DR.-ING. FRANK DRÖSCHER TECHNISCH ER UMWELTSCHUTZ

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1 Umweltgutachten Genehmigungen Betrieblicher Umweltschutz Tower Finow GmbH Beurteilung der möglichen Blendwirkung eines Solarparks und dessen thermischen Effekte Ingenieurbüro für Technischen Umweltschutz Dr.-Ing. Frank Dröscher Lustnauer Straße Tübingen Ruf / Fax / am Verkehrslandeplatz Eberswalde-Finow Projekt: 1254 Dieser Bericht umfasst 34 Textblätter März 2011

2 Inhaltsverzeichnis 1 Aufgabenstellung 3 2 Vorhaben und Lage des Standortes 4 3 Beschreibung der Photovoltaikanlagen 9 4 Blendwirkung Allgemeines zu Licht und Blendung Methodik und Modellbeschreibung Beurteilungskriterien Blendwirkung für Flugsicherungspersonal im Kontrollturm Blendwirkung für Flugzeugführer Start nach Westen (Start 10) und nach Osten (Start 28) Anflug/Landung aus Osten (Landung 28) Anflug/Landung aus Westen (Landung 10) Queranflug aus der Platzrunde (Landung 28) 26 5 Thermische Effekte 28 6 Zusammenfassende Bewertung Blendwirkung Thermische Auswirkungen 33 7 Quellenverzeichnis 34 Blatt 2

3 1 Aufgabenstellung In Ergänzung des bestehenden vorhabenbezogenen Bebauungsplans Nr. 135 Photovoltaik am Flugplatz wird die planungsrechtliche Zulassung weiterer Photovoltaikanlagen im Bereich des Verkehrslandeplatzes Eberswalde-Finow angestrebt. Zur Bewertung der Auswirkungen des Vorhabens auf die Luftfahrt sollen die Lichtreflexionen an den Solarmodulen insbesondere in Bezug auf eine mögliche Blendwirkung gutachtlich untersucht und bewertet werden. Weiterhin sollen die Auswirkungen der veränderten Bodennutzung in Bezug auf thermische Effekte, dabei insbesondere in Bezug auf fliegerisch relevante Auf- oder Fallwinde, untersucht und bewertet werden. Die vorliegende Untersuchung zur möglichen Blendwirkung des Solarparks und dessen thermischer Effekte im Auftrag der Tower Finow GmbH umfasst im Einzelnen: Technische Beschreibung der geplanten Photovoltaik-Anlage in Bezug auf die Lichtreflektion und Thermische Effekte Analyse der Lageverhältnisse und der Flugbahnen Erstellen eines geometrischen Modells zur Ermittlung der Zeitabschnitte, in denen mit einer Lichtreflexion in das Sichtfeld der Kanzel des Kontrollturms sowie in das Sichtfeld von Fluggeräteführern bei Start oder Landung zu rechnen ist Qualitative Beschreibung des von einer Lichtreflektion betroffenen Luftraums und Bewertung der Blendwirkung anhand ausgewählter Beobachtungspunkte und der Bewegungsrichtung (Sichtfeld) mit Bewertung der möglichen Blendwirkung Blatt 3

4 2 Vorhaben und Lage des Standortes Der Flugplatz Finow befindet sich 40 km nordöstlich von Berlin an der Autobahn A11 Berlin- Szczecin. Im Osten befindet sich die Biesenthaler Straße (L 293), im Süden ausgedehnte Waldflächen und im Westen Wald- und offene Freiflächen. Auf Flächen südlich des Geländes des Flugplatzes Finow besteht bereits seit 2009 ein Solarpark mit einer Fläche von ca. 75 ha. Nunmehr ist beabsichtigt, die Flächen für Solartechnik auf dem bestehenden Flugplatzgelände zu erweitern. Da der Flugplatz Finow auch künftig für den Luftverkehr zugänglich bleiben soll, wird die derzeitige Flächennutzung auf dem Flughafen umstrukturiert. Dabei soll die Start- und Landebahn mit einer Länge von bisher 2520 m auf 1480 m verkürzt werden sowie umfänglich bisher für den Flugbetrieb genutzte Flächen und sonstige Flächen (überwiegend Wiesenflächen) für Photovoltaikanlagen genutzt werden. Die planungsrechtlichen Grundlagen sollen durch einen Vorhabensbezogenen Bebauungsplan (Nr. 137) der Gemeinde Schorfheide Erweiterung Photovoltaik am Flugplatz Vorhabens- und Erschließungsplan geschaffen werden. Der Bebauungsplan sieht als Festsetzung für verschiedene Flächen des bisherigen Umgriffs des Flughafengeländes sonstiges Sondergebiet mit Zweckbestimmung Photovoltaikanlagen (nach 11 BauNVO) sowie sonstiges Sondergebiet mit Zweckbestimmung Museumsveranstaltungen (nach 11 BauNVO) vor. Der Umfang der Flächen mit Zweckbestimmung Photovoltaikanlagen beträgt ca. 163 ha. Die für den Flugbetrieb verbleibende Fläche beträgt ca. 63,0 ha. Innerhalb der Sondergebietsfläche mit der Zweckbestimmung Photovoltaikanlagen sind bauliche Anlagen zur Stromerzeugung aus Solarenergie und deren Nebenanlagen wie Wechselrichter, Trafo sowie ähnliche technische Ausrüstungen und Zuwegungen zulässig. Einfriedungen zur Eingrenzung des Baugrundstücks sowie die Verlegung von Erdkabeln sind im gesamten Plangebiet zulässig. Auf der Sondergebietsfläche mit Zweckbestimmung Museumsveranstaltung ist eine temporäre Zeltplatznutzung zulässig. Die Lage des Flugplatzes und der Flächen für Photovoltaik sind der nachfolgenden Abbildung 1 zu entnehmen. Blatt 4

