DE20023215U1

DE20023215U1 - Windenergieanlage mit Schattenwurfregelung

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Publication number: DE20023215U1
Application number: DE20023215U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-03-11
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2010-03-12

Description

Eisenführ, Speiser & Partner * _#· ···. .::".·,·· \

Bremen . , . . . Hamburg .

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European Patent Attorneys European Patent Attorney

Dipl.-Ing. Günther Eisenführ Dipl.-Phys. Frank Meier Dipl.-Ing. Dieter K. Speiser

Dr.-Ing.WernerW. Rabus Rechtsanwälte

Dipl.-Ing. Jürgen Brügge Rainer Böhm

Dipl.-Ing. Jürgen Klinghardt Nicol A. Schrömgens, LL. M. Dipl.-Ing. Klaus G. Göken

Jochen Ehlers München

Dipl.-Ing. Mark Andres ' Patentanwälte

Dipl.-Chem. Dr. Uwe Stilkenböhmer European Patent Attorneys

Dipl.-Ing. Stephan Keck Dipl.-Phys. Heinz Nöth

Dipl.-Ing. Johannes M. B. Wasiljeff Dipl.-Wirt.-Ing. Rainer Fritsche

Lbm.-Chem. Gabriele Leißler-Gerstl

Rechtsanwälte Dipl.-Ing. Olaf Ungerer

Ulrich H. Sander Patentanwalt

Christian Spintig Dipl.-Chem. Dr. Peter Schuler

Sabine Richter

Harald A. Förster Berlin

Patentanwälte

Martinistrasse 24 European Patent Attorneys

D-28195 Bremen Dipl.-Ing. Henning Christiansen

Tel.+49-10)421-36 35 0 Dipl.-Ing. Joachim von Oppen

Bremen, 25. Februar 2003 Fax+49(0)421-337 8788 (G3) Dipl.-Ing. Jutta Kaden

, .. \&Lgr;/&Lgr; ^Qß^ line cTI/^mi, Fax+49-(0|421-328 8631 (G4) Dipl.-Phys. Dr. Ludger Eckey

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(Abzweigung aus EP 00 910 815.2-2315)

Aloys Wobben

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Windenergieanlage mit Schattenwurfregelung

Bei der Planung und Aufstellung von Windenergieanlagen spielen die zu erwartenden optischen Beeinträchtigungen der Windenergieanlage auf die Umwelt eine zunehmend wichtige Rolle für die Genehmigung und Akzeptanz. Ist beispielsweise eine Windenergieanlage in der Nähe eines Wohnhauses platziert (siehe Verkuijlen E. et al.: &ldquor;Shadow hindrance by wind turbines", European Wind Energy Conference 1984: Proceedings of an International Conference, EWEC 1984, Hamburg, 1985, Seiten 356-361), so ist es bei ungünstigen Sonnenständen möglich, dass die Windenergieanlage bzw. ihr Rotor zwischen der Sonne und dem Wohnhaus angeordnet ist. Wenn der Sonnenschein nicht durch Wolken beeinflusst ist, wirft der sich drehende Rotor ständig einen (Schlag-)Schatten auf das Grundstück. Der durch die Windenergieanlage erzeugte Schattenwurf auf das benachbarte Anliegen wird von den Anwohnern oft als sehr störend wahrgenommen.

Auch wenn die Windenergieanlage den genehmigungsrechtlichen Anforderungen genügt, ist jedoch nicht immer gewährleistet, dass der unerwünschte Schattenwurf unterbunden wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Windenergieanlage zu schaffen, mittels der die Schattenwurfproblematik überwunden wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Schattenwurf nur bei einem bestimmten Sonnenstand eintreten kann, wenn eine direkte Sonneneinstrahlung mit hoher Lichtintensität gegeben ist. Der Sonnenstand ist bekanntlich abhängig von der Jahres- und Tageszeit und kann mittels Messung oder Berechnungsprogrammen für jeden relevanten Immissionspunkt (das ist die Stelle [Bereich], an der der Schattenwurf auftreten kann) ermittelt werden. Grundlage für die Schattenabschaltung einer Windenergieanlage sind demgemäß die berechneten Zeiten, in denen es aufgrund des Sonnenstandes und der geografischen Anordnung der Anlage zu einem Schattenwurf bei einem Anlieger (am Immissionspunkt) kommen kann. Parallel zu den vorgegebenen Sonnenstandszeiten wird über einen Lichtsensor die Lichtintensität ermittelt und damit die Plausibilität eines auftretenden Schattenwurfs überprüft. Nur wenn während der vorgegebenen Sonnenstandszeiten, bei denen ein Schattenwurf am Immissionspunkt möglich ist, die Helligkeit ausreicht, einen Schattenwurf zu verursachen, erfolgt die Schattenabschaltung der Windenergieanlage.

