Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

wieviel Energie steckt im Wind

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Mo 15. Dez 2014, 20:45

Hallo Leute,

endlich sind alle Teile, vor allem der Raspberry Pi und die Zubehörteile (Mikro-SD-Karte für das Betriebssystem, Adapter zum Beschreibe, div. Kabel, usw.), eingetroffen. Der Raspberry hat ein Problem: die LAN-Schnittstelle funktioniert nicht, also werde ich die Messdaten über WLAN auslesen müssen. Jetzt muss ich nur noch alle Teile zusammenfügen, Das Betriebssystem aufspielen, eine Datenbank (mySQL) installieren und einen Webserver (Apache) installieren. Das soll alles bis Jahreswechsel fertig werden. Wenn es läuft werde ich mal die IP-Adresse posten, dann könnt ihr selber mal auf die Daten schauen - wenn es euch interessiert ;)

Windige Grüße
Siegfried
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Mo 22. Dez 2014, 13:00

Hallo Leute,

inzwischen bin ich wieder einen Schritt weiter in Richtung "Aufbau einer Wetterstation zur Windpotenzialanalyse". Wie schon weiter oben geschrieben, der Mast steht schon und die Station funktioniert auch.
Der RaspberryPi+, der die Daten in einer MySQL-Datenbank erfassen soll, funktioniert inzwischen auch. Der Webserver zur Publikation der Messwerte läuft ebenfalls schon. Jetzt setzte ich gerade die Datenbank auf und arbeite mich durch das Berechtigungskonzept für Datenbank und Debian-Linux, welches als Betriebssystem auf dem RaspberryPi läuft.

Erste Erkenntnisse:
So einfach wie in vielen Artikeln rund um den RaspberryPi beschrieben sind nur die einfachen Projekte! Sobald man etwas umfangereiche Projekte plant (z. B. eine Wetterstation mit Datenbank und Webserver), wird es schnell kompliziert... :!:

Ohne Fachliteratur und Hilfe aus den entsprechenden Foren im Internet wird das dann sehr aufwendig. Interessante Foren dazu:
http://www.forum-raspberrypi.de/
http://www.wetterstationen.info/

Sobald es wieder vorzeigbare Ergebnisse gibt, werde ich sie hier posten.

P.S.: Heute kommt hoffentlich der Adapter um die Wetterstation mittels serieller Schnittstelle an den RbP+ anzuschließen.

Windige (15m/s) Grüße
Siegfried
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Ekofun » Mo 22. Dez 2014, 13:52

Hallo Siegfried,

freue mich das Ihre Vorhaben sich entwickelt,es ist schöne Sache die Sich aufbauen,leider habe davon keine Ahnung,bin froh das ich PC bedienen kann.
Aber ich freue mich das Ihre Wetterstazion bald fertig ist.

Hier ist schon lange Zeit Windstille,max. 1,5 m/s. :(

Schöne Grüße

Ekofun
Ekofun
 
Beiträge: 3874
Registriert: Mi 23. Feb 2011, 15:44
Wohnort: Kroatien-Nova Gradiska

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon kalli51 » Mi 21. Jan 2015, 18:57

hallo Siegfried,

Habe hier mal meine Windstatistik von 2014,meine Wetterstation ist eine Fine Offset WH1081 Meine Wetterseite findest du hier.
windstatisitk2014.xls
(21 KiB) 89-mal heruntergeladen
Zuletzt geändert von kalli51 am Sa 9. Mai 2015, 13:14, insgesamt 1-mal geändert.
med vennlig hilsen fra Norge Kalli
Benutzeravatar
kalli51
 
Beiträge: 277
Registriert: Mo 5. Okt 2009, 19:17
Wohnort: 4993Sundebru/Grytiggrend Norwegen

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Do 12. Feb 2015, 17:41

Hallo Kalli51,

danke für die Auswertung - der Link funktioniert bei mir leider, leider nicht.

Ich hatte eine ganze Reihe von Schwieirgkeiten meine Ws2500 Wetterstation in Betrieb zu nehmen (Perscripte, fehlende Bibliotheken, Apache2 Konfihuration, MySQL, Berechtigungskonzept, ...). Es hat tatsächlich drei Monate länger, als veranschlagt, gedauert. Aber jetzt funktioniert es tatsächlich. ;)
Für eine Weile wird die Station auch über DynDNS online sein. Die Responsezeiten können etwas größer als erwartet sein, das zunächst eine Reihe von Scripten und SQL-Befehle ausgeführt werden müssen.

Jetzt lasse ich die Station laufen und werde parallel mit dem Mast für mein Windrad beginnen. Wenn dann die Daten zu Standortanalse da sind. Versuche ich das Windrad optimal auf meine Windsituation auszulegen.

Hier ist meine Wetterstation: "http://windwetter.dlinkddns.com/" oder "31.16.57.5" eingeben.


Grüße
Siegfried
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » So 15. Mär 2015, 16:23

Hallo zusammen,

habe mich eine ganze Weilen nicht so intensiv um mein Thema hier kümmern können - immer nur in "homöopathischen Dosen". Aber jetzt läuft meine Windpotenzialanalyse bie mir im Garten seit Mitte Januar einwandfrei. Jetzt nutze ich die Zeit eine Software zu schreiben, die die Windmesswerte automatisch auswertet und darstellt. Die ersten Ergebnisse, bis jetzt nur als kleine Statistik seht ihr hier:

Code: Alles auswählen
E I N F A C H E   S T A T I S T I K  :  Januar
Messzeitraum von    2015-01-23 09:01:32    bis   2015-01-31 23:45:03
Dauer des Messzeitraumes: 8 Tage, 14 Stunden, 43 Minuten, 31 Sekunden
=======================================================================
Anzahl der Messwerte  : 828
Der kleinste Wert ist : 0.00 m/s (Zeitpunkt: 2015-01-23 09:01:32)
Der groesste Wert ist : 11.17 m/s (Zeitpunkt: 2015-01-29 00:15:02)
Der Mittelwert ist    : 2.32 m/s
-----------------------------------------------------------------------
 
E I N F A C H E   S T A T I S T I K  :  Februar
Messzeitraum von    2015-02-01 00:00:03    bis   2015-02-28 23:45:02
Dauer des Messzeitraumes: 27 Tage, 23 Stunden, 44 Minuten, 59 Sekunden
=======================================================================
Anzahl der Messwerte  : 2688
Der kleinste Wert ist : 0.00 m/s (Zeitpunkt: 2015-02-01 00:30:03)
Der groesste Wert ist : 10.78 m/s (Zeitpunkt: 2015-02-23 02:30:00)
Der Mittelwert ist    : 2.89 m/s
-----------------------------------------------------------------------
 
E I N F A C H E   S T A T I S T I K  :  Maerz
Messzeitraum von    2015-03-01 00:00:02    bis   2015-03-15 11:00:03
Dauer des Messzeitraumes: 14 Tage, 11 Stunden, 0 Minuten, 1 Sekunden
=======================================================================
Anzahl der Messwerte  : 1389
Der kleinste Wert ist : 0.00 m/s (Zeitpunkt: 2015-03-03 16:15:01)
Der groesste Wert ist : 12.31 m/s (Zeitpunkt: 2015-03-02 13:00:02)
Der Mittelwert ist    : 4.02 m/s
-----------------------------------------------------------------------
Keine Werte für April vorhanden!


Februar und März waren "gefühlt" recht stürmisch. Trotzdem zeigt mir meine Auswertung nur 2,89 m/s als Mittelwert für Februar, im März (der ja erst halb rum ist) aber schon 4/m/s. Der Auswertung möchte ich als nächstes noch eine Fehlerrechnung hinzufügen: "Verarbeiten der Messwertunsicherheit und zwei Ausgaben für jeweils minimale und maximale Messwerte".
Danach werde ich dann die Diagramme (Histogramm und Windrose) programmieren. evtl. noch die Option auch Daten aus Excel automatisiert einlesen und auswerten zu können.

Bis dahin windige Grüße
Siegfried
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Sa 18. Apr 2015, 10:16

Hallo zusammen,
inzwischen ist meine Software zur Auswertung auch "grafikfähig". ich kann automatisch monatliche Statistiken erzeugen: Histogramme mit Absolutwerten (obere Reihe in Übersicht Häufigkeiten vlnr: Januar, Februar, März, April), zeigen mir die Häufigkeit einer bestimmten Windgeschwindigkeit und die Gesamtzeit in der eine bestimmte Windgeschwindigkeit herrschte (zweite Reihe Zeiten in Stunden vlnr: Januar, Februar, März, April).
Eine Windrose als Balkendiagramm zeigt mir die Häufigkeit der verschiedenen Windrichtungen und eine zweite Windrose aus gestapelten Balken zeigt mir, welche Windgeschwindigkeiten aus welchern Richtung wie oft vorhanden waren (dritte Reihe vlnr: Nord - NO - O - SO - S - SW - W - NW - ).