5 Abbildung 1: Lageplan des Flugplatzes und Lage der Flächen für Photovoltaik In Hinblick auf den Flugbetrieb verfügt der Flugplatz künftig nach Umwidmung der Flächen über eine Start- und Landebahn mit einer Länge von 1480 m bei einer Breite von 50 m. Die Ausrichtung der Bahn ist 10/28. Für den Flugplatz sind derzeit 2 Platzrunden, eine Platzrunde für Motorsegler und eine Platzrunde für größere Fluggeräte, ausgewiesen. Aufgrund der Verkürzung der Start und Landebahn ist anzunehmen, dass die äußere Platzrunde im Westen entsprechend gekürzt wird, so dass für den Endanflug aus Westen 1500 m zur Verfügung stehen. Die Anflugrouten nach Sichtflugregeln (Visual Flight Rules) sind nachfolgender Übersichtsskizze zu entnehmen. In der Skizze ist auch orientierend die gegenüber der im Luftfahrthandbuch (AIP) veröffentlichten Platzrunde im Westen verkürzte Platzrunde dargestellt. Blatt 5

6 Abbildung 2: Sichtflug-Routen, verändert nach /5/ Der Flugplatz ist im Bestand und auch künftig für Flugzeuge bis kg MTOW (maximum take off weight - Höchstabfluggewicht) sowie Helikopter, Motorsegler, Ballons, Ultraleicht- Flugzeuge und Luftschiffe (im Sichtflugbetrieb) zugelassen. Die Betriebszeiten sind: Sommer: Montag bis Freitag: 0800 LT bis SS + 30 min (spätestens 2000 LT) Blatt 6

7 Samstag, Sonntag, Feiertage: 0900 LT bis SS + 30 min (spätestens 2000 LT) Winter: täglich 0900 LT bis SS + 30 min (spätestens 1900 LT) andere Zeiten: 2 h PPR Der Tower des Flugplatzes befindet sich nördlich der Start- und Landebahn im Nordosten des Flugplatzgeländes. Die Beobachtungshöhe über Grund beträgt 8 m. Der Tower ist in nachfolgendem Foto dargestellt. Abbildung 3: Foto des Towers Die Sonnenstandsdaten für den Vorhabensstandort sind dem nachfolgenden Diagramm in Abbildung 4 zu entnehmen. Blatt 7

8 Abbildung 4: Sonnenstands-Diagramm für den Standort (stereografische Darstellung) Blatt 8

9 3 Beschreibung der Photovoltaikanlagen Solar-Module sind speziell entworfen, um möglichst viel einfallende solare Energie zu absorbieren, anstatt es als reflektiertes Licht mit dem Verlust von Energie abzugeben. Die Module sind von dunkler Farbe und verfügen nach dem Stand der Technik über Antireflex- Beschichtungen /5/. Laut einer aktuellen Studie des US-PV-Modulherstellers SunPower Corporation sind Blendung und Reflexion aus PV-Anlagen erheblich niedriger als Blendung und Reflexion durch normales Glas und andere reflektierende Flächen, die sich in der Regel in der Umgebung der PV- Anlage befinden. Im geplanten Solarpark sollen zur Energiegewinnung polykristalline Module zum Einsatz kommen. Die Module werden fest installiert. Die Frontalabdeckung der Module besteht aus hochlichtdurchlässigem gehärtetem Antireflex- Glas. Das Freiflächensystem wird mit einem Untergestell aus Stahl versehen und die Unterkonstruktion wird in das Erdreich gerammt. Die Modulfixierung erfolgt ausschließlich in Aluminium. Wechselrichter wandeln den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom. Mit Rücksicht auf die Verschattung beträgt der Abstand der einzelnen Modultische zueinander 4,10 m (Abstand Moduloberkante zur nächsten Reihe Modulunterkante). Die auf den Ständern installierten polykristallinen Module sind mit einem Winkel von 30 ausgerichtet. Der Abstand der Modulunterkante zur Oberfläche Gelände beträgt in etwa 0,80 m. Der Abstand der Oberkante des Moduls zur Oberfläche Gelände beträgt ca. 1,82 m. Abbildung 5: Schnitt durch die Photovoltaikmodule (polykristallinen Module) Blatt 9

