Windscherung (Höhenprofil)
Änderung der Windgeschwindigkeit (und teils der Richtung) mit der Höhe über Grund, bestimmt durch Oberflächenrauigkeit und atmosphärische Schichtung.
Reibung an Gelände, Feldern, Wäldern und Gebäuden bremst die untersten Luftschichten, so entsteht ein senkrechtes Gefälle der Windgeschwindigkeit. Windgutachten rechnen Messwerte eines Messmasts oder Lidars mit einem von zwei Profilen auf die Nabenhöhe hoch:
Logarithmisches Gesetz: v(h) = vref ln(h / z0) / ln(href / z0)
Typische Werte für den Höhenexponenten α und die Rauigkeitslänge z0:
- Offene See: α ≈ 0,08–0,12, z0 ≈ 0,0002 m
- Offenes Grasland: α ≈ 0,14–0,16 (das klassische „1/7-Gesetz“), z0 ≈ 0,03 m
- Ackerland mit Hecken: α ≈ 0,2, z0 ≈ 0,1 m
- Wald und Vororte: α ≈ 0,25–0,4, z0 ≈ 0,5–1 m
Die Scherung ändert sich im Tagesverlauf. Nachts kann eine stabile Grenzschicht α über 0,4 und Low-Level-Jets erzeugen; deshalb liefern viele Binnenlandstandorte nachts mehr. An sonnigen Nachmittagen glättet die konvektive Durchmischung das Profil.
Für eine Anlage heißt Scherung: Der obere Rand eines 170-m-Rotors bekommt deutlich mehr Wind ab als der untere. Das erzeugt zyklische Blattlasten (ein Treiber der Materialermüdung) und Abweichungen von der garantierten Leistungskennlinie. IEC 61400-12-1 empfiehlt deshalb eine rotoräquivalente Windgeschwindigkeit, gemessen in mehreren Höhen.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Nabenhöhe
Höhe der Rotormitte einer Windkraftanlage über Grund oder Meeresspiegel. Höhere Naben erreichen stärkeren, gleichmäßigeren Wind und treiben die Kapazitätsfaktoren nach oben.
- Weibull-Verteilung
Zweiparametrige Wahrscheinlichkeitsverteilung, die beschreibt, wie häufig an einem Standort welche Windgeschwindigkeit auftritt; definiert durch Skalenfaktor c und Formfaktor k.
- Windleistungsdichte
Mittlere im Wind verfügbare Leistung pro Quadratmeter Fläche senkrecht zur Strömung, in W/m²; das Standardmaß für die Qualität eines Windstandorts.
- Leistungskurve
Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe und elektrischer Leistung einer Windkraftanlage; zusammen mit der Windgeschwindigkeitsverteilung ergibt sie den Jahresenergieertrag.
- Offshore-Wind
Windkraftanlagen im Meer oder in großen Seen, meist auf festen Fundamenten in bis zu etwa 60 m Wassertiefe, wo der Wind stärker und gleichmäßiger weht als an Land.