Steuerungskonzept zur Vermeidung des Schattenwurfs einer Windkraftanlage auf ein Objekt

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1 teueungskonzept zu Vemeidung des chattenwufs eine Windkaftanlage auf ein Objekt Auto: K. Binkmann Lehgebiet Elektische Enegietechnik Feithstaße 140, Philipp-Reis-Gebäude, D Hagen, fa: +49/331/ , Rückfagen bitte an: Dipl.-Phs. Klaus Binkmann, Adesse siehe oben Kuzfassung: Einschänkend fü die tandotwahl eine Windkaftanlage, insbesondee im Binnenland, könnte in einigen Fällen die Möglichkeit eines unewünschten chattenwufs auf ein Objekt sein. Daaus egeben sich zeitweise unangenehm flackende Lichtvehältnisse die dann eine Beeintächtigung von Lebens- ode Abeitsbedingungen bedeuten können. Dies kann eventuell die Aufstellung eine Windkaftanlage totz ansonsten gute Bedingungen vehinden. Aufbauend auf die im 11. Intenationalen onnenfoum 1998 in Köln vogestellten phsikalischen Gundlagen /4/, die eine Voausbeechnung des chattenwufs übe das ganze Jah hinweg emöglichen, wid im folgenden dazu ein teueungskonzept zu gezielten chattenvemeidung am Objekt vogestellt. Einleitung: Analog zu den onnenstandsbeechnungen //,/3/ wie sie u.a. im Zusammenhang mit Fagestellungen zu Photovotaikanlagen /1/ genutzt weden, ist eine Fomel zu Voausbeechnung des chattenwufs eines otieenden Rotokeises eine Windkaftanlage estellt woden /4/. Damit können die ein bestimmtes Objekt beteffenden kitischen Zeitintevalle mit mögliche chattenbildung voab in einem elektonischen peiche hintelegt weden. Diese Infomationen weden von dem im folgenden vogestellten teueungskonzept genutzt, um gezielt eingeifen zu können. omit ist de unewünschte chattenwuf bei minimale Etagseinbuße vemeidba. 1

2 teueungskonzept: Betachte eine Windkaftanlage mit eine Höhe H elativ zum Objekt im Uspung eines katesischen Koodinatensstems, dessen Achsen nach den Himmelsichtungen ausgeichtet sind, wie in Bild 1 dagestellt. Ein vom chattenwuf gefähdetes Objekt sei duch einen 'pekeis' mit dem Radius min umgeben, de mit Hilfe de teueung fei von otieendem chattenwuf bleiben soll ( Bild ). N onnenuntegang N Vebotene Zone onnenaufgang Objekt W α O W θ β O Azimut- Kuve Bild 1: onnenazimut und Koodinatensstem Bild : Betoffenes Objekt mit 'Vebotene Zone' Die geometischen Zusammenhänge fü die mathematische Dastellung de schattenbildenden Pojektion sind Bild 3 zu entnehmen. Ein Mindestadius fü den 'pekeis' kann angegeben weden /4/. Damit lassen sich die Zeitintevalle mit chattenwuf auf das Objekt im Voaus beechnen ( Bild 4). H h ( 0, 0) Bild 3: Geometische Zusammenhänge Mit Hilfe de onnenstandsbeechnungsfomeln /3/,/4/ können dann folgende Bestimmungsgleichungen zu Voausbeechnung des chattenwufs gelöst weden.

3 tan( h ) = H R H 0 + object 0 = H object min H + Rsint R R( cost R cos β,cost R sin β) + α α tan (, ) ( cos ( t),sin( t) ) = min mit, [ 0, π ] t t R ( h) ( sin,cos ) Bild 4: Bestimmungsgleichungen Im Hinblick auf Fehletoleanzen de onnenwinkelbeechnungen läßt sich fü min eine Koektufomel angeben /4/. Ansonsten kann die Festlegung dieses Radius noch von individuellen Inteessen bestimmt weden. Fü die Beechnung des chattenwufs ist es zweckmäßig zwei Etembedingungen bzgl. β zu betachten: i) minimale chattenfläche Rotofläche imme paallel zum Azimut ii) maimale chattenfläche Rotofläche imme senkecht zum Azimut Mit Hilfe eines Computepogamms lassen sich dann die entspechenden Zeitintevalle fü die beiden Fälle i) und ii) innehalb des entspechenden Jahes (beachte chaltjah) voausbeechnen und in einem elektonischen peiche hintelegen. Diese Zeitintevalle lassen sich wie folgt klassifizieen : Monatsintevalle: Tagesintevalle: [ ] [ ] M, 1 = Mi, M j i<j mit i, j { } d.h. este Jaheshälfte und M, = Mi, M j i<j mit i, j { } d.h. zweite Jaheshälfte ( ) [ ] T Monat d d i j =, i<j mit i, j { 1.../8/,/9/,/30/,/31 /} je nach Monat 3

4 intevalle: i) Z, ( Tag) [ t, ein, t, aus] 1 = fü maimale chattenfläche ii) Z, ( Tag) [ t, t, ein, aus] = fü minimale chattenfläche (es gilt : Z, ( Tag) Z ( Tag) Folgende Gößen müssen de teueung zu Vefügung gestellt weden:,1 ) - Datum, -, - Diekteinstahlungsintensität (d.h. Messung ob chatten möglich), - Rotokeiswinkel β, - α g, ein und α g, aus Azimutgenzwinkel mit Azimutlinie tangential zum pekeis (d.h. chatten ein/aus) Mit Hilfe de jetzt vefügbaen Infomationen läßt sich das folgende teueungspogammschema aufstellen: tahlungsmessung : chatten möglich? Monat M M?, 1, Datum optional! Tag T ( Monat)? Roto α g, ein aktive Vestellung! Messung: Rotowinkel β Roto α g, aus aktive Vestellung! [ t, ein t, ein ) ( t t, aus, aus] [ t, ein, aus] t Roto "deht" momentan möglich? Roto "top" Bild 5: chema des teueungskonzepts 4

5 Ausblick: Es ist geplant, ein imulationspogamm zu estellen, welches schon in de Planungsphase vo Aufstellung eine Windkaftanlage als Entscheidungshilfe dienen kann. Voschläge zu paktischen Realisieung eines solchen teueungskonzepts weden eabeitet. Zusammenfassung: Es wude ein teueungskonzept vogestellt, welches es emöglicht bei minimale Etagseinbuße einen unewünschten chattenwuf de otieenden Rotoblätte eine Windkaftanlage auf ein bestimmtes Objekt aktiv zu vemeiden. Wichtig dabei ist es, den koekten Höhenunteschied zwischen Windad und Objekt zu beücksichtigen, entspechend den Höhenlinien eines topogaphischen Lageplans. omit basiet das zu ealisieende teueungspogamm auf de Voausbeechnung eines lokalen chattenwufs fü ein definietes Objekt /4/ und dessen nähee Umgebung. Refeenzen: /1/ kiptum zu Epeimentalvolesung Photovoltaik II / Pof. D.-Ing. D. Hackstein Kus 158 Fenunivesität Hagen // Repetitoium de Technischen Themodnamik / Dittmann; Fische; Huhn; Klinge Teubne tudienbüche 1995 /3/ DIN 5034 Teil /4/ "Phsical Foundations fo the Development of Contol stems fo Avoidance of undesied Casting of hadows fom Wind Eneg Convetes on appointed Objects" Klaus Binkmann 11. Intenationales onnenfoum, Köln, Juli