10 Die Modultischreihen ruhen auf Standpfählen, die in einem Abstand von 2,00 m in den Erdboden gerammt sind. Jeweils mehrere Modulreihen sind zu Modulfeldern zusammengefasst. Zwischen den Modultischfeldern sind Abstände von 3 bis 6 m als Fahrtrasse für Wartungsfahrzeuge vorgesehen. Die Modultische werden in Ost-West Richtung aufgestellt, so dass die Solarmodule genau nach Süden ausgerichtet sind. Physikalische/optische Parameter Grundsätzlich bestehen Photovoltaikmodule aus miteinander verschalteten mono- oder polykristallinen Solarzellen (bzw. einer homogenen Dünnschicht). Die PV-Module sind in der Regel durch eine entspiegelte und bruchfeste Glasscheibe vor Umwelteinflüssen geschützt, die notwendige Verwindungsteifigkeit verleiht in der Regel ein hochwertiger Aluminium-Rahmen. Je nach Kristallart unterscheidet man drei Zelltypen: monokristalline, polykristalline und amorphe Zellen. Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen wird hochreines Halbleitermaterial benötigt. Aus einer Siliziumschmelze werden monokristalline Stäbe gezogen und anschließend in dünne Scheiben gesägt. Dieses Herstellungsverfahren garantiert relativ hohe Wirkungsgrade. Kostengünstiger ist die Herstellung von polykristallinen Zellen. Dabei wird flüssiges Silizium in Blöcke gegossen, die anschließend in Scheiben gesägt werden. Bei der Erstarrung des Materials bilden sich unterschiedlich große Kristallstrukturen aus, an deren Grenzen Defekte auftreten. Diese Kristalldefekte haben einen geringeren Wirkungsgrad der Solarzelle zur Folge. Wird auf Glas oder anderes Substratmaterial eine Siliziumschicht abgeschieden, spricht man von amorphen- oder Dünnschichtzellen. Die Schichtdicken betragen weniger als 1 µm, so dass die Produktionskosten allein wegen der geringeren Materialkosten niedriger sind. Die Wirkungsgrade amorpher Zellen liegen allerdings noch weit unter denen der anderen beiden Zelltypen. Anwendung finden sie vor allem im Kleinleistungsbereich (Uhren, Taschenrechner) oder als Fassadenelemente. In der Anlage am Flugplatz Finow kommen ausschließlich polykristalline Module zum Einsatz. Solar-Module besitzen eine hohe Absorption. Die nachfolgende Abbildung 6 zeigt den Anteil reflektierter Strahlungsenergie einiger gebräuchlicher Fassadenbaustoffe und Wasser. Die Reflexion von Solarmodulen hängt sehr stark vom Einfallswinkel der solaren Einstrahlung ab. In nachfolgender Abbildung 6 ist die Reflexion von Solarmodulen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel solarer Einstrahlung dargestellt. Anzumerken ist, dass der Anteil reflektierter Energie von Solarglas weit unter dem des herkömmlichen Fensterglases ist und vergleichbar mit der Reflexion von glatten Wasseroberflächen. Blatt 10

11 Abbildung 6: Reflexion von Solarmodulen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel solarer Einstrahlung /5/ Solarmodule weisen bei flachen Einfallswinkeln sehr geringe Reflexionsanteile des einfallenden Lichtes auf. Der Anteil der Reflexion aller in Abbildung 6 dargestellten Oberflächen nimmt zwischen 20 und 30 Grad Abweichung vom senkrechten Einfall deutlich zu. Dieser Anstieg ist für Solarglas jedoch deutlich geringer als für die weiteren in Abbildung 6 dargestellten Oberflächen. Die US-Dünnschicht-PV-Modulhersteller First Solar Hit zieht in Hinblick auf die Reflexionen von Solarglas und die damit verbundene potentielle Gefahr für den Flugverkehr den Schluss, dass "PV-Module in der Nähe von Flughäfen derzeit keine größere Gefährdung durch reflektiertes Sonnenlicht darstellen als mit Kraftfahrzeugen belegte Parkplätze /5/. Spiegelungen auf glatten Flächen können sich im Allgemeinen ergeben, wenn der Brechungsindex von dem der Luft abweicht. Die Intensität der Reflexion hängt ab vom Winkel zwischen Sonne und dem Solarmodul sowie dem Brechungsindex der Platte. Der Brechungsindex von Luft ist 1, von unbehandelten Kalk-Natron-Glas ~ 1,5. Bei senkrechtem Lichteinfall spiegeln handelsübliche Solarmodule etwa 4 % des einfallenden Lichts nach der sog. Fresnel-Gleichung. Im Unterschied dazu reflektieren Autoscheiben mehrfach zwischen beiden Glasoberflächen. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung des reflektierten Anteils auf ca. 8 % (bei senkrechtem Lichteinfall) /5/. Blatt 11

