Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

wieviel Energie steckt im Wind

Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Di 15. Mär 2016, 18:36

Hallo zuasmmen,
jetzt ist die Analyse für meinen Standort endlich fertig. Gemessen und ausgewertet habe ich den Zeitraum Januar 2015 bis Dezember 2015 (meine Messwertaufnahme läuft natürlich weiter).

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Standort der Messkampagne: Osterrönfeld
 Messzeitraum von    2015-01-23 09:01:32    bis   2015-12-31 23:54:51
 Dauer des Messzeitraumes: 342 Tage, 14 Stunden, 53 Minuten
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 Anzahl der Soll-Messwerte im Messzeitraum : 32892
 Anzahl der Ist-Messwerte  im Messzeitraum : 32708 (entspricht 99.44; gerade)
 Der kleinste Wert ist : 0.00 m/s (Zeitpunkt: 2015-01-23 09:01:32)
 Der groesste Wert ist : 15.39 m/s (Zeitpunkt: 2015-03-31 15:15:05)
 Der Mittelwert ist    : 3.08 m/s (abs. Fehler: 2.98 m/s  bis  3.17 m/s)
 Der Median ist        : 2.75 m/s (50%-Linie)
 Der Fehler des Mittelwertes in Prozent : +/- 3.0 % )
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Über das Jahr ergibt sich ein Mittelwert von 3,08 m/s. Das ist weniger als ich mir wünsche. Der Messmast ist am Giebel meines Schuppens hinter dem Wohnhaus in 7m Höhe angebracht. Die Hauptwindrichtung ist Westen. Das Wohnhaus steht südlich des Mastes, blockiert also nicht völlig. Trotzdem befinde ich mich mit meinem Messmast in der Turbulenzzone von Haus, Schuppen und umliegenden Gebäuden und Bäumen.

Die einzelnen Monate sehen nun wie folgt aus (erstes Bild: Liniendiagramm ):
Der Januar ist unter Vorbehalt zu betrachten die die Messung erst am 23.01. startete. Die Monate Mai, Juli, November und Dezember stechen durch eine überdurchschnittliche Windgeschwindigkeit hervor. Alle anderen liegen zwischen 1 m/s und 3 m/s. Die höchste gemessene Windgeschwindigkeit betrug 15,39 m/s. Im Januar, außerhalb des Messzeitraumes gab es einen Sturm bei dem die Windgeschwindigkeiten "gefühlt" über 15 m/s lagen. Die Literatur, nennt oftmals eine Mittelwert zwischen 3 m/s und 4 m/s (2015; JÜTTEMANN, P.) als Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb einer Kleinwindanlage.

In dem Diagramm ist neben dem Mittelwert auch der Median eingetragen. Bei symmetrischen Verteilungen (Gauß) ist der Mittelwert ein passende statistische Kenngröße. Der Wind besitzt jedoch eine Verteilungsform nach Weibull, d.h. die Verteilung ist "rechtsschief". Es gibt im Verhältnis mehr hohe Windgeschwindigkeiten (die aber seltener vorkommen) als niedrige (die häufiger vorkommen). Der Mittelwert wird dadurch beeinflußt und tendiert zu einem etwas höheren Wert. Der Median ist durch die Verteilungsform weitaus unbeeinflußter und deshalb für eine Kalkulation des Windpotenzials besser geeignet. Trotzdem hat sich der Mittelwert als Kennzahl durchgesetzt.

Eine Gesamtübersicht hinsichtlich Windgeschwindigkeit und -richtung zeigt das zweite Bild (Balkendiagramm). Die Windrichtung ist in 32 Klassen aufgeteilt. Null steht für NORDEN, 16 für SUEDEN u.s.w. Darüber sind die herrschenden Windgeschwindigkeiten gestapelt. Ein klares Maximum ergibt sich der Windrichtung 23/24, das entspricht WESTEN. Von dort kommen auch die größten Windgeschwindigkeiten.

Wer an weiteren Daten Interesse hat, dem kann ich die Ergebnisdatei meine Untersuchung zuschicken, oder hier posten.

Windige Grüße
Siegfried
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Beitragvon herbk » Mi 16. Mär 2016, 08:54

Guten Morgen Siegfried,
Über das Jahr ergibt sich ein Mittelwert von 3,08 m/s.
und ich hab' immer gedacht bei Euch im Norden ist's besser :)

Was mir an Deiner Kurve auffällