Wenn Sie einen großen Monitor haben, sollten Sie ein zusätzliches Fenster mit dem Calculator selbst öffnen, damit Sie ihn im Blickfeld haben, während Sie die Hinweise lesen.

Um die Leistungskurve richtig verwenden zu können, müssen wir unser bisheriges Wissen über die Leistungskurve und die Weibull-Verteilung kombinieren. Genau das macht auch der Leistungsdichte-Calculator auf der nächsten Seite:

Für jedes 0.1 m/s breite Windgeschwindigkeitsintervall multiplizieren wir die dazugehörige Wahrscheinlichkeit (von der Weibull-Verteilung) mit dem entsprechenden Wert der Leistungskurve der Windkraftanlage.

Dann bilden wir die Summe über alle Multiplikationen, um die mittlere (durchschnittliche) Leistung zu erhalten.

Wenn wir diese Leistung mit 365.25 mal 24 multiplizieren (Anzahl der Stunden eines Jahres), haben wir die gesamte Energieproduktion für ein durchschnittliches Jahr gefunden.

Verwenden Sie das Popup-Menü, um die Windverteilungsdaten einzustellen. Das Menü enthält Daten von ausgewählten europäischen Standorten. Die Daten für die Rauhigkeitsklassen 0, 1, 2 und 3 wurden dem Europäischen Windatlas entnommen. Bei Rauhigkeitsklasse 1.5 werden die entsprechenden Daten interpoliert. Wenn Sie Daten anderer Gebiete in die Liste aufnehmen wollen, schicken Sie uns einfach ein Email.

Wie wir bereits auf einer früheren Seite gesehen haben, steigt die Energie im Wind mit der Luftdichte. Versuchen Sie, die Lufttemperatur von z.B. 40 Grad Celsius auf -20 Grad Celsius zu ändern. Ein Kubikmeter kalter Luft beinhaltet um fast 25 Prozent mehr Luftmoleküle als ein Kubikmeter warmer Luft. Beobachten Sie also, wie sich die Energieproduktion verändert.

Wenn Sie die Höhe über dem Meeresspiegel variieren möchten, beginnen Sie damit, die Temperatur auf Meereshöhe einzustellen. Das Programm wird dann automatisch die Temperatur und den Luftdruck für die eingestellte Meereshöhe berechnen.

Sie können auch die Luftdichte selbst ändern, wenn Sie damit vertraut sind. In diesem Fall berechnet das Programm eine mögliche Belegung für die restlichen Parameter. (Sie können auch den Luftdruck ändern, obwohl Sie das besser lassen sollten, da der Luftdruck mit der lokalen Meereshöhe und der Temperatur zusammenpassen muß.)

In Nordeuropa ist der Formparameter der Weibull-Verteilung normalerweise ungefähr 2, jedoch variiert dieser Wert von Ort zu Ort. Deshalb sollte man einen Windatlas konsultieren, um den Formparameter genauer einzustellen. Weiters können Sie entweder den Skalierungsparameter oder die mittlere Windgeschwindigkeit eingeben, der jeweils andere Wert wird dann automatisch angezeigt.

Die Höhe, auf der die Messung vorgenommen wurde, ist sehr wichtig, da die Windgeschwindigkeit mit der zunehmender Höhe größer wird (siehe die Seite über Windscherung ). Meteorologische Messungen werden üblicherweise in einer Höhe von 10 m durchgeführt; Anemometermessungen hingegen erfolgen oft in Nabenhöhe der Windkraftanlage (in unserem Beispiel 50 m).

Die durchschnittliche Rauhigkeit der Umgebung ist zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe der Anlage wichtig, wenn die Messungen in einer anderen Höhe durchgeführt werden. Sie können entweder die Rauhigkeitslänge oder die Rauhigkeitsklasse einstellen, in Abhängigkeit der Landschaftsstruktur. (Im Handbuch der Windenergie finden Sie die Definitionen der Rauhigkeitsklassen).

Dieser Abschnitt dient zur Spezifikation der Nennleistung des Generators, des Rotordurchmessers, der Einschaltwindgeschwindigkeit , der Abschaltwindgeschwindigkeit und der Nabenhöhe der Anlage. Am Ende der Seite können Sie dann die Leistungskurve der Maschine angeben.

Es ist jedoch viel einfacher, das erste Popup-Menü zu verwenden. Dieses beinhaltet typische dänische Windkraftanlagen mitsamt den relevanten Daten für unsere Berechnungen. Wir haben bereits eine typische 600 kW-Maschine für Sie ausgewählt, aber Sie können ein wenig experimentieren, wenn Sie andere Anlagen wählen.

Im zweiten Popup-Menu können Sie die zur Anlage gehörige Nabenhöhe auswählen. Wenn Sie wollen, können Sie aber auch eine beliebige Nabenhöhe eingeben.

Experimentieren Sie ein wenig mit verschiedenen Nabenhöhen und beobachten Sie, wie sich die Energieausbeute ändert. Sie werden eine Veränderung insbesondere dann bemerken, wenn sich die Anlage in einem Gebiet mit hoher Rauhigkeitsklasse befindet. (Sie können die Rauhigkeitsklasse im Teilabschnitt über die Windgeschwindigkeits-Verteilung angeben).