12 Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass nasse PV-Oberflächen deutlich veränderte Reflexionseigenschaften aufweisen. Allerdings führt die Neigung der Oberfläche der Module zu einem raschen Ablaufen des Wassers, so dass nach einem Regenereignis keine erhebliche Beeinträchtigung zu erwarten ist. Die Entwicklung bei Solarmodulen zielte in der Vergangenheit unter anderem auf eine weitestgehende Minimierung der Strahlungsverluste durch Reflexionen ab. Hierzu sind Solarmodule nach dem Stand der Technik mit Antireflexausrüstungen durch Oberflächenstrukturierungen (mikrotexturierte Oberflächen) und weitere Entspiegelungstechniken ausgestattet. Die Reflexionen werden dabei weitestgehend minimiert. Diese Konstruktion führt zu einer erheblichen Aufweitung des reflektierten Strahls. Fokussierte, gebündelte Blendstrahlen können hierdurch nicht entstehen, es kommt allenfalls zu einem flächenhaften Lichteindruck, ähnlich Gewässerflächen. Bei Verschmutzungen der Anlagen entstehen vermehrt diffuse Rückstreuungen, die zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades führen. Blatt 12

13 4 Blendwirkung Die Beurteilung der Blendwirkung basiert auf einer technischen Beschreibung der geplanten Photovoltaik-Anlage in Bezug auf die Lichtreflektion (siehe Abschnitt 3). Darüber hinaus werden die Lageverhältnisse und die Flugbahnen-Geometrien einer Analyse unterzogen. Die Ermittlung der Reflexionen erfolgt mit einem geometrischen Modell zur Ermittlung der Zeitabschnitte, in denen mit einer Lichtreflexion in die Kanzel des Kontrollturms zu rechnen ist. Über eine Abschätzung der Strahlungsintensität des reflektierten Sonnenlichtes werden die betreffenden Zeiträume, in denen Reflexionen zu erwarten sind, in Hinblick auf eine Gefährdung des Flugbetriebes bewertet. 4.1 Allgemeines zu Licht und Blendung Licht stellt den Ausschnitt des elektromagnetischen Spektrums dar, in dem wir sehen. Nach /1/ setzt Blendung voraus, dass Photonen die Sehzellen in der Netzhaut erreichen. Dies ist nur möglich, wenn die Augenmedien für die entsprechende Strahlung durchlässig sind und außerdem eine Umwandlung empfangener optischer Strahlungsenergie in elektrische Impulse auf biochemischem Wege erfolgt. Das menschliche Auge ist im Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis nm mehr oder weniger transparent. Dabei sehen wir aber nur solche Photonen, die aus dem Bereich von etwa 380 nm bis 780 nm stammen. Dieser Bereich wird oft auch als Licht oder sichtbare Strahlung bezeichnet. Optische Strahlung mit Wellenlängen unterhalb von 300 nm wird durch die Hornhaut zurückgehalten, während die Augenlinse Strahlung im Bereich von 300 nm bis 400 nm weitgehend blockiert. Das menschliche Auge verfügt über die Fähigkeit der Adaptation, d. h. sich an die momentane Umgebung im Hinblick auf die Beleuchtungsverhältnisse anzupassen. Die Adaptationsfähigkeit äußert sich dabei sowohl in der Anpassung an steigende als auch an sinkende Lichtintensität. Wenn von Blendung gesprochen wird, dann handelt es sich meist um eine Situation, bei der die Augen plötzlich einer deutlich größeren Lichtmenge ausgesetzt werden, sodass sie dies in der momentanen Adaptation nicht mehr ausreichend ausgleichen können. Die Sehaufgaben werden insbesondere dadurch erfüllt, dass die Sehobjekte Unterschiede in der Leuchtdichte, in den Kontrasten und Farben aufweisen. Dabei spielt die jeweilige momentane Anpassung der Augen eine wichtige Rolle und ergibt sich vorwiegend aus der Umgebungsleuchtdichte ergibt. Blendung stellt einen Sehzustand dar, der entweder aufgrund zu großer absoluter Leuchtdichte, zu großer Leuchtdichteunterschiede oder aufgrund einer ungünstigen Leuchtdichteverteilung im Gesichtsfeld als unangenehm empfunden wird oder zu einer Herabsetzung der Sehleistung führt. Blatt 13

