Für die Nutzung von Windenergie ist der Standort von zentraler Bedeutung. Daher kommen Anemometer zur Messung der vorherrschenden Windrichtung und Windstärken schon lange vor dem Bau einer Windkraftanlage zum Einsatz. Aber auch im Privatbereich sind sie nützlich.
Wie sieht es mit dem Ausbau der Windenergie in Deutschland aus?
Durch die Energiewende und den damit verbundenen Ausstieg aus der Atomkraft ist sowohl die Zahl der Windkraftanlagen an Land und Offshore als auch die erzeugte Leistung deutlich gestiegen. Lag die kumulierte Leistung (also die zusammengefasste Energieleistung) aller landgestützten Windkraftanlagen in den 1990ern noch unter 5.000 Megawatt (MW), erreicht sie mit einem Wert von rund 50.000 MW (entspricht 50 Gigawatt) inzwischen das Zehnfache.
Alleine im Jahr 2017 lag der Brutto-Zubau bei 5.333,53 MW, was ziemlich genau dem entspricht, was in den 90ern insgesamt in einem Jahr erzeugt wurde. Der Gesamtbestand an Windkraftanlagen belief sich zum 31.12.2017 auf 28.675, was einem Nettozuwachs von 1.405 Windenergieanlagen entspricht. Von der Bruttozahl beim Zubau (1.792 im Jahr 2017) werden dabei die wieder abgebauten Windkraftanlagen abgezogen.
Für den Abbau bzw. Rückbau von Windenergieanlagen gibt es vor allem drei Gründe:
- Anlagen sind veraltet, eine Modernisierung lohnt sich nicht verglichen mit einem Neubau
- Anlagen müssen aus rechtlichen Gründen abgebaut werden (z. B. wegen Bürgerinitiativen)
- Standorte erweisen sich im Nachhinein als ineffizient für die Windkrafterzeugung
Insbesondere der letzte Punkt war in der Vergangenheit häufiger zu verzeichnen, weil die Ermittlung der Windverhältnisse nicht sorgfältig genug durchgeführt wurde. Annahmen über vorherrschende Windrichtungen können sich als fehlerhaft erweisen, weil unter anderem die Windverhältnisse in der Höhe eines Rotors völlig anders sein können als etwa am Boden oder zu unterschiedlichen Jahreszeiten. Eine langfristige Ermittlung im Vorfeld des Windkraftanlagenbaus mittels Anemometer ist daher dringend notwendig.
Doch auch im Betrieb einer Anlage zur Energieerzeugung durch Windkraft ist die fortgesetzte und lückenlose Dokumentation und Aufzeichnung der Windverhältnisse notwendig. Ohne Anemometer könnte die Anlage beispielsweise nie effizient in die jeweilige Windrichtung gedreht werden, zumal auch eine ausreichende Windstärke vorhanden sein muss, um den Energieaufwand für das Bewegen der Rotoreinheit in den Luftstrom zu rechtfertigen. Wird der Wind hingegen zu stark, ist der Anemometer das Frühwarnsystem, das Schäden verhindern kann, indem die Windkraftanlage bei aufziehenden Unwettern und Stürmen rechtzeitig außer Betrieb gesetzt wird.
Video: Deutschland bewegt sich. Mit Windenergie.
Welche Arten der Anemometer kommen bei Windkraftanlagen zum Einsatz?
Überraschenderweise unterscheiden sich die Anemometer zur Messung der Windgeschwindigkeit für den Privatgebrauch technisch kaum noch von denen, die zu professionellen Zwecken in der Industrie oder eben auch bei Windkraftanlagen verwendet werden. Verschiedene Einsatzbereiche haben sich für unterschiedliche Funktionsweisen der Windmessgeräte durchgesetzt. Am häufigsten sieht man „in freier Wildbahn“ das klassische Schalenanemometer.