Die Schattenabschaltung kann bei der erfindungsgemäßen Windenergieanlage über eine Eingabe/Anzeigeeinrichtung (LC-Display) bedient werden. Hierzu können die Einstellungen bzw. Werte der aktuellen und der Abschalt-Lichtintensität abgelesen werden. Des weiteren ist dem Display zu entnehmen, welchen Status die Abschaltung momentan besitzt, d.h. ob sie ein- oder ausgeschaltet bzw. aktiv oder inaktiv ist. In einem separaten Menü kann die Eingabe der Abschaltzeiten vorgegeben bzw. geladen werden.

Im Modus "Schattenabschaltung" werden die Parameter aktuelle Lichtintensität (Wert in %), Abschalt-Lichtintensität (Wert in %), Schatten-Abschaltung (ein/aus) bzw. Schatten-Abschaltung (aktiv/inaktiv) angezeigt. Abschalt-Lichtintensität ist hierbei ein Wert der Lichtintensität, bei dem die Windenergieanlage abzuschalten ist. Steht beispielsweise eine Windenergieanlage sehr nahe an einem betroffenen Immissionspunkt, so ist auch bei leicht bedecktem Himmel der auftretende Schattenwurf störend. Daher sollte in diesem Fall (die Windenergieanlage steht sehr nahe am betroffenen Immissionspunkt) die Anlage einen niedrigeren Wert für die Abschaltintensität erhalten als für den Fall, wenn der Immissionspunkt weiter weg von der Windenergieanlage steht. Bei den Lichtintensitäten bedeutet ein niedriger Prozentwert eine geringe Lichtintensität (z.B. bei wolkenverhangenem Himmel) und ein hoher Prozentwert eine starke Lichtintensität z.B. direkte Sonneneinstrahlung), was darauf schließen lässt, dass die Sonneneinstrahlung nicht durch einen Wolkenverhang oder Nebel gestört ist. Schatten-Abschaltung (ein/aus) zeigt an, ob diese überhaupt aktiviert ist. Schatten-Abschaltung (aktiv/inaktiv) gibt an, ob die Anlage momentan wegen Schattenwurfs abgeschaltet ist.

Wird für die aktuelle Lichtintensität ein Wert oberhalb der Abschalt-Lichtintensität ermittelt und ergibt sich gleichzeitig eine Übereinstimmung im eingegebenen Zeitfenster, welches die Sonneneinstrahlung bzw. den Sonnenstand berücksichtigt, stoppt die Windenergieanlage automatisch, sofern die Schattenabschaltung auf "ein" geschaltet ist. Während die Anlage wegen Schattenwurfs gestoppt ist, erscheint im Hauptmenü der Anzeigeeinrichtung eine entsprechende Statusmeldung.

Der Wert der Abschalt-Lichtintensität kann über entsprechende Eingaben verändert werden. Da der Schatten der Rotorblätter mit zunehmender Entfernung zum Immissionspunkt schwächer wird und irgendwann ganz an Bedeutung verliert, wirkt sich der Schattenwurf mit zunehmender Entfernung auch nur bei höherer Lichtintensität ungünstig aus. Als sinnvoll eingestellten Wert für die Abschalt-Lichtintensität können durchschnittlich 60% angesetzt werden. Die Abschalt-Lichtintensität muss jedoch je nach lokalen Gegeben-

heiten eingestellt werden, weil die Abschalt-Lichtintensität auch von den geografischen Gegebenheiten vor Ort abhängt.