Die Grafiken kann ich beeinflussen, durch verschiedene Angaben beeinflussen, z. B. wie fein ich die Windrichtung aufteilen will: 4 Balken für Nord, Ost, Süd, West. Oder 12 Balken für Nord, NordOst, Ost, ...
Auch die Windgeschwindigkeit kann ich in (fast) beliebig feine Stufen unterteilen.

Die Zeiträume gebe ich auch vor, z.B. Monatliche Auswertung oder Quartalsauswertung. Momentan ist das Programm noch zweigeteilt. Ein Perl-Script rechnet die Werte aus und ein gnuplot-script erzeugt die Diagramme.
Eine ganze Reihe von Dingen würde ich gerne noch verbessern, z. B. die beide Scripte zusammen führen. Und weitere Auswertungen ergänzen, z. B. Ermittlung von Böen.
Die Statistikausgaben und Diagramme in einem Dokument zusammenführen, Kennzeichnung der Balken mit Himmelsrichtungen statt mit Nummern (siehe Auswertung März - siehe unten)
Analyse von Fremddaten, z.B. aus Excel (Im Moment kommen die Daten aus meiner MySQL-Datenbank als kommaseparierte Datei) - was eigetnlich kein Problem sein dürfte, da ich beide Scripte so allgemein wie möglich gehalten habe.

Uebersicht-Auswertung.png
Übersicht der Auswertungen
Uebersicht-Auswertung.png (140.17 KiB) 18329-mal betrachtet


Allerdings kann ich jetzt schon sagen, dass zwei Hauptwindrichtungen habe: NO und W. Und das die mittlere Windgeschwindigkeit kanpp über 3m/s liegt und die höchste Windgeschwindigkeit bisher 17,1 m/s war. Damit mache ich jetzt den nächsten Schritt und rechne mir meinen passenden Generator aus. Das kommt dann in einem neuen Thread.

Windige Grüße
Siegfried
Dateianhänge
windrose_balkenstapel_03.png
Windrichtung, -geschwindigkeit März 2015
windrose_balkenstapel_03.png (12.58 KiB) 18329-mal betrachtet
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Mi 18. Nov 2015, 11:26

Moin Leute,

vor über einem Jahr habe ich meine Windanalyse gestartet. Die ersten Messwerte sammelten sich ab Januar 2015 in der Datenbank. Nebenbei programmierte ich die Auswertesoftware in PERL. Die Idee neben dem Aufbau eines Savonius-Rotor (und anderen Dingen, z. B. arbeiten gehen...) auch noch einen Windkraftblog zu schreiben funktionierte nicht. Inzwischen habe ich den Blog aber aufgesetzt und beginne ihn mit Beiträgen zu füllen. Ich möchte später auf dem Blog auch die Konstruktion meines Savonius-Rotors dokumentieren. Da es mein erster Blog ist und ich mit wordpress bisher keine Erfahrung hatte - gibt es sicher die eine oder andere Sache (z. B. optische Attraktivität) zu verbessern. Also falls ihr Lust habt - schaut einfach mal drauf und gebt eine Rückmeldung - hier oder im Blog, dann lerne ich auch gleich noch die Kommentarfunktion zu benutzen...;)

Ich denke einen leicht merkbaren Namen gewählt zu haben: blogwind. Immerhin tauche ich damit schon auf Seite 2 bei google auf. Die vollständige URL ist: http://blogwind.allerwaynet.de/

Also viel Spass auf meinen Blog und

Windige Grüße
Siegfried
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Mo 23. Nov 2015, 21:14

Moin Leute,

ein Grund warum die Entwicklung der Messtechnik (siehe meinen anderen Beitrag) so lange dauert, ist die Wetterstation, die zunehmend häufiger ausfällt und deswegen gewartet und repariert werden muss, ein anderer ist die Weiterentwicklung meiner Software zur Erstellung von Windpotenzialanalysen ( ... und arbeiten gehen muss ich ja auch ... :) ).