Wenn Sie die Standardspezifikationen einer Anlage ändern, beinhaltet das Feld im ersten Popup-Menü den Text Anwenderbeispiel. Dadurch wird darauf hingewiesen, daß die gegenwärtigen Einstellungen nicht die einer Standard-Anlage sind. Sie können alle Variablen nach Belieben verändern, aber es ist nicht sehr sinnvoll, die Generatorleistung oder den Rotordurchmesser ohne Anpassung der Leistungskurve zu verändern. Wir verwenden den Rotordurchmesser nur zur Berechnung der Leistungsaufnahme und des Wirkungsgrades (in Form des Leistungsbeiwerts ). Die Nennleistung des Generators wird nur zur Ermittlung des Auslastungsfaktor herangezogen.

Aus praktischen Gründen (um Eingaben und Ergebnisse auf einen Blick zu sehen) haben wir die Tabelle der Leistungskurve am Ende der Seite angeordnet. In diesem Bereich können Sie Windkraftanlagen spezifizieren, die nicht in den eingebauten Tabellen vorhanden sind. Es gibt dabei nur eine Regel zu beachten: die Windgeschwindigkeiten müssen in aufsteigender Reihenfolge eingegeben werden.

Das Programm erstellt eine kontinuierliche Leistungskurve, indem es jeweils zwei Geschwindigkeitswerte (mit einer dazugehörigen Leistung ungleich Null) mittels einer Geraden verbindet.

Beachte: Das Programm berücksichtigt bei der Berechnung nur Geschwindigkeiten bis zu 40 m/s. Phantasie-Anlagen mit einem Arbeitsbereich über 30 m/s brauchen Sie also nicht in Ihre Überlegungen miteinzubeziehen.

Berechnen liefert die Ergebnisse auf Basis der Eingaben. Sie können auch woanders hinklicken oder die Tab-Taste drücken, um die Berechnungen anzustoßen. Beachten Sie, daß Sie nach Verändern der Leistungskurve Berechnen klicken müssen, da sonst das Programm keine Berechnungen durchführt.

Datenzurücksetzen setzt die Angaben auf das ursprüngliche Beispiel zurück.

Leistungsdichte zeichnet die Leistungsdichtekurve für die gewählte Anlage und den angegebenen Standort in ein eigenes Fenster.

Leistungskurve zeichnet die Leistungskurve für die Anlage Ihrer Wahl in ein eigenes Fenster.

Leistungsbeiwert zeichnet den Leistungsbeiwert , d.h. den Wirkungsgrad der Anlage als Funktion der Windgeschwindigkeit.

Leistungsaufnahme pro Quadratmeter Rotorfläche zeigt die Energiemenge, die theoretisch durch die Rotorfläche fließen würde, wenn der Rotor nicht vorhanden wäre. (In der Realität wird aufgrund des Hochdruckgebietes vor dem Rotor ein Teil des Luftstromes nach außen abgelenkt).

Maximale Leistungsaufnahme bei x m/s gibt an, welche Windgeschwindigkeit am meisten zur Gesamtleistung beiträgt. Diese Zahl ist normalerweise viel höher als die durchschnittliche Windgeschwindigkeit (siehe die Seite über die Leistungsdichtefunktion )

Mittlere Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe zeigt, wie das Programm die Winddaten auf die angegebene Nabenhöhe umrechnet. Wenn die eingegebene Nabenhöhe von der Höhe der Meßstation abweicht, berechnet das Programm automatisch die neue Weibull-Verteilung auf Basis der angegebenen Rauhigkeitsklasse (oder Rauhigkeitslänge).

Leistungsabgabe pro Quadratmeter Rotorfläche besagt, wieviel Elektrizität die Anlage aus der Leistungsaufnahme pro Quadratmeter Rotorfläche erzeugt. Normalerweise ist es am wirtschaftlichsten, wenn die Windkraftanlage rund 30 Prozent der verfügbaren Energie in Elektrizität umwandelt. (Beachten Sie bitte, daß die Größe Leistungsaufnahme auch jene Leistung beinhaltet, die außerhalb des Einschalt-Abschalt-Bereiches liegt. Deshalb können wir nicht einfach durch diesen Wert dividieren, um den durchschnittlichen Leistungsbeiwert zu erhalten).

Energieabgabe pro Quadratmeter Rotorfläche und Jahr zeigt uns, wieviel Energie die Anlage in einem durchschnittlichen Jahr produziert. Diese Größe wird den Eigentümer wohl am meisten interessieren. Abgesehen davon wird er aber auch den Preis der Anlage, ihre Verläßlichkeit und die Betriebs- und Instandhaltungskosten in Betracht ziehen müssen. Wir kommen im Abschnitt Wirtschaftlichkeit der Windenergie auf diese Themen zurück.

Die berechnete jährliche Energieproduktion kann von den tatsächlichen Angaben der Hersteller etwas abweichen. Das gilt besonders dann, wenn die Luftdichte variiert. In diesem Fall wird der Hersteller für jede Luftdichte eine eigene Leistungskurve berechnen. Der Grund dafür ist, daß bei einer Anlage mit Blattwinkelsteuerung die Neigung der Rotorblätter automatisch in Abhängigkeit der Luftdichte verstellt wird, während bei einer Stall-Steuerung der Blattwinkel fix eingestellt wird, und zwar unter Berücksichtigung der lokalen durchschnittlichen Luftdichte. Bei geringen Luftdichten können unsere Berechnungen bis zu 3.6 Prozent unter dem tatsächlichen Wert liegen, bei hohen Luftdichten bis zu 1.6 Prozent darüber.

Der Auslastungsfaktor besagt, wie sehr die Turbine die Nennleistung des Generators ausnützt. Mehr darüber können Sie auf der Seite über die jährliche Energieproduktion einer Windkraftanlage erfahren.