Die Lichtverhältnisse werden auch nach dem Stop der Anlage ständig weiter gemessen. Die Windenergieanlage startet automatisch wieder, wenn die Abschalt-Lichtintensität für eine Dauer von mehr als 2 Minuten, vorzugsweise 10 Minuten, unterschritten wird oder der Schatten soweit gewandert ist (aufgrund von Veränderung des Sonnenstandes bzw. aufgrund der Sonnenbahn), dass keine Beeinträchtigungen durch Schattenwurf am Immissionspunkt mehr vorliegen.

Die Zeiten für das Auftreten des Schattenwurfs werden zur Eingabe über ein Menü editiert. Dabei setzen sich die Werte aus einem Anfangs- und einem Enddatum sowie einer Start- und einer Stoppzeit zusammen. Eingegebene Werte können jederzeit geändert, erweitert oder gelöscht werden, was mittels manueller Eingabe oder durch das Einlesen eines entsprechenden Programms erfolgen kann.

Die Sonnenstandszeiten werden im Format der Winterzeit eingegeben. Ebenso werden bei der Programmierung Schaltjahre berücksichtigt.

Die Zeiten für die Schattenabschaltung sind aktuell oder im nachhinein stets über Fernüberwachung abrufbar, so dass ein Nachweis zur Einhaltung geführt werden kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in der Seitenansicht den Schattenwurf bei zwei verschiedenen Sonnenständen; und

Fig. 2 zeigt in der Obenaufsicht den Schattenwurf bei ebenfalls zwei verschiedenen Sonnenständen.

In Fig. 1 ist eine Windenergieanlage, z.B. vom Typ E-40 der Firma Enercon gezeigt, welche in einer bestimmten Entfernung E zu einem Haus 2 steht. Dieses Haus 2 kann auch als Immissionspunkt A bezeichnet werden.

Wenn morgens die Sonne aufgeht bzw. in der Winterzeit auch tagsüber, steigt die Sonne nur - immer vom Immissionspunkt A aus gesehen - auf eine geringe Höhe an, so dass sich beim Sonnenstand I ein Einfallswinkel ß\ ergibt.

Steigt die Sonne höher - Sonnenstand Il - ergibt sich ein anderer Einfallswinkel ß\\ der Sonnenstrahlen. Diese Einfallswinkel ß\ und ß\\ (es sind jedwede andere Einfallswinkel denkbar) der Sonnenstrahlen legen auch fest, wann es überhaupt zu einem direkten Schattenwurf am Immissionspunkt A kommen kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Szene ist in Fig. 2 nochmals aus einer anderen Perspektive gezeigt. Wenn die Sonne (wiederum vom Immissionspunkt aus betrachtet) im Südosten steht, treffen die Sonnenstrahlen in einem Winkel al - bezogen auf die Westostachse - auf die Windenergieanlage.

Sobald die Sonne weiter Richtung Süden gewandert ist, fallen die Sonnenstrahlen in einem anderen Winkel all auf die Windenergieanlage 1.

Nur wenn der Sonnenstand, welcher eine Funktion des geografischen Ortes auf der Erde sowie der Einfallswinkel &agr; und &bgr; ist, dafür sorgt, dass der Schatten der Windenergieanlage auf den Immissionspunkt A trifft, wird die Windenergieanlage abgeschaltet, wenn die Lichtintensität am Immissionspunkt über einen vorbestimmten Wert, nämlich einer Abschalt-Intensität liegt. Die Abschalt-Intensität hängt nicht nur vom Lichteinfall ab, sondern auch von der Entfernung zum Immissionspunkt. Steht eine Windenergieanlage sehr nahe am betroffenen Immissionspunkt, so kann auch bei leicht bedecktem Himmel der auftretende Schattenwurf störend sein. In einem solchen Fall sollte daher die Windenergieanlage einen niedrigeren Wert für die Abschalt-Intensität erhalten, als für den Fall, wenn der Immissionspunkt weiter weg von der Windenergieanlage steht.

&ldquor;&pgr;::.

Liegt die Lichtintensität unterhalb der Abschalt-Intensität, wird die Windenergieanlage - unabhängig vom Sonnenstand - nicht abgeschaltet und kann weiterhin elektrische Energie erzeugen. Ein solcher Fall ist insbesondere bei starker Bewölkung gegeben.

