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Windverhältnisse für Windkraftanlage prüfen

Sind die Windverhältnisse an meinem Standort gut genug, um die Investition einer kleinen Windkraftanlage zu rechtfertigen? Das ist eine wichtige Frage, die nicht immer leicht zu beantworten ist. Das Windaufkommen kann in einem Gebiet von nur wenigen Kilometern aufgrund lokaler Geländeeinflüsse auf die Windströmung erheblich variieren. Dennoch gibt es Schritte, die Sie unternehmen können, um die obige Frage zu beantworten.

Die höchsten durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten in Deutschland findet man im Allgemeinen entlang der Küsten und auf Bergkämmen. Viele Gebiete verfügen jedoch über Windressourcen, die stark genug sind, um ein kleines Windturbinenprojekt wirtschaftlich machbar zu machen.

Der deutsche Wetterdienst hat Kartenmaterial mit umfangreichen Aufzeichnungen über die Windverhältnisse veröffentlicht. Diese zeigen, dass vielerorts die Nutzung von Windenergie möglich ist.

windkarte nord
Windverhältnisse Norddeutschland – Quelle: Deutscher Wetterdienst – Aufzeichnungen 1981-2000

Auch wenn es viele Methoden gibt, um die Windressourcen an einem bestimmten Standort zu verstehen, ist die Erfassung von gemessenen Winddaten vor Ort in der Regel vorzuziehen.

Recherche der Windverhältnisse

Karten können zwar einen allgemeinen Hinweis auf gute oder schlechte Windressourcen geben, haben aber keine ausreichende Auflösung, um lokale Standortmerkmale zu erkennen. Staatliche Windkarten können keine Informationen über komplexes Gelände, Bodenbedeckung, Windgeschwindigkeitsverteilung, Richtungsverteilung, Turbulenzintensität und andere lokale Effekte enthalten.

Achten Sie auf die Höhe der Karte über dem Boden, da sie sich auf die Turmhöhe des potenziellen Projekts bezieht. Die Anpassung der Windgeschwindigkeit an den Höhenunterschied zwischen der Karte und der Turbinenhöhe stellt je nach gewähltem Ort  eine potenzielle Fehlerquelle dar, und je größer der Höhenunterschied ist, desto größer ist der potenzielle Fehler. Daher sind für kleine Windkraftanlagen 30- bis 40-m-Windkarten viel nützlicher als 10-, 60-, 80- oder 100-m-Windkarten. Es ist auch wichtig, die Auflösung der Windkarte oder des modellgenerierten Datensatzes zu kennen. Wenn die Auflösung geringer ist als die Geländemerkmale, sind Anpassungen erforderlich, um lokale Geländeeffekte zu berücksichtigen.

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Windverhältnisse Mitteldeutschland – Quelle: Deutscher Wetterdienst – Aufzeichnungen 1981-2000

Daten lokaler Flughäfen und Wetterstationen nutzen

Auch lokale Flughäfen oder Wetterstationen können lokale Winddaten liefern, die jedoch weniger zuverlässig sein können als die tatsächlichen Standortdaten. Wenn Flughafendaten (in der Regel in einer Höhe von 10 m über dem Boden) oder Daten von Wetterstationen (in der Regel in einer Höhe von 3 bis 8 Meter über dem Boden) verwendet werden, erkundigen Sie sich nicht nur nach der aktuellen Ausrüstung und der Höhe des Standorts, sondern auch danach, ob er historisch mit dem Standort der Datenerfassung übereinstimmt.

Die Ausrüstung an diesen Standorten ist nicht in erster Linie für die Bewertung von Windressourcen gedacht. So dass sie möglicherweise nicht in einer angemessenen Höhe oder an einem hindernisfreien Standort angebracht ist. Leider sind Flughafen- und Wetterstationen in der Regel weit von dem Ort entfernt. Zudem weisen sie erhebliche Unterschiede in Bezug auf örtliche Gegebenheiten, Baumbewuchs und Messhöhe auf, so dass die Nützlichkeit dieser Daten fraglich ist.

