Der Windschatten-Calculator berechnet die Verhältnisse in der gewünschten Nabenhöhe und im gewünschten Abstand zur Windkraftanlage. Wenn Sie die Grafikfunktion verwenden, berechnet der Computer 620 verschiedene Meßpunkte in verschiedenen Höhen und Abständen vom Hindernis.

Je höher wir uns über dem Hindernis befinden, umso geringer wird der Windschatten sein. Dennoch kann der Windschatten in einer bestimmten Entfernung die fünffache Höhe des Hindernisses selbst erreichen.

Wenn das Hindernis höher ist als die halbe Nabenhöhe, sind die Ergebnisse ungenauer, da die exakte Geometrie des Hindernisses (z.B. verschiedene Dachneigungen bei einem Gebäude) in das Ergebnis eingeht. In diesem Fall zeigt das Programm eine Warnung in einem Textfeld unterhalb der Ergebnisse an.

Der Abstand zwischen dem Hindernis und der Windkraftanlage ist sehr wichtig in bezug auf die Ausprägung des Windschattens. Normalerweise wird der Windschatten immer schwächer werden, je weiter man sich vom Hindernis entfernt, genauso wie die Rauchfahne eines Räucherstandes immer dünner wird, je größer die Distanz zu ihm ist. In Gegenden mit sehr geringer Rauhigkeit (z.B. Wasseroberflächen) kann der Windschatten von Hindernissen (z.B. einer Insel) noch in 20 km Entfernung meßbar sein.

Wenn der Abstand zwischen Hindernis und Anlage weniger als fünfmal die Höhe des Hindernisses beträgt, sind die Ergebnisse ungenauer, weil sie wieder von der exakten Geometrie des Hindernisses abhängen. Auch in diesem Fall wird das Programm eine Warnung unterhalb der Ergebnisse anzeigen.

Die Rauhigkeit des Geländes zwischen dem Hindernis und der Windkraftanlage hat einen großen Einfluß auf die Stärke des Windschattens. In Gebieten mit geringer Rauhigkeit kann sich der Wind, der außen um das Hindernis herumbläst, leichter mit den Verwirbelungen hinter dem Hindernis vermischen, sodaß der Windschatten weniger stark ins Gewicht fällt.

Es mag etwas verwirrend erscheinen, daß wir uns mit der Geländerauhigkeit einerseits und einzelnen Hindernissen andererseits beschäftigen. Eine gute Faustregel dafür ist: Wir sprechen von Hindernissen, wenn sie sich in den Hauptwindrichtungen in weniger als einen Kilometer Abstand zur Anlage befinden. In allen anderen Fällen liegen Änderungen der Rauhigkeitsklasse vor.

Je höher ein Hindernis ist, umso ausgedehnter ist auch der Windschatten.

Wie wir schon weiter oben erwähnt haben, sind die Ergebnisse weniger genau, wenn die Anlage näher liegt als fünfmal die Höhe des Hindernisses, oder wenn das Hindernis höher als die halbe Nabenhöhe ist. In diesen Fällen geht die Geometrie des Hindernisses stark in die Ergebnisse ein. Deshalb zeigt das Programm eine Warnung am Ende der Seite an.

Das Berechnungsmodell für Hindernisse geht von der Annahme aus, daß Hindernisse unendlich lang sind und daß sie im rechten Winkel zur Windrichtung stehen.

Ein sehr schmales Objekt wird natürlich einen weit kleineren Windschatten werfen als ein breites. Aus praktischen Gründen teilen wir den Horizont der Windkraftanlage in zwölf Sektoren mit je 30 Grad Öffnungswinkel.

Im unteren Teil der Skizze auf der rechten Seite des Windschatten-Calculators wird in 10 %-Schritten angezeigt, wieviel Platz das Hindernis in einem derartigen 30 Grad-Ausschnitt einnimmt. Sie können die Hindernisbreite einstellen, indem Sie auf die entsprechenden Quadrate klicken.

Sie können aber auch die genaue Länge des Hindernisses direkt eingeben (von der Windkraftanlage aus betrachtet) oder die Objektbreite in Prozent der Sektorbreite angeben.

