Bewertung von Methoden zur Messung von Winddaten
Es gibt verschiedene Methoden zur Aufzeichnung von Windmessdaten und oft werden mehrere Methoden gleichzeitig angewendet.
Rayleigh-Methode
Bewertet die kumulative Rayleigh-Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion. Dies ist eine direkte Variationsmethode, bei der das Minimum einer Funktion, die auf einem normierten linearen Raum definiert ist, durch eine lineare Kombination von Elementen aus diesem Raum angenähert wird. Diese Methode liefert Lösungen, wenn eine analytische Form für die wahre Lösung schwer zu finden ist. Sie wird angewandt, um die wahrscheinlichen Schwankungen am Standort zu berechnen, wenn nur die durchschnittliche Windgeschwindigkeit in der Region bekannt ist.
Die Rayleigh-Verteilung verwendet eine feste allgemeine Formel und spiegelt regionale Besonderheiten nur bis zu einem gewissen Grad wider.
Weibull-Methode
Für diese Methode ist die Kenntnis von zwei Parametern erforderlich: der Skalenfaktor A und der Formparameter C. Diese Methode beschreibt die Windverhältnisse genauer als die Raleigh-Methode, da die Form der tatsächlichen Verteilung berücksichtigt wird. Bei einem Wert des Parameters C = 2 ist die Formel identisch mit der Rayleigh-Verteilung.
Klassifizierung von Messdaten
Dieses Verfahren wird verwendet, um die Messdaten zu strukturieren und auf ein absolutes Minimum zu reduzieren (nur das absolut Notwendige). Es gibt zwei Methoden der Klassifizierung:
- Auswertung der Windgeschwindigkeit auf zwei Ebenen
- Die Skala ist in Segmente mit konstanter Breite unterteilt.
Die Häufigkeit wird in Intervallen von einer oder zehn Minuten aufgezeichnet und gezählt, um zu beurteilen, ob die Werte innerhalb der Klassengrenzen liegen. Über einen bestimmten Zeitraum wird eine Häufigkeitsverteilung erstellt, um die relative Verteilung zu beurteilen, indem die Klassenwerte durch die Gesamtzahl der Messungen geteilt werden. Die gemessenen Daten müssen in zwei Schritten korrigiert werden, um den Anforderungen und Standards zu entsprechen (langfristige Gültigkeit in Nabenhöhe).
Transformation zur Nabenhöhe
Da die Windmessungen in der Regel auf einer niedrigeren Ebene als der eventuellen Nabenhöhe der potenziellen Windturbine durchgeführt werden, ist eine Transformation der Daten erforderlich. Dieser Wert wird in der Regel mit der für jeden Richtungssektor möglichen Rauhigkeitslänge des Standorts (z.B. Bodenkontur) bestimmt. Es können Listen für die Rauhigkeitslänge verwendet werden, die eine Beschreibung der ungefähren Werte der Umgebung enthalten.
Eine viel zuverlässigere und präzisere Methode ist es jedoch, die Windmessung in zwei verschiedenen Höhen vorzunehmen.
Korrelation von Langzeitdaten
Die Messdaten sollten über einen Zeitraum von mindestens 1 Jahr erhoben werden, um sicherzustellen, dass saisonale Schwankungen berücksichtigt werden. Die Daten eines einzelnen Jahres müssen dann mit langfristigen Daten verglichen werden. Die Windgeschwindigkeiten können stark - bis zu 20% - vom langfristigen Durchschnitt abweichen.
Langfristige Korrelationsdaten können oft von nahegelegenen professionellen Wetterstationen, Flughäfen oder von bestehenden Windparks bezogen werden. Der Messstandard dieser externen Daten kann einen niedrigeren Standard aufweisen als der der eigenen Messstation.
Das Wichtigste ist, dass die Kontinuität der externen Daten gewährleistet ist (z.B. sind Daten von einer Wetterstation, die irgendwann verlegt wurde, nicht akzeptabel) und dass der Standort, der für die Korrelationsdaten verwendet wird, vergleichbar ist.
Windrose
Die ungehinderte Bewertung der Windrichtung ist für die ideale Positionierung von Windturbinen unerlässlich. Informationen über die Verteilung der Windgeschwindigkeiten und die Häufigkeit der wechselnden Windrichtungen sowie die Bewertung der Rauhigkeitslänge des Standorts sind erforderlich.
Um dies zu veranschaulichen, kann man ein Windrosendiagramm zeichnen, das auf meteorologischen Beobachtungen der Windgeschwindigkeit und -richtung basiert. Ein Kreis wird in 12 bis 36 Sektoren unterteilt. Der Radius der 12 äußersten, breiten Keile gibt die relative Häufigkeit jeder der 12 Windrichtungen an, d.h. wie viel Prozent der Zeit weht der Wind aus dieser Richtung.