Der erste aus Wind erzeugte Strom wurde von einer Maschine produziert, die von Charles F. Brush in Cleveland, Ohio, im Jahre 1888 erbaut wurde. Sie hatte eine Nennleistung von 12 kW (DC – Gleichstrom). Die Gleichstromerzeugung wurde in Form von kleinen (nicht netzgekoppelten) Insel-Windkraftanlagen bis in die 30iger Jahre fortgesetzt, als die ersten großen Wechselstromanlagen in den USA gebaut wurden. Danach erlahmte das Interesse bis in die 70iger Jahre, als die Ölkrise einen Neuanstoß für Forschung und Entwicklung in Nordamerika (USA und Kanada) und Europa (Dänemark, Deutschland, den Niederlanden, Spanien, Schweden und Großbritannien) gab. Moderne Windkraftanlagen sind hochentwickelte Maschinen, die Technologien auf dem neuesten Stand einsetzen, angefangen von Verbesserungen in der aerodynamischen und strukturellen Konstruktion, Werkstofftechnik sowie Maschinen-, Elektro- sowie Steuer und Regeltechnik, und mehrere Megawatt an Strom zu produzieren vermögen. In den 80iger Jahren sanken die Kapazitätskosten erheblich und die Windenergie wurde wirtschaftlich zu einer reizvollen Möglichkeit für die kommerzielle Stromproduktion. Große Windparks oder Windkraftstationen sind in vielen westlichen Ländern inzwischen ein vertrauter Anblick.
In weiten Gebieten der Erde herrscht eine mittlere Jahreswindgeschwindigkeit von über 4-5 m/s (Metern pro Sekunde), was die Stromerzeugung aus Kleinwindkraftanlagen durchaus attraktiv erscheinen lässt. Bevor jedoch eine Entscheidung über die Eignung des beabsichtigten Standortes getroffen wird, ist es wichtig, an genaue Daten über die Windgeschwindigkeit zu gelangen.
Die Windleistung verhält sich proportional zu:
Die Windleistung wird mit folgender Formel berechnet:
P = 0,5 x rho x A x V3
Dabei ist
Dabei ist die Tatsache von hoher Bedeutung, dass die Leistung sich proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit verhält. Beispielsweise steigt bei einer Verdoppelung der Windgeschwindigkeit die Windleistung um den Faktor acht an. Deshalb lohnt es sich, einen Standort mit einer relativ hohen Durchschnittsgeschwindigkeit zu finden.
Obwohl uns die obige Gleichung die Windleistung angibt, ist die tatsächliche Leistung, die wir dem Wind entziehen können, beträchtlich geringer, als es die Zahl suggerieren mag. Die tatsächliche Leistung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Anlagentyp und der Rotoranlage, der Perfektion der Blattkonstruktion, den Reibungsverlusten oder den Verlusten in der Pumpanlage und anderen mit der WEA verbundenen Geräten. Dem Leistungsbetrag, der dem Wind realistischerweise entzogen werden kann, sind auch physikalisch Grenzen gesetzt. Theoretisch lässt sich demonstrieren, dass jede Windmühle nur maximal 59,3% der Leistung des Windes entnehmen kann; (dies ist als Betz’sches Gesetz bekannt). Tatsächlich beträgt diese Zahl gewöhnlich (maximal) etwa 45% bei einer großen Strom produzierenden Anlage und 30% bis 40% bei einer Windpumpe.
Wir können also die Formel für ‚Energie aus dem Wind’ dahingehend modifizieren, dass wir sagen, die von der Windkraftanlage erzeugte Leistung kann durch folgende Formel wiedergegeben werden:
Pm = 0,5 x Cp x rho x A x V3
Dabei ist
Mehrere wichtige Windgeschwindigkeiten sind zu berücksichtigen: