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Dass Energie aus Sonne, Wasser und Wind bei der nächsten Generation zur Selbstverständlichkeit wird und vielleicht mithilft, das Klimaproblem zu lösen, das wünschen sich die Autoren dieses Buches.
Was man über Windenergie wissen sollte
Woher kommt der Wind?
Am Äquator, wo die Sonne am höchsten steht, steigt die erwärmte Luft auf und strömt zu den kalten Erdpolen hin, wo sie abfällt. Dadurch entsteht eine Strömung, die auf der Nordhalbkugel eigentlich immer als Südwind, in der Südhalbkugel immer als Nordwind zu spüren sein müsste.
Jetzt kommen aber noch die Erdrotation und die unterschiedliche jahreszeitliche Erwärmung über den Landmassen und den Meeren dazu. Es entstehen Gebiete mit unterschiedlichem Luftdruck, dabei strömt die Luft vom Hochdruckgebiet in die Tiefdruckgebiete. So werden die großen „globalen“ Windströmungen in 1000m Höhe immer wieder verändert, ihre Richtung wird abgelenkt, sie werden verstärkt oder lösen sich auf.
Was wir spüren, sind hauptsächlich die „lokalen Winde“, die bis in 100 Meter Höhe von der „Rauigkeit“ der Erdoberfläche beeinflusst werden. Seen, Berge, Täler, Städte, große Bauten können die Winde stark beeinflussen, so dass sie öfters ihre Richtung oder Stärke verändern. Je nach Jahreszeit treten dann gebietsweise sogar extreme Winde auf wie der Föhn in den Alpen, der Mistral im Rhonetal oder der Wüsten-Shirocco.
Lokale Winde sind besonders gut im Urlaub am Meer zu beobachten, wo sich tagsüber durch die Sonne das Land erwärmt: Die warme Luft steigt auf und zieht die kühlere vom Meer nach. So weht tagsüber am Strand immer ein kräftiger Wind aus Richtung Meer. Am Abend, wenn das Land sich abkühlt, flaut der Wind meist ab. Da kann es in kühlerer Jahreszeit sogar zu einer Brise vom Land aufs Meer hinaus kommen, weil das Wasser noch wärmer als der Erdboden ist.
Wie können wir den Wind messen?
Warum startet das Windrad nicht? Wie viel Sturm hält das Windrad aus? Wie viel Wind weht durchschnittlich im Jahr?
Das sind Fragen, die nicht nur Windradplaner auf der Suche nach geeigneten Standplätzen für Großwindräder interessieren. Auch Besitzer von Kleinwindrädern wollen oft wissen, wie windgünstig der Platz ist, an dem das Windrad aufgestellt wird. Oft kann man mittels Windmessung die Fehlerquellen finden, die zum unruhigen Lauf oder zu verminderter Leistung des Windrades führen.
Um nur den besten Standort auf dem eigenen Grundstück zu finden, benötigt man keine aufwändige Windstärkemessung. Es genügt schon, ein paar unterschiedlich hohe Stangen mit „Windfahnen“ von 1,5 Meter Länge (+ Knoten) aus Stoff oder Baustellenabsperrband aufzustellen. Dort wo die Fahnen am ruhigsten und möglichst waagerecht flattern ist der geeignete Standort für einen Mast.
Die Windstärke kann man auf verschiedene Arten messen, am genauesten geht es mit einem Anemometer: Halbkugelige Schalen drehen sich um eine Achse und geben elektrische Impulse ab, die über ein Kabel oder Funk zum Anzeigegerät übertragen werden. Dort werden über einen Mikroprozessor die Daten aufbereitet, so dass man verschiedene Auswertungen bekommt: Durchschnitt, Höchstwerte, Jahresmittel-, Monatsmittel-, Tagesmittelwerte oder die Häufigkeit der jeweiligen Windstärke.
Da gute Windmesser teuer sind, haben wir ein einfaches Windmessgerät zum Nachbauen entwickelt, das für Grundmessungen durchaus zu verwenden ist. So können z.B. an Schulen geeignete Standorte für ein Schulwindrad ermittelt werden. Mehr dazu finden Sie unter 2.1 bei den Bauanleitungen.
Wer sich für präzise Messungen interessiert, muss zu einem käuflichen Gerät greifen. Es gibt mobile Handmesser und fest zu installierende Messgeräte. Beachten sollten Sie aber beim Kauf, dass ein Datenspeicher eingebaut ist, der mindestens eine Woche lang die Messdaten festhält, so dass man sie nach dieser Zeit ablesen kann.
Wie schon erwähnt, bieten die Elektronikversender nur Handwindmesser an, die hauptsächlich für Surfer und Drachenflieger geeignet sind, weil sie nur die augenblickliche Windstärke anzeigen können. Richtige professionelle (und teure) Messgeräte dagegen speichern die Daten über einen längeren Zeitraum bis zu einem ganzen Jahr und ermöglichen so eine echte Aussage über die Eignung eines Standortes.
Deshalb stellen wir hier ein nicht zu teures Windmessgerät vor, das sich für richtige Windmessungen eignet:
Der Windmaster 2 ist ein handliches, präzises Messgerät mit geschütztem Schalenstern und LCD-Anzeige für aktuelle, durchschnittliche oder maximale Wind-Geschwindigkeit. Die Messeinheiten sind in m/s (Meter pro Sekunde), km/h (Kilometer pro Stunde) und mph (Meilen pro Stunde) wählbar, die Daten werden maximal 8 Tage gespeichert. Das Gerät hat zur Befestigung ein Stativgewinde und ist wetterfest. Dazu gibt es eine handliche Schutztasche. Die austauschbare Knopfbatterie hält zwei Jahre.
Langzeitwindmesser sind speziell für Voruntersuchungen oder Kontrollen im Freiland ausgelegt. Die Messeinrichtung besteht aus einem Anemometer, das auf einem Mast befestigt werden kann, und einem Anzeigegerät, die beide über ein langes Messkabel miteinander verbunden sind. Die Messung reicht meist von 0,4 – 40 m/s. Messwerte sind: momentane Windgeschwindigkeit, Durchschnitt, maximale Geschwindigkeit, Betriebsstunden, verschiedene Monatsmittelwerte, Verteilung der Windklassen.
Diese zwar teuren, aber sehr präzise messenden Geräte eignen sich besonders für Standortmessungen im Gelände, für Messungen an Schulen oder Hochschulen.
Wie kann man die Windleistung berechnen und welche Windstärken gibt es?
Die Windgeschwindigkeit ist entscheidend für die Menge der Energie, die aus dem Wind gewonnen werden kann. Dabei steigt der Energiegehalt des Windes kubisch (hoch 3) mit der Windgeschwindigkeit an. So bedeutet z.B. die Verdoppelung der Windgeschwindigkeit eine theoretische Energieausbeute, die achtmal so groß ist.
Wenn wir gerade beim Rechnen sind, dann interessiert Sie vielleicht auch noch, wie viel Leistung man nun aus einer kreisförmigen Flügelfläche herausbekommen könnte. Dabei müssen allerdings von der theoretischen Windleistung noch die tatsächlichen Verluste abgerechnet werden.
Durch genaue Messungen und Berechnungen hat der deutsche Physiker Albert Betz 1919 festgestellt, dass von der theoretischen Windleistung nur höchstens