In Anbetracht der Fachkenntnisse, die erforderlich sind, um Windressourcendaten effektiv zu ermitteln und zu korrelieren, können die von Flughafen- und Wetterstationen gelieferten Daten aber zumindest eine grobe Einschätzung der Windverhältnisse und des Potentials liefern.

Die durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten nehmen mit der Höhe zu. Sie können bei einer typischen Nabenhöhe von 24 m um 15 bis 25 % höher sein als die an den Anemometern der Flughäfen gemessenen Werte.

Vegetation als Anhaltspunkt der Windverhältnisse

Eine weitere nützliche indirekte Messung der Windressourcen ist die Beobachtung der Vegetation in einem Gebiet. Bäume, vor allem Nadelbäume oder immergrüne Bäume, können durch starke Winde dauerhaft verformt sein. Diese Verformung nennt man „Beflaggung“. Man kann sie ebenso verwenden, um die durchschnittliche Windgeschwindigkeit für ein Gebiet zu schätzen.

Die Beflaggung, d. h. die Auswirkung starker Winde auf die Vegetation in einem Gebiet, kann bei der Bestimmung der Windgeschwindigkeit in einem Gebiet helfen. Staatliche Förderprogramme oder Programme von Energieversorgern können Sie möglicherweise an Standortgutachter verweisen, die in der Bewertung von Windressourcen geschult sind.

Es gibt auch Computerprogramme, die das Windaufkommen an einem bestimmten Standort unter Berücksichtigung bestimmter Hindernisse schätzen. Standortgutachter und Computerprogramme können helfen, die Schätzungen auf den Windressourcenkarten zu verfeinern.

Windkarte Süddeutschland
Windverhältnisse Süddeutschland – Quelle: Deutscher Wetterdienst – Aufzeichnungen 1981-2000

Messen der Windverhältnisse vor Ort

Die Datenerfassung vor Ort verleiht den oben genannten Vorgehensweise eine neue Ebene des Vertrauens. Jedoch ist diese mit erheblichen zusätzlichen Kosten, Anstrengungen und Zeitaufwand verbunden. Insbesondere wenn die bevorzugte Methode darin besteht, die Nabenhöhe der Turbinen abzugleichen und Daten über einen Zeitraum von mindestens einem Jahr zu erfassen. Besser ist es, Daten über mehrere Jahre zu sammeln. Oder zumindest ein Jahr, das mit einem längerfristigen Datensatz verglichen werden kann, wenn eine gute Korrelation mit den Daten vor Ort besteht. Es gibt eine Reihe kleiner, erschwinglicher Winddatenerfassungssysteme für Messungen vor Ort, die am besten mindestens ein Jahr lang betrieben werden. Diese Systeme umfassen Anemometer, Windfahnen und Temperatursensoren, die so nah wie möglich an der Nabenhöhe angebracht sind. Die Berechnungen erfordern die Erfassung von Windscherungsdaten in zwei verschiedenen Höhen. Windscherungsdaten sind für eine genaue Analyse der Kosten und Vorteile höherer Türme unerlässlich.

Darüber hinaus muss eine Analyse durchgeführt werden, um die Durchschnitts- und Extremwerte der Windgeschwindigkeit, die Windverteilung, die Weibull-Parameter, die Windrichtungsrose, die Turbulenzintensität, den vertikalen Windscherungsdaten und die damit verbundenen Unsicherheiten zu bestimmen.

Der ultimative Tipp: Benachbarte kleine Windkraftanlagen

Wenn es in Ihrer Gegend eine kleine Windturbinenanlage gibt, können Sie möglicherweise Informationen über die jährliche Leistung der Anlage und, falls verfügbar, auch über die Windgeschwindigkeit vor Ort von deren Eigentümer erhalten.