Windleistungsdichte
Mittlere im Wind verfügbare Leistung pro Quadratmeter Fläche senkrecht zur Strömung, in W/m²; das Standardmaß für die Qualität eines Windstandorts.
Die Windleistungsdichte (WPD) misst den Fluss kinetischer Energie durch eine senkrechte Fläche, noch bevor irgendein Anlagenwirkungsgrad ins Spiel kommt:
Maßgeblich ist der Mittelwert der dritten Potenz, ⟨v³⟩, nicht die dritte Potenz der mittleren Geschwindigkeit. Bei einer Rayleigh-Weibull-Verteilung (k = 2) ist der mittlere Kubus etwa 1,91-mal so groß wie der Kubus des Mittelwerts. Ein Standort mit 7 m/s im Mittel hat bei Luftdichte auf Meereshöhe also eine WPD von etwa 0,5 × 1,225 × 343 × 1,91 ≈ 400 W/m² und nicht 210 W/m².
Grobe Standortklassen in 100 m Höhe:
- Unter 200 W/m²: grenzwertig für Großwindanlagen
- 300–500 W/m²: gute Standorte an Land
- 500–800 W/m²: ausgezeichnet, etwa die Great Plains in den USA, Patagonien und die schottischen Küsten
- Über 800 W/m²: herausragende Offshore- und Kammlagen, Nordsee und Südpolarmeer
Die Luftdichte ρ geht direkt in die WPD ein: Sie sinkt um etwa 10 % je 1.000 m Höhe und schwankt um rund 3–4 % je 10 °C. Ein kalter Küstenstandort schlägt daher ein heißes Hochplateau mit gleicher Windgeschwindigkeit. Nutzbar ist höchstens der Anteil bis zur Betz-Grenze von 59 %, reale Anlagen setzen etwa 40–47 % um. Der Global Wind Atlas kartiert die WPD weltweit in 10, 50, 100, 150 und 200 m Höhe; siehe auch die Karte zum Windpotenzial auf dieser Website.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Weibull-Verteilung
Zweiparametrige Wahrscheinlichkeitsverteilung, die beschreibt, wie häufig an einem Standort welche Windgeschwindigkeit auftritt; definiert durch Skalenfaktor c und Formfaktor k.
- Betz-Grenze
Der theoretisch höchste Anteil der Bewegungsenergie, den ein frei umströmter Rotor dem Wind entziehen kann: 16/27, also etwa 59,3 %.
- Rotorfläche (überstrichene Fläche)
Die Kreisfläche, die die Rotorblätter einer Windkraftanlage überstreichen; die Leistung ist ihr direkt proportional und wächst mit dem Quadrat des Rotordurchmessers.
- Windscherung (Höhenprofil)
Änderung der Windgeschwindigkeit (und teils der Richtung) mit der Höhe über Grund, bestimmt durch Oberflächenrauigkeit und atmosphärische Schichtung.
- Nabenhöhe
Höhe der Rotormitte einer Windkraftanlage über Grund oder Meeresspiegel. Höhere Naben erreichen stärkeren, gleichmäßigeren Wind und treiben die Kapazitätsfaktoren nach oben.