Für den mobilen Einsatz zur Überprüfung von Windverhältnissen kommen hingegen Flügelradanemometer zum Einsatz. Für sehr präzise Messungen von Windgeschwindigkeit und Windrichtung verwenden Wetterstationen und manche Windkraftanlagen aber auch Anemometer mit Ultraschall, die unter Zuhilfenahme des Dopplereffekts sehr genaue Messwerte liefern.
Am gängigsten sind die folgenden Ausführungen für ein Windmessgerät:
- Schalenkreuz
- Flügelrad
- Ultraschall
- Windplatte
- Hitzedraht
Funktionsweise der gängigsten Anemometer
Das klassische Schalenkreuzanemometer funktioniert durch die Ermittlung der Drehzahl des Schalenkreuzes, welches aus drei (manchmal vier) Halbschalen besteht und drehbar an einer senkrechten Achse befestigt ist. Die im Anemometer verbaute Elektronik registriert die Zahl der Umdrehungen und kann daraus die Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde berechnen bzw. anzeigen. Je schneller sich das Schalenkreuz dreht, desto höher ist folglich die Windgeschwindigkeit. Durch spezielle Messeinrichtungen an einzelnen Schalen können moderne Systeme sogar die Windrichtung ermitteln.
Einfacher ist es jedoch, zusätzlich zum Schalenkreuz eine klassische Windfahne am Anemometer zu befestigen. Auch diese Daten können von der Elektronik problemlos aufgezeichnet und beispielsweise an ein Smartphone übermittelt werden. Obwohl es auch mobile Schalenanemometer gibt, eignen sie sich aufgrund ihrer doch recht sperrigen Bauweise eher weniger für handliche Anemometer.
Das Flügelrad ist für Anemometer im mobilen Einsatz die perfekte Bauweise. Dabei ist ein Rotor in einem Gehäuse verankert und dreht sich abhängig von der Windstärke mit einer bestimmten Drehzahl, aus der wiederum die Windgeschwindigkeit errechnet werden kann. Klassische Flügelradanemometer treiben ein Zählwerk an.
Überraschenderweise unterscheiden sich die Anemometer zur Messung der Windgeschwindigkeit für den Privatgebrauch technisch kaum noch von denen, die zu professionellen Zwecken in der Industrie oder eben auch bei Windkraftanlagen verwendet werden.(#01)
Aufgrund der sehr einfachen und kompakten Bauweise lassen sich diese Windmessgeräte nahezu überall einsetzen. Die Messwerte sind ziemlich genau und eigenen sich durchaus auch für den professionellen Einsatz. Aufgrund der günstigen Konstruktion werden Flügelradanemometer meist für die Verwendung im Smarthome und der hauseigenen Wetterstation empfohlen.
Ein weiterer Vorteil der Flügelradanemometer liegt darin, dass sie selbst bei sehr starkem Wind problemlos genutzt werden können. Handgeräte gibt es schon für relativ wenig Geld im Internet. Hersteller wie Testo integrieren häufig Thermometer und andere Funktionen in ihre Anemometer, um sie als vollständige Wetterstation nutzen zu können. Neben Testo sind Produkte von Technoline oder Amgaze gängige Anemometer für den Hausgebrauch.
Je nach Bedarf variiert die Ausstattung der kleinen Windmessgeräte. Insbesondere die Produkte von Testo zeichnen sich durch die Einbindung einer eigenen App für das Smartphone sowie durch eine sehr hohe Präzision aus, wodurch sie gut für den Einbau im Smarthome geeignet sind.
Typische Anwendungsbeispiele für den Einsatz der Flügelrad Anemometer im privaten Haushalt sind etwa automatische Rollläden, Fenster oder Markisen. Je nach Ausstattung lassen diese sich über das Smartphone direkt bewegen bzw. schließen, wenn ein Unwetter droht. Gerade ein Anstieg der Windgeschwindigkeit, die vom Anemometer registriert wird, ist ein untrügliches Warnzeichen für das Aufziehen eines Unwetters.
