Anton Holzerbauer

• Die Nachfrage nach erneuerbaren Energien wächst stetig in den letzten Jahren. Es herrscht ein regelrechter weiterhin andauernder Boom in Bezug auf Stromerzeugung für den eigenen Haushalt, beispielsweise in Form von Photovoltaikanlagen zur Eigenstromerzeugung. Diese sind jedoch anfällig für Verschattung und nur bei Sonnenschein tagsüber wirksam und produzieren bei Abschirmung der Sonneneinstrahlung - sei es durch Schatten von Bäumen, durch Schnee im Winter oder durch starke Bewölkung - nur noch einen Bruchteil ihrer Nennleistung. Um diese Umstände puffern zu können kommt in vielen Fällen nur ein kostenintensiver Stromspeicher in Frage. Je nach Aufstellungsort sind PV-Systeme auch aufgrund der Ausrichtungsmöglichkeiten unter Umständen nicht sehr effektiv einsetzbar, weshalb Kleinwindkraftanlagen zur Eigenstromerzeugung für den Haushalt eine mögliche Alternative beziehungsweise sinnvolle Ergänzung darstellen können. Ziel dieser Masterarbeit ist es, zu beurteilen wie sinnvoll der Einsatz von Kleinwindkraftanlagen (KWKA) zur Stromerzeugung im privaten Bereich beziehungsweise an spezifischen Standorten ist. Im Zuge dieser Arbeit werden die für Kleinwindkraftanlagen in Österreich gültigen gesetzlichen Vorgaben beziehungsweise Normen beleuchtet und zusammengefasst. Im Zuge dessen, werden die Vorschriften für Kleinwindkraftanlagen mit den Vorschriften zur Errichtung von beispielsweise PV-Anlagen oder Balkonkraftwerken verglichen und die Unterschiede ausgearbeitet. Weiters werden die unterschiedlichen Bauformen von Windkraftanlagen erläutert und anhand ihrer spezifischen physikalischen Eigenschaften und Geometrie für den Einsatz im Kleinwindkraftbereich bewertet. Die wohl bekannteste und häufigste Bauform von KWKA ist die Horizontalachswindturbine (HAWT). Diese Bauform wird vor allem bei Großwindkraftanlagen genutzt und ist daher die wohl bekannteste Bauform für Windkraftanlagen. Im Gegensatz dazu kommen für kleine Windkraftanlagen für den Privatgebrauch jedoch vertikale Bauformen (VAWT) ebenfalls in Frage, da diese zum einen optisch für viele Menschen ansprechender sind und zum anderen den Vorteil bieten, dass diese KWKA-Bauform den Wind von jeder beliebigen Richtung aufnehmen können und somit keine Windnachführung notwendig ist. Im praktischen Teil dieser Masterarbeit wird ein Konzept für ein Kleinwindkraftanlagenmodell erarbeitet, welches mit einem 3D-Modellierungsprogramm für die Herstellung mittels 3D-Druck konstruiert wird. Im Zuge dessen wird für dieses wird ein Konzept für einen Messaufbau ausgearbeitet. Zusätzlich wird ein Messaufbau realisiert, der es ermöglicht über langfristige Zeiträume Wetterdaten wie Windgeschwindigkeit, Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck zu messen und somit festzustellen, ob der Standort für die Installation einer Kleinwindkraftanlage geeignet ist. Für dieses Modell werden im weiteren Verlauf Möglichkeiten zur Messung von Werten wie Spannung, Strom und Drehzahl evaluiert, die es ermöglichen, die Effizienz der KWKA-Varianten zu bewerten. Hierfür wird das Modell so konstruiert, dass der Rotor mit unterschiedlichen Anordnungen der Rotorblätter beziehungsweise ein austauschbarer Rotor genutzt werden kann. Weiters wird zur Veranschaulichung der Unterschiede von Horizontalachs- und Vertikalachs-Windkraftanlagen von beiden Typen je ein 3D-Modell erstellt.
• The demand for renewable energies is steadily increasing. In recent years, there has been a significant boom when it comes to own energy production for private households. For example, photovoltaic systems that are used by private homeowners to generate their own electricity in order to become more independent of energy supply companies are widely in use already. However, these are susceptible to external influences like shading and are only effective during the day when the sun is shining. They only produce a fraction of their rated power when the sunlight is blocked from directly shining on the panels, whether by the shade of trees, by snow in winter or by heavy cloud coverage. Depending on the installation location and the orientation possibilities, their effectiveness may be limited. For this reason, small wind turbines for households can be a possible alternative or useful addition to producing their own electricity.The aim of this master’s thesis is to evaluate the potential of small wind turbines to generate electricity in the private sector and which designs fit best for the demands in private households. In the course of this work, the legal requirements and standards applicable to small wind turbines in Austria are examined and summarized. In this thesis, the regulations for small wind turbines are also compared to the regulations for the installation of, e.g., PV systems or balcony power plants and their differences are being evaluated. Furthermore, the different designs of wind turbines, such as horizontal axis wind turbines (HAWTs) or vertical axis wind turbines (VAWTs), are explained and evaluated for application in the small wind power sector based on their specific physical properties.In the practical part of this master’s thesis, a concept for a small wind turbine model is developed, which is designed using a 3D modeling program, designed to be primarily manufactured through 3D printing. For this model, a concept for a measurement setup is being developed to enable measurements to determine the efficiency of the model. For the model, different methods for measuring values such as voltage, current, power, and rotational speed will be evaluated, allowing the efficiency of the different wind turbine rotor variants to be assessed. For this purpose, the model is constructed in a way that the rotor can be exchanged or used with different arrangements of the rotor blades. In addition, a measurement setup will be implemented that will allow long-term measurements of weather data such as wind speed, temperature, humidity, and air pressure, thus determining whether the site is suitable for the installation of a small wind turbine. Furthermore, a 3D model of each type is created to illustrate the differences between horizontal axis and vertical axis wind turbines.