Jetzt habe ich es gerade geschafft - meiner Software das Erstellen von Windrosen "beizubringen". Einfache zunächst, aber es stimmt mit den Ergebnissen der professionellen Auswertung meiner Wetterstationssoftware (blaue Windrose links) überein - immerhin.

Das viele der Messpunkte wie auf einer Linie liegen, ist übrigens kein Programmierfehler sondern zeigt die Auflösung der Windrichtungsfahne an. Die blauen "Linien" sind exakt 5° auseinander.

Windige Grüße
Siegfried
Dateianhänge
Windrose_02.png
Windrose_02.png (258.58 KiB) 16489-mal betrachtet
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Sa 2. Jan 2016, 15:49

Weibullverteilung, Nennwindgeschwindigkeit und Auslegung

In einigen Threads hier im Forum tauchen diese Begriffe immer wieder auf. Teilweise werden sie erklärt – stehen aber selten im Mittelpunkt des jeweiligen Anliegens. Auch in der Windkraft sind diese Begriffe wichtig, und deshalb möchte ich hier eine Erklärung versuchen.

Histogramm und Weibullverteilung
Der Wind weht aus unterschiedlichen Richtungen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Die Windgeschwindigkeit ist demnach ein Vektor, sie besitzt eine Richtung und einen Betrag. Eine mögliche Angabe ist: 3,5 m/s aus Nord-Ost. Der Betrag der Geschwindigkeit, im Beispiel hier die 3,5 m/s lassen sich in eine vertikale und horizontale Geschwindigkeitskomponente unterteilen. Im weiteren beschränke ich mich auf die horizontale Komponente, das ist in der Windbranche so auch überwiegend der Fall.
Eine Darstellung der Verteilung ergibt sich aus klassifizierten Werten der Windgeschwindigkeiten, z. B. auf Basis einer Messkampagne an einem Standort. Die Klassen, die zur Einteilung herangezogen werden, sind gleich breit zu wählen, in der Windbranche zumeist 1 m/s [2]. Das ist eine in der Windbranche weit verbreitete Variante. Besonders wichtig ist die Festlegung der Grenzen zwischen den Klassen. Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten dazu:

Tabelle 1: Klasseneinteilung mit Berücksichtigung v = 0 m/s
Code: Alles auswählen
Klasse: |   1  |   2  |   3  |...
        +------+------+------+----
Breite: |0<=v<1|1<=v<2|2<=v<3|...


Tabelle 2: Klasseneinteilung ohne Berücksichtigung v = 0 m/s
Code: Alles auswählen
Klasse: |   1  |   2  |   3  |...
        +------+------+------+----
Breite: |0<v<=1|1<v<=2|2<v<=3|...


Während die Klasseneinteilung nach Tabelle 1 Geschwindigkeiten mit dem Wert v = 0 m/s berücksichtigt und diese in die erste Klassen einordnet, werden die Nullwerte bei der Einteilung nach Tabelle 2 nicht berücksichtigt, so ergibt sich die in der Windbranche typische schiefe Verteilungsform während bei dem Verfahren nach Tabelle ein u. U. ein absolutes Maximum in der ersten Klasse auftritt. Ein weiterer Effekt beim Wechsel der Klassengrenzen ist, dass genau auf der Grenze liegende Werte der jeweilig benachbarten höheren Klasse zuzuschlagen sind. Dadurch wird die Verteilung geringfügig rechtsschiefer.
Handwerklich sinnvoll ist das Verfahren nach Tabelle zwei, auch wenn der Unterschied bei der späteren Berechnung der Leistung im Wind oder des Jahresenergieertrages sehr klein ist - und zwar umso kleiner je höher die Anzahl der klassifizierten Werte ist (Anm.: An meinem Standort beträgt der Unterschied des Jahresenergieertrages 0,8% für 2015).

Die Anzahl der Klassen, also der Balken des Histogramms, und die Anzahl der Einzelwerte müssen zueinander passen. Ein Histogramm mit 12 Klassen, basierend auf 20 Einzelwerten ist sinnlos. Eine Empfehlung ist folgender Zusammenhang:
  • Mindestanzahl der Klassen = Wurzel ( Anzahl Einzelwerte) und
  • Maximalanzahl der Klassen = 3.Wurzel (Anzahl Einzelwerte)[3].