14 Zusätzlich sind die scheinbare Größe der Blendlichtquelle bzw. deren Raumwinkel von Bedeutung sowie der Projektionsort der jeweiligen Blendlichtquelle auf der Netzhaut, also der Winkel zwischen Blendlichtquelle und Blickrichtung. Die Augen wenden sich häufig unwillkürlich direkt zur Blendlichtquelle hin, wenn eine solche seitlich auf die Netzhaut abgebildet wurde, wo sich die besonders blendungsempfindlichen Stäbchen befinden. Begrifflich wird Blendung auf verschiedene Weise beschrieben, dabei werden die Begriffspaare Simultan- und Sukzessivblendung, Direkt- und Indirektblendung, Infeld- und Umfeldblendung sowie Adaptations- und Absolutblendung unterschieden. Adaptationsblendung wird nach /1/ als vorübergehende Blendung durch Leuchtdichten, an die Adaptation möglich ist, definiert. Somit kann jede über ein gewisses Maß hinausgehende Störung des örtlichen oder zeitlichen Adaptationszustandes der Augen als Adaptationsblendung bezeichnet werden. Die Adaptationsblendung ist eher ein Adaptationsproblem der Augen als ein Blendereignis. Beispiele für diese Art der Blendung sind das Heraustreten aus einem relativ dunklen Raum in das Sonnenlicht im Freien oder das Herausfahren aus einem wenig beleuchteten Tunnel in das Tageslicht. Zur Relativblendung kommt es nach /1/, wenn auf der Netzhaut durch zu große Leuchtdichteunterschiede im Gesichtsfeld eine lokale Störung des Adaptationszustandes auftritt, die im betroffenen Gebiet zu Veränderungen sowohl der Unterschiedsempfindlichkeit, der Sehschärfe als auch des Farbensehens führt. Durch Lokaladaptation, bei der nur ein Teil der Fotorezeptoren der Netzhaut beteiligt ist, kann die Relativblendung erst nach einer relativ langen Zeit ausgeglichen werden. Bei der Relativblendung kann es außer zu einer Ablenkung der Aufmerksamkeit von eigentlichen Sehaufgaben zu einer Verzögerung bzw. Behinderung des Sehvermögens kommen. Zum anderen werden die Seheigenschaften durch die adaptive Einstellung auf ein zu hohes und damit ungünstiges Leuchtdichteniveau nachteilig beeinflusst. Zur Absolutblendung kommt es, wenn im Gesichtsfeld so hohe Leuchtdichten auftreten, dass eine Adaptation des Auges nicht mehr möglich ist. Erfolgt die Blendung durch so hohe Leuchtdichten, dass keine Adaptation möglich ist, setzen Schutzreaktionen ein, wie das Zukneifen der Augenlider, Kopfbewegungen, und es kann eventuell Tränenfluss einsetzen. Die örtliche Ausdehnung der Absolutblendung kann von einzelnen Bereichen des Gesichtsfeldes, also einer lokalen Blendung, bis hin zur Blendung im gesamten Gesichtsfeld reichen. Zu einer Absolutblendung kann es z. B. beim Blick auf von der Sonne beschienene Schneeund Wasserflächen und manchmal auch bei besonders heller Tagesbeleuchtung kommen. Beim Auftreten hoher bis sehr hoher Leuchtdichten kommt es im Allgemeinen zu Schutzreflexen, wie dem unwillkürlichen Schließen der Augenlider oder Kopfbewegungen. Für die Risikobeurteilung ist auch die Zeitdauer von besonderem Interesse, während der die Sehleistung nach einer Blendung eingeschränkt ist, auch wenn diese nur durch einen kurzzeitigen Lichtreiz aufgetreten ist, weil während dieser Zeit Objekte übersehen werden können, deren Helligkeit sich nicht ausreichend von der durch Blendung bzw. Adaptationsstörung veränderten Wahrnehmbarkeitsschwelle abhebt. Infolgedessen können Sehobjekte, deren Kontrast nicht ausreichend von der Schwelle entfernt liegt, kurzzeitig unsichtbar bleiben. Blatt 14

