11.08.2017 / Blog, Windpark Ebsdorfergrund, Windpark Ebsdorfergrund, Windpark Elm

Die Windgeschwindigkeit mit dem Laser messen

Eine zuverlässige Datengrundlage über Windgeschwindigkeiten ist das Fundament jeder Windparkplanung. Nur so kann eine belastbare Aussage über den zu erwartenden Jahresertrag und die damit verbundene wirtschaftliche Rentabilität getroffen werden.

Sebastian Lau ist als Teamleiter in der Abteilung „Site Assessment“ bei juwi Experte für zuverlässige Standortbewertungen. Mindestens ein Jahr lang sammeln er und sein Team im Vorfeld Winddaten an einem potenziellen Standort und bewerten diesen. Neben Windmessmasten kommt auch ein lasergestütztes Messverfahren namens „LiDAR“ zum Einsatz. Wir haben ihn gefragt.

Wie kann mit LiDAR die Windgeschwindigkeit gemessen werden?
LiDAR steht für „Light Detection and Ranging“ und ist der Name einer Technologie, die den Dopplereffekt durch die Frequenzverschiebung von Lichtwellen nutzt, um Parameter zu messen. Das kennt man beispielsweise auch aus dem Auto von modernen Assistenzsystemen, die den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug messen und basierend auf diesen Werten die Geschwindigkeit anpassen. Ein anderes Beispiel für den Dopplereffekt wäre das Martinshorn eines Einsatzfahrzeugs: Wenn dieser auf einen zufährt, verändert sich die wahrgenommene Frequenz des Martinshorns. Dieser Effekt steckt hinter dem LiDAR – eben nur mit Licht.

Das Gerät lässt sich nutzen, um Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen zu ermitteln. Dabei sendet es fünf Laserstrahlen in Richtung Himmel. Auf dem Weg nach oben treffen diese dann auf die Partikel in der Umgebungsluft. Die Laserstrahlen werden reflektiert und gelangen mit einer zeitlichen Differenz zurück ins Gerät. Die dabei entstehende Frequenzverschiebung des Lichts ist der bereits erwähnte Dopplereffekt. Da alle fünf Laser gleichzeitig ihre Daten zurückmelden, kann man aus diesen Differenzen die Windgeschwindigkeit und die Richtung in Sekundenbruchteilen errechnen.

LiDAR-Messungen sind eine Alternative zur Windmessung mit einem Messmast, da sie zuverlässig Daten aus großen Höhen liefern. Bei Messungen mit Hilfe eines konventionellen Mastsystems kommen wir auf 120 Meter Höhe. Ab 40 Meter wird im Abstand von 20 Metern die Windgeschwindigkeit gemessen. Aus diesen Messwerten errechnen wir das vertikale Windprofil. Da moderne Windkraft-Anlagen aber häufig eine Nabenhöhe von 140 Metern und höher haben, ist es natürlich vorteilhafter, wenn man direkt auf dieser Nabenhöhe misst. Und hier liegt der entscheidende Vorteil des LiDAR-Systems: Es liefert Daten aus bis zu 250 Metern Höhe. Dadurch bekommen wir ein lückenloses Messprofil vom Boden bis in 250 Meter Höhe, basierend auf realen Messdaten und keinen extrapolierten Modellrechnungen. So können wir Unsicherheiten im Windprofil und damit im gesamten Projekt reduzieren. Außerdem ist ein LiDAR-System kosteneffizienter, denn es ist in wenigen Stunden ohne bauliche Maßnahmen installiert.

Mittlerweile haben wir zehn solcher Geräte im Einsatz. Beide Messmethoden – Messmast und LiDAR – haben ihre Berechtigung und ihre technischen Vor- und Nachteile, je nach topographischer Gegebenheit des Einsatzortes.

Übrigens sind die Laserstrahlen eines LiDAR-System völlig ungefährlich für Mensch und Tier. Selbst wenn man direkt in die Laser hineinsieht, ist dies für die Augen nicht schädlich. Die genutzte Frequenz liegt im nichtsichtbaren Bereich. Deswegen sieht so eine Box auch recht unspektakulär aus: Es steht einfach ein weißer Kasten in der Landschaft, auf dem sich in der Mitte eine Glasscheibe mit einem Scheibenwischer befindet. Dabei sieht und hört man absolut nichts, denn das Gerät arbeitet völlig geräuschlos. Um es auf den Punkt zu bringen: LiDAR liefert genaue Daten in Nabenhöhe, ist vergleichsweise kostengünstig und hat weder optische noch akustische Nachteile. Was will man also mehr?


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