftanlagen auf Dächern könnten helfen, die Lücken zu füllen.

Trotz der Herausforderungen scheint es für Windkraftanlagen auf Dächern gut zu gehen. Letztes Jahr wurde Accelerate von der Amazon Web Services-Abteilung von Amazon für die Teilnahme ausgewählt Accelerator für nachhaltige Städte. Es wurde auch für ein Stipendium des I. ausgewähltErneuern Sie Alabama Programm und sein Pilotprojekt in Argonne brachten ihm einen Platz in der Federal General Services Administration ein Grünes Testgelände Programm.

Die von Accelerate übernommene Tragflächenstrategie hat auch einige Merkmale mit Windkraftanlagen mit Kanalisierung gemeinsam, die eine Art Haube oder Mantel verwenden, um mehr Windenergie in die Rotorblätter zu leiten. Auch in diesem Bereich scheint es reges Treiben zu geben.

Darüber hinaus könnte das Inflation Reduction Act einige dringend benötigte Anreize bieten, um kleine Windkraftanlagen aus der Marketingflaute zu befreien. Bleiben Sie also auf dem Laufenden, um mehr darüber zu erfahren.

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Foto: Eine innovative neue Windkraftanlage auf dem Dach nutzt ein Tragflächenprofil Fangen Sie mehr Windenergie in geringer Höhe ein (Mit freundlicher Genehmigung des Argonne National Laboratory).