Schattenwurf von Windenergieanlagen
Ansprechpartner:
M.Eng. C. Hoffmann
M.SC R. Gradewald
Bei der Planung und dem Betrieb von Windenergieanlagen (WEA) ist neben der Schallemission auch der bei Sonnenschein auftretende Schattenwurf der WEA auf benachbarte Grund- oder Flurstücke und Fensterflächen (Immissionspunkt) zu beachten. Die entscheidende Besonderheit ist dabei der bei Wind auftretende schnelle Wechsel von Licht und Schatten durch die sich bewegenden Rotorblätter.
Zur Berechnung des ganzjährigen Schattenverlaufs von Windenergieanlagen wurde von der WIND-consult das Applikationsprogramm SHADOW entwickelt, das im Rahmen der Planungsdienstleistungen angewendet wird. Das Verfahren basiert auf:
- den allgemein bekannten sphärisch-trigonometrischen Beziehungen zum Sonnenstand,
- den Gesetzen der ebenen Trigonometrie zur Berechnung der Beschattungsdauer des Immissionspunktes/-ortes durch den WEA-Rotor
- einem Ansatz von BEHR [Licht und Schatten; WIND-KRAFT JOURNAL 3/92] zur Ermittlung der wahrscheinlichen Beschattungsdauer
- langjährigen regionalen Klimadaten zur Sonnenscheindauer und Windrichtungsverteilung
Bezüglich des Immissionsortes wird eine Standardfläche in einer Größe von 1 m x 1 m bzw. ein Immissionspunkt zugrundegelegt. Das Verfahren erlaubt aber auch Schattenberechnungen für beliebig große Teilflächen. Außerdem wird neben der astronomischen auch die klimastatistisch zu erwartende wahrscheinliche (reale) Beschattungsdauer ermittelt.
Eingangsgrößen für das Berechnungsmodell sind die geographische Lage des WEA-Standortes, die Koordinaten der WEA und des Immissionspunktes (Höhe: 2 m ü. G.) bzw. die Eckpunkte der jeweiligen zu beurteilenden Teilfläche sowie die WEA-Parameter (Nabenhöhe, Rotordurchmesser).
Die Ergebnisse der Berechnungen werden als Grafiken und in tabellarischer Form aufbereitet:
- Darstellung des jährlichen Schattenfeldes in grafischer Form (siehe Abbildung),
- Tabellarische Darstellung der astronomisch möglichen (jährlichen und täglichen) Beschattung, der wahrscheinlichen jährlichen Beschattung sowie der Jahreszeit und der mittleren Tageszeit der Beschattung,
- Kalendarische Einzelübersicht der Immissionsorte über den astronomisch möglichen Zeitraum der Beschattung,
- Tabellarische Übersicht über die eventuell erforderlichen Abschaltzeiten
Auf der Grundlage des Berechnungsprogramms zum Schattenverlauf von WEA wird z. B. Betreibern, Planungsbüros und Genehmigungsbehörden eine Dienstleistung angeboten, die eine Beurteilung und Optimierung von WEA-Standorten ermöglicht.