15 Im Zusammenhang mit Blendung sind noch weitere Begriffe üblich, und zwar direkte und indirekte Blendung sowie Infeld- und Umfeldblendung. Diese Begriffe sind mit der Blendquelle, deren Lage im Gesichtsfeld und dem zeitlichen Geschehen bei der Blendung verknüpft. Eine Direktblendung liegt dann vor, wenn eine Blendung unmittelbar (direkt) durch die leuchtende Fläche einer Lichtquelle selbst hervorgerufen wird, d. h. wenn die Blendlichtquelle direkt im Gesichtsfeld liegt, während die Indirektblendung ihre Ursache im Reflexionsbild der blendenden Lichtquelle an spiegelnden Oberflächen hat, also die Blendung mittelbar (indirekt) erfolgt. In diesem Fall können Objekte auch ohne eigentliche Blendung bereits durch Herabsetzung des Leuchtdichteunterschiedes bei der Überlagerung mit dem Reflexbild unsichtbar werden. Man spricht daher auch von Reflexblendung, da es sich um Spiegelung, d. h. einen Reflex hoher Leuchtdichten meist durch glänzende Oberflächen handelt. Liegt die blendende Lichtquelle in der eigenen Blickrichtung bzw. in deren Nähe (Infeld, d. h. im zentralen Bereich des Gesichtsfeldes), wird die Blendung Infeldblendung genannt, während bei deren Lage in der Peripherie (Umfeld) des Gesichtsfeldes diese als Umfeldblendung bezeichnet wird. 4.2 Methodik und Modellbeschreibung Die Entwicklung bei Solarmodulen zielte in der Vergangenheit unter anderem auch auf eine weitestgehende Minimierung der Strahlungsverluste durch Reflexionen ab. Hierzu sind Solarmodule mit Antireflexausrüstungen durch Oberflächenstrukturierungen (mikrotexturierte Oberflächen) und weitere Entspiegelungstechniken ausgestattet. Die Reflexionen werden dabei weitestgehend minimiert. In konservativer Herangehensweise werden unter Vernachlässigung dieser Eigenschaften der Solarmodule die physikalisch für eine vollspiegelnde Fläche möglichen Reflexionen auf Basis eines Simulationsmodelles ermittelt. Hierdurch können Vorgaben abgeleitet werden, in welchen Modulfeldern besonderes Augenmerk auf die Entspiegelung nach dem Stand der Technik gelegt werden muss. Die Ermittlung der Zeitabschnitte, in denen Lichtreflexionen durch die Photovoltaikmodule entstehen können, erfolgte mit Hilfe eines geometrischen Modells. Dabei wurde dar Solarpark in mehrere Modulfelder (A, B1-B6, C1-C2 und D in Abb. 6) untergliedert, die jeweils getrennt und für mehrere Nachweisorte (Queranflug, Endanflug West und Ost und Tower, markiert als in Abbildung 7) in Hinblick auf Häufigkeit und Lage der Lichtreflexionen untersucht wurden. Die Modulfelder sind in nachfolgender Abbildung 7 dargestellt. Für die Spiegelneigung gegen den Horizont wurde von 30 ausgegangen, für die horizontale Ausrichtung gegen Nord von 180 (Süd). Als Spiegelhöhe wurden 2 m über Grund angesetzt. Blatt 15

16 Die Modulfelder wurden zur geometrischen Vereinfachung als Rechtecke abgegrenzt. Daher stimmen die gebildeten Modulfelder teilweise nicht flächendeckend mit den tatsächlichen Grenzen des Solarparks überein. Die Koordinaten der Beobachtungspunkte sowie Beobachtungshöhe und Sichtfeldbegrenzungen sind nachfolgender Tabelle zu entnehmen. Tabelle 1: Beobachtungspunkte der Modelluntersuchungen Name Hochwert Rechtswert Höhe Blickfeldgrenze links Blinkfeldgrenze rechts gg Nord m m m ü. G. gg Nord Tower Endanflug m vor Schwelle Anflug 1 in Platzrunde ca m vor Schwelle Endanflug 28, 500 m vor Schwelle Die Prüfung erfolgt im 15 Minuten Takt für den Sonnenverlauf für die Stichtage 21. Dezember, 13. Januar, 05. Februar, 28. Februar, 21. März, 14. April, 07. Mai, 30. Mai und 21. Juni. Blatt 16

17 A B1 B2 B3 B5 C1 C2 B4 D F E B6 A, B1-B6, C1-C2 und D: Modulfelder des Solarparks für die modelltechnische Untersuchung : Nachweisorte mit Blickrichtung und Öffnungswinkel Abbildung 7: Modulfelder des Solarparks zur Modellierung der Reflexionszeitverläufe 4.3 Beurteilungskriterien Verbindliche Erhebungs- und Beurteilungskriterien für die Bewertung der Lichtreflexionen, insbesondere die Blendwirkung an Flughäfen bestehen derzeit nicht. So verweist die Planungshilfe der US-amerikanischen Luftfahrtbehörde FAA /9/ auf das Erfordernis von Einzelfalluntersuchungen für den Aufstellungsort und das geplante Photovoltaiksystem und gibt keine konkreten Beurteilungskriterien an. Als geeignete Untersuchungsmethode wird eine geometrische Analyse des Strahlengangs des reflektierten Sonnenlichts in Abhängigkeit des Sonnenstands am Tag und im Jahresgang benannt. Dabei soll insbesondere eine mögliche Blendwirkung in Bezug auf das Personal der Flugsicherung auf dem Kontrollturm untersucht werden. Blatt 17