= 0%
= 30%
= 50%
= 70%

Ein Baum ohne Blätter wird den Wind weit weniger bremsen als ein Gebäude. Bäume mit dichtem Laub haben einen Bremseffekt, der irgendwo dazwischen liegt. Im allgemeinen wird der Windschatten proportional zu eins minus der Hindernisporosität sein.Die Porosität eines Hindernisses ein prozentuelles Maß dafür, wie offen ein Hindernis ist, d.h. wie durchgängig das Objekt für den Wind ist. Ein Gebäude hat natürlich eine Porosität von Null. Die Porosität einer Ansammlung von Gebäuden mit gewissen Zwischenräumen beträgt "offene Fläche" dividiert durch "gesamte Fläche von Gebäuden und Zwischenräumen, von der Windkraftanlage aus gesehen".Sie können die Porosität entweder direkt im Calculator angeben, oder auf eines der oben angeführten Symbole klicken. Sie können aber auch die im Pop-up-Menü vorhandenen Einträge für verschiedene Objekte benützen.

Berechnen berücksichtigt ihre letzen Eingaben. Sie können aber auch auf die Tab-Taste drücken oder einfach außerhalb des Feldes klicken.

Windgeschwindigkeitzeichnen liefert eine Skizze und eine Tabelle mit der verbleibenden Windgeschwindigkeit in Prozent, jeweils für verschiedene Höhen und Entfernungen (bis zu 1.5 mal die Höhe und Entfernung der Windkraftanlage). Der Turm der Anlage ist gelb gezeichnet. Die Berechnungen sind relativ kompliziert, seien Sie also bitte etwas geduldig, wenn Sie einen langsamen Rechner haben.

Windenergiezeichnen zeigt eine Grafik und eine Tabelle der verbleibenden Windenergie in Prozent, in verschiedenen Höhen und Entfernungen (bis 1.5 mal die Höhe und Entfernung der Anlage). Der Turm der Anlage ist wieder gelb gezeichnet, und auch diese Berechnungen können etwas Zeit in Anspruch nehmen, wenn Sie über einen langsamen Computer verfügen. Seien Sie als bitte etwas geduldig.

Geschwindigkeitsprofilzeichnen generiert eine Grafik mit dem Verlauf der Windgeschwindigkeit in verschiedenen Höhen bis zu 100 m. Dieses Profil gilt für den Standort der Anlage. Von der roten Kurve kann man direkt ablesen, wie das Hindernis die Windgeschwindigkeit vermindert. Für die Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe können sie jede beliebige Geschwindigkeit eingeben. (Die Form der Kurve bleibt die gleiche, was zu erwarten war, da Hindernisse eine relative Änderung der Windgeschwindigkeit bewirken). Diese Kurve stimmt mit der des Windgeschwindigkeits-Calculators überein.

In der Ergebniszeile zeigt der Calculator an, wie groß der Abfall der Windgeschwindigkeit zufolge des Hindernisses in Prozent ist. Sie können sich die Änderung der Windgeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen und Entfernungen (bis zu 1.5 mal die aktuelle Höhe und Entfernung) ansehen, indem Sie auf Windgeschwindigkeit zeichnen klicken.(Wenn Sie mit einer speziellen Weibull-Verteilung zur Beschreibung des Windes in einem Sektor arbeiten, entspricht die Änderung der Windgeschwindigkeit einer Änderung des Skalierungsfaktors A. Sie können die Ergebnisse Ihrer Berechnungen dazu verwenden, diesen Skalierungsfaktor entsprechend anzupassen. Der Formparameter k bleibt hingegen unverändert. Wir werden später auf diese Weibull-Verteilung zurückkommen, wenn wir uns mit der Berechnung der Energieproduktion einer Windkraftanlage auseinandersetzen).

Die Ergebniszeile zeigt auch den Verlust an Windenergie zufolge des Hindernisses an. Sie können die Änderung der Windenergie für verschiedene Entfernungen und Höhen bis zu 1.5 mal der aktuellen Entfernung und Höhe zeichnen lassen, indem Sie auf Windgeschwindigkeitzeichnen klicken.

Hindernisse müssen nicht unbedingt senkrecht auf die Mittellinie eines Kreissektors stehen. Darüberhinaus können auch mehrere Reihen von Hindernissen auftreten. Obwohl man in diesen Fällen immer noch die grundlegenden Methoden des Calculators anwenden kann, wird man vielleicht doch auf professionelle Windsoftware zurückgreifen wollen, wie z.B. WindPro oder WAsP.

Die hier verwendeten Methoden basieren auf dem Europäischen Windatlas. Wenn Sie dort im Kapitel 8 nachlesen, beachten Sie bitte, daß Formel 8.25 einen Druckfehler enthält.