Natürlich lässt sich das bei vielen Smarthomes inzwischen über automatische Funktionen regeln, man gibt also beispielsweise einen bestimmten Grenzwert für die Windgeschwindigkeit an. Werden diese spezifischen Messwerte überschritten, kann das Smarthome auch ohne Eingriff des Benutzers automatisch für ein Einrollen der Markise oder das Schließen der Fenster sorgen. In Verbindung mit einem Thermometer ist ein solches Windmessgerät eine sinnvolle Ergänzung der Smarthome-Funktionalität.
Technisch aufwändiger sind Ultraschall Anemometer, bei denen die Schallgeschwindigkeit mithilfe mehrerer Ultraschallsensoren ermittelt wird. Durch die Registrierung kleinster Partikel und Luftbewegungen im Messbereich kann aufgrund des Dopplereffekts die Windgeschwindigkeit sowohl horizontal als auch vertikal präzise bestimmt werden. Somit lässt sich zudem die Windrichtung klar ermitteln. Auch diese Geräte eignen sich bestens für den Einsatz im Smarthome, sind jedoch etwas teurer in der Anschaffung als Flügelrad-Modelle.
Weniger verbreitet sind im privaten Bereich die Hitzedrahtanemometer, die eher für industrielle Anwendungen infrage kommen sowie die veraltete und weniger präzise Messung per Windplatte bzw. Druckplatte.
Heute bekommen wir problemlos aktuelle Wetterdaten für unseren Standort auf unser Smartphone.(#02)
Warum macht die Messung mit einem Anemometer Sinn?
Heute bekommen wir problemlos aktuelle Wetterdaten für unseren Standort auf unser Smartphone. Doch diese Daten sind immer nur Annäherungswerte und können lokal sehr schwanken. Besonders bei der Vorhersage von Gewittern und Unwettern mangelt es den Wetterdiensten an Präzision, weil die Gegebenheiten durch Faktoren wie Topographie und Bebauung zu großen punktuellen Abweichungen innerhalb relativ kleiner Gebiete führen können. Ein paar hundert Meter können da schon den Unterschied zwischen Verwüstung und Sonnenschein ausmachen. Wer sich vor solchen Wetterkapriolen schützen möchte, sollte in eine leistungsfähige Wetterstation mit Anemometer investieren.
Insbesondere Hobbygärtner oder professionelle Landwirte profitieren von dieser individuellen Ermittlung von Wetterdaten. Je mehr Daten aufgezeichnet und über Apps bzw. Computerprogramme ausgewertet werden können, desto verlässlicher sind Prognosen und Erfahrungswerte über längere Zeiträume hinweg. Ein eigenes Windmessgerät ist also weit mehr als nur eine Spielerei – schließlich gibt es auch in so gut wie jedem Haushalt Thermometer, Barometer und Hygrometer. Es macht daher Sinn, diese Informationen gebündelt über eine Wetterstation mit Anemometer auszuwerten und zu nutzen.
Im größeren Maßstab ist die präzise Messung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung sogar unverzichtbar.(#03)
Fazit: Nicht nur große Windkraftanlagen benötigen Anemometer
Heute kann sich jeder seine eigene meteorologische Station im Garten oder auf dem Balkon leisten. Je nach Ausführung sind moderne Systeme mit Anemometer schon für relativ wenig Geld verfügbar und bieten einen großen Funktionsumfang. Von der persönlichen Wettervorhersage für den Schrebergarten bis hin zur Abwehr von spontanen Unwetterschäden durch intelligente Smarthome-Funktionen kann das Anemometer sehr nützlich sein.
Im größeren Maßstab ist die präzise Messung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung sogar unverzichtbar. Nicht nur für die Wettervorhersage und Planung in der Landwirtschaft, sondern selbstverständlich auch in Sachen Windenergie. Denn die schönste und größte Windkraftanlage nützt nichts, wenn sie an einem falschen Standort errichtet wird. Der Einsatz von Anemometern ist dabei einer der wichtigsten Faktoren.
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