18 Die Blendwirkung in Bezug auf Piloten wird demgegenüber weniger kritisch eingeschätzt, da ein Lichtreflex einen Pilot bei seiner Flugbewegung in der Regel nur sehr kurz betreffen und demzufolge in seiner Orientierung nur sehr kurze Zeit beeinträchtigen kann. Die Blendwirkung von reflektiertem Licht ist im Vergleich zu natürlicher unreflektierter Sonneneinstrahlung und dem Sichtfeld von Betroffenen zu bewerten. Dementsprechend geht die Untersuchung einer möglichen Blendwirkung vor allem auf den Kontrollturm ein und behandelt die Flugbewegungsbahnen nur soweit erforderlich In /5/ wurden die Untersuchungsergebnisse zu Blendwirkungen auf die Flugsicherheit an einer großen US-amerikanischen PV-Anlage auf dem Gelände des US Militärflughafens in Nellis (Nevada), wo sich die Solarmodule südlich von in Betrieb befindlichen Start-/Landebahnen befindet, dargestellt. Die Studie beinhaltete experimentelle Untersuchungen zu Blendungen durch flache Solarmodule. Die Studie beinhaltet ein worst-case-szenario für direkt in die Augen des Piloten reflektierte solare Strahlung und Blendungs-Berechnungen. In Vergleichsbetrachtungen wurden Blendungswirkungen der vorgesehenen Module mit den Wirkungen anderer im Umfeld von Flughäfen üblicher Oberflächen durchgeführt. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass unter worst-case-bedingungen bei direktem solarem Reflexionseinfall in die Augen des Piloten ein leichtes Potenzial für eine sogenannte Flash- Blendung besteht. Diese Flash-Blendung ist vergleichbar mit dem Potenzial für Flash- Blendungen durch Wasser und geringer als das Potenzial für verwitterten, weißen Beton und Schnee. In solchen worst-case-situationen ist zu erwarten, dass die Piloten typischerweise bereits vor dem Anflug Blendschutz und Sonnenbrille verwenden. Hierdurch würde die Strahlung um etwa 80 % reduziert und erhebliche Auswirkungen sind dann gänzlich auszuschließen /5/. 4.4 Blendwirkung für Flugsicherungspersonal im Kontrollturm Für die Prüfung der Blendwirkung für das Flugsicherungspersonal im Kontrollturm wurde von einer Tower Sichtfeldhöhe von 8 m ausgegangen. Des Weiteren wurde für das Sichtfeld des Towerpersonals eine Blickrichtung senkrecht zur Bahn in also geprüft. Die Prüfung erfolgt im 15 Minuten Takt für den Sonnenverlauf für die Stichtage 21. Dezember, 13. Januar, 05. Februar, 28. Februar, 21. März, 14. April, 07. Mai, 30. Mai und 21. Juni. Die sich aus diesen Vorgaben ergebenden aufsummierten Reflexionsbeziehungen für die Stichtage sind in der Abbildung 8 dargestellt. Wie die Ergebnisse zeigen sind Lichtreflexionen von vollspiegelnden Flächen insbesondere aus den nördlichen Modulfeldern nur kurz vor Sonnenuntergang zu erwarten. Die zeitliche Verteilung der Reflexionen geht aus der nachfolgenden Abbildung 8 hervor. Blatt 18

19 Abbildung 8: Zeitverlauf der Reflexionen für die Gesamtanlage vom Beobachtungspunkt Tower Lediglich in den Winter- und Frühjahrsmonaten Februar bis Mai sind Lichtreflexe aus dem Solarpark am Tower im Zeitfenster vor 18 Uhr und dabei lediglich ab 17:30 Uhr möglich. Die Reflexionen resultieren dabei aus sehr tiefen abendlichen Sonnenständen. Darüber hinaus wurden bei der modelltechnischen Ermittlung der Reflexionen die Auswirkungen des Waldes westlich der Autobahn BAB A11 nicht berücksichtigt. Der bestehende Wald führt zu einer Horizontüberhöhung, die dazu führt, dass die spätabendlichen Reflexionen bei sehr niedrigem Sonnenstand in den Winter- und Frühjahrsmonaten insbesondere der westlichen Modulfeldern des Solarparks deutlich seltener auftreten, als sie auf Basis des völlig ebenen Modellgebiets prognostisch ausgewiesen wurden. Im Sommer sind Reflexionen einer vollspiegelnden Fläche erst nach 18:00 Uhr zu erwarten. Dabei sind die Einfallswinkel der solaren Strahlung sehr flach, die damit verbundenen Lichtintensitäten sehr gering. Blatt 19