Liegt die Windverteilung nun in Form eines Balkendiagrammes (Histogramm) vor, kann sie statistisch näher untersucht werden. Zunächst fällt auf dass von links nach rechts gelesen ein steiler Anstieg zum Maximum führt und ein etwas geringere negative Steigung zu größeren Windklassen den Verlauf ausklingen lässt. Die Verteilung ist nicht symmetrisch, sie ist rechtsschief, d. h. wir finden ungleich mehr Werte am rechten Ende der Verteilung als am linken Ende.

Wie stark diese „Schiefe“ ist lässt sich durch einen Vergleich von Mittelwert (arithmetisches Mittel) und Median erkennen. Der Mittelwert ergibt sich aus der Summe aller Einzelwerte, dividiert durch die Anzahl der Einzelwerte. Der Median ist der Einzelwert, der genau in der Mitte der Werte liegt, wenn diese sortiert wurden. Liegt eine gerade Anzahl von Werten vor, ist der Median der Mittelwert der beiden in der Mitte liegenden Einzelwerte.
Beispiel: Die Messreihe A enthält die Werte 9, 3, 7, 2, 4. Der Median ist 4. Die Messreihe B enthält die Werte 7, 3, 9, 4, 6, 1. Der Median ist 5.

Ist eine Verteilung vollkommen symmetrisch sind Mittelwert und Median identisch. Ist die Verteilung rechtsschief, dann ist der Mittelwert immer größer als der Median. Der Mittelwert ist empfindlich gegenüber Ausreißern, der Median nicht [1]. Obwohl es daher sinnvoller wäre bei schiefen Verteilungen mit dem Median zu rechnen, hat sich der Mittelwert der Windgeschwindigkeit auch in der Windbranche als statistische Größe eingebürgert. Das führt u.a. dazu, dass bei Berechnungen des Jahresertrages auf Basis des Mittelwertes das Windpotenzial überschätzt wird – umso mehr, je weiter Mittelwert und Median auseinander liegen.

Jede gemessene Verteilung der Windgeschwindigkeit, lässt sich analytisch auch durch eine Weibullverteilung beschreiben. Die Weibullverteilung kann über den Skalierungsfaktor A und dem Formfaktor C der gemessenen Häufigkeit angepasst werden:

v = ( C / A ) * ( ( v / A ) ^ ( C – 1) ) * e ^ ( - ( v / A ) ^ C )
(Anm.: Lesbare Form siehe unten)

Hilfreich ist diese Form der Beschreibung der Windverteilung, wenn z. B.
  • verschiedene Standorte miteinander verglichen werden sollen,
  • numerische, computergestützte Berechnungen durchgeführt werden oder
  • keine Messwerte vom Standort vorliegen und anhand der Weibullverteilung eine Einschätzung des Windpotenzials vorgenommen werden soll.

Liegen allerdings verwertbare Messwerte vor, ist es nicht nötig, die Weibullverteilung zu bemühen, eine wesentlich genauere Einschätzung des Windpotenzials eines Standortes ist dann auf Basis der Messwerte möglich.

Der Beitrag ist doch länger geworden als erwartet, deshalb schreibe ich zu den weiteren Begriffen Nennwindgeschwindigkeit und Auslegung im nächsten Beitrag.

Windige Grüße
Siegfried

Nachweise
[1] Rumsey, D.: Statistik für Dummies (Anm.: Kurzweiliger und lehrreicher Einstieg in die Welt der Statistik)
[2] Molly, J.-P.: Windenergie (Anm.: Man muss nicht immer alles glauben was irgendwo in einem Buch steht - Molly ist jedoch einer der Experten, die die Windkraft in Deutschland wesentlich voran getrieben haben.)
[3] Schulze, A.; Dietrich, E.: Statistische Verfahren
[4] Grotz, B.: http://images.google.de/imgres?imgurl=h ... kQrQMIITAB
Dateianhänge
Weibull_Dichte_01.png
Weibull_Dichte_01.png (4.99 KiB) 15999-mal betrachtet
Köpke
 
Beiträge: 155
Registriert: Mo 6. Okt 2014, 21:39
Wohnort: Schleswig-Holstein

VorherigeNächste

Zurück zu Grundlagen der Windenergie



Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 1 Gast