Je weiter weg eine Windenergieanlage vom Immissionspunkt angeordnet ist, um so kürzer sind die Zeiten, innerhalb derer sich überhaupt ein Schattenwurf am Immissionspunkt einstellen kann.

Die Lichtintensität kann direkt am Immissionspunkt A oder an der Windenergieanlage gemessen werden. Da der Immissionspunkt und die Windenergieanlage relativ nahe zueinander stehen, sind die an der Windenergieanlage gemessenen Lichtintensitätswerte auch für den Immissionspunkt A gültig.

Die Lichtintensität selbst kann beispielsweise mit einem Lichtsensor gemessen werden, dessen Werte von einer Datenverarbeitungseinrichtung, die der Windenergieanlage zugeordnet ist, verarbeitet werden. In dieser Datenverarbeitungseinrichtung sind auch die Sonnenstände programmiert, bei denen ein Schattenwurf am Immissionspunkt auftreten kann. Es ist leicht ersichtlieh, dass diese "Schattenwurf'-Sonnenstände für jede Windenergieanlage verschieden sind und daher die Datenverarbeitungseinrichtung für jede Windenergieanlage einen anderen Sonnenstand gespeichert hat, bei dem der Schattenwurf auftreten kann.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass bei einem Windpark, welcher in der Nähe eines Immissionspunktes angeordnet ist, wo Schattenwurf zu vermeiden ist, durch eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung gesteuert werden kann, die jeweils einzelne Windenergieanlagen eines Windparks dann ausschaltet, wenn durch diese ein Schattenwurf am Immissionspunkt gegeben ist.

Tritt ein Schattenwurf auf, so wird nicht sofort abgeschaltet, sondern erst dann, wenn der Schattenwurf über eine gewisse Zeit, beispielsweise 5 bis 10 Minuten gegeben ist.

Ist der Schattenwurf nicht mehr gegeben, beispielsweise weil zwischen die Sonne und die Windenergieanlage Wolken getreten sind, kann auch vorgesehen werden, die Windenergieanlage nicht sofort wieder anzuschalten, sondern eine gewisse Zeit, z.B. 5 bis 10 Minuten, zu warten, und erst dann für eine Anschaltung und für eine wieder anlaufende Windenergieanlage zu sorgen, wenn innerhalb dieser Zeit die Lichtintensität unterhalb der Abschalt-lntensität lag.

Es ist auch möglich, neben bereits programmierten Abschalt-Sonnenständen weitere Sonnenstände für die Windenergieanlage zu programmieren, wenn dies notwendig ist.

Claims

1. Windenergieanlage mit einer die Windenergieanlage steuernden Datenverarbeitungseinrichtung, in der die Sonnenstände bzw. diesbezügliche repräsentative Werte gespeichert sind, und einer Einrichtung zur Ermittlung der absoluten Lichtintensität der direkten Sonneneinstrahlung, wobei die Abschaltung der Windenergieanlage erfolgt, wenn die gemessene Lichtintensität bei einem vorbestimmten Sonnenstand über einem vorbestimmten Wert (Abschalt-Intensität) liegt.

2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage mit einem Lichtsensor gekoppelt ist, mittels dem die jeweils aktuelle oder über eine gewisse Zeit ermittelte Lichtintensität gemessen wird, und dass die von dem Lichtsensor ermittelten Daten von der Datenverarbeitungseinrichtung verarbeitet werden und eine Abschaltung der Windenergieanlage erfolgt, wenn bei Einnahme eines vorbestimmten Sonnenstandes die Lichtintensität über einem vorbestimmten Wert liegt, bei dem zu erwarten ist, dass die Windenergieanlage einen Schatten wirft.

3. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage über eine Anzeigeeinrichtung verfügt, mittels welcher der Status der Schattenabschaltung wiedergegeben werden kann.

4. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die gespeicherten Sonnenstände hinaus neue Sonnenstände für weitere Immissionspunkte eingespeichert werden können, was mittels einer entsprechenden Programmierung durchgeführt wird.

5. Windpark mit mehreren Windenergieanlagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.