20 Tower Finow GmbH Erweiterung des Solarparks - Analyse der Blendwirkung Szenario: Viewpoint Tower Flughafen Räumliche Verteilung der Reflexionsereignisse an den 9 Stichtagen (15 Minuten-Taktung) Anzahl der Reflexionsereignisse je Modul an den 9 Stichtagen (15 Minuten-Taktung) Blatt 20

21 Grundsätzlich ist bei den ausgewiesenen Reflexionen für das Towerpersonal sowohl für den gesamten Tag als auch für die Betriebszeiten zu beachten, dass die Reflexionen stets aus nahezu der gleichen Richtung kommen wie die solare Direkteinstrahlung. Daher blickt der Beobachter bereits in die tief stehende Sonne, die zusätzlichen peripheren Störwirkung durch die flachwinkligen Reflexionen sind allenfalls als sehr gering zu bewerten. Die Lichtintensität der tiefstehenden Sonne ist stark vermindert. Erhebliche Auswirkungen auf die Sehleistung des Towerpersonals und damit auf die Flugsicherheit sind daher nicht zu erwarten. 4.5 Blendwirkung für Flugzeugführer In Hinblick auf die Blendwirkungen für Flugzeugführer sind die unterschiedlichen tageszeitlichen Auswirkungen auf Start und Landung, jeweils nach bzw. aus Westen und Osten sowie den Queranflug aus der Platzrunde zu differenzieren Start nach Westen (Start 10) und nach Osten (Start 28) Beim Start nach Westen ergeben sich aufgrund der Geometrien (Lagebeziehung Cockpit Reflexionshöhen Photovoltaikmodule) keine erheblichen Reflexionen. Die Module sind gegenüber den Sichtfeldern der Beobachtungspunkten Start-Anrollpunkte 10 und 28 um 30 geneigt und die Module sind zudem aufgeständert. Erhebliche Reflexionen an diesen bodennahen Beobachtungspunkten sind nicht zu erwarten. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass Reflexionen in Richtung der Start-Anrollpunkte lediglich bei Starts gegen die tief stehende Sonne zu erwarten sind. Die Sehleistung ist bei diesen Starts bereits adaptiert. Die zusätzlichen Lichtreflexe von geringer Lichtintensität im peripheren rechten (nördlichen) Sehfeld führen daher nicht zu erheblichen Irritationen. Selbst in höheren Cockpitlagen an den Start-Anrollpunkten, deren Sichtfeld die Reflexionen umfasst, ist - ungeachtet der Frage, ob derartige Flugzeuge überhaupt am Flughafen eingesetzt werden - daher bei Start nicht von einer Beeinträchtigung durch die Reflexionen auszugehen. In der anschließenden Steigphase ist der Blick des Piloten nicht auf den Boden gerichtet Anflug/Landung aus Osten (Landung 28) Bei Anflügen aus Osten (Landung 28) können sich Blendungsereignisse erst am späten Nachmittag kurz vor Sonnenuntergang ergeben. Die Mehrzahl der zu erwartenden Lichtreflexe wird in den Zeiten nach 18 Uhr bei tief stehender Sonne verzeichnet. Die zeitliche Verteilung der Reflexionen geht aus der nachfolgenden Abbildung 11 hervor. Blatt 21

22 Abbildung 10: Zeitverlauf der Reflexionen für die Gesamtanlage vom Beobachtungspunkt Endanflug Ost (Landung 28) Der Anflug aus Osten erfolgt in den betreffenden Zeiten bereits gegen die tief stehende blendende Sonne. Die Sehleistung ist bei diesen Anflügen bereits adaptiert. Die zusätzlichen Lichtreflexe von geringer Lichtintensität im peripheren rechten (nördlichen) Sehfeld führen daher nicht zu erheblichen Irritationen. Es ist daher nicht von einer Beeinträchtigung durch die Reflexionen auszugehen. Darüber hinaus wird beim Anflug aus Osten der Solarpark nicht überflogen. Die Reflexionen sind daher nur von entfernt liegenden Modulfeldern zu erwarten, die sich zum Teil selbst verschatten. Blatt 22

23 Tower Finow GmbH Erweiterung des Solarparks - Analyse der Blendwirkung Szenario: Viewpoint Endanflug OST 500 m vor Schwelle Anzahl der Reflexionsereignisse je Modul an den 9 Stichtagen (15 Minuten- Taktung) Anzahl der Reflexionsereignisse je Modul an den 9 Stichtagen (15 Minute- Taktung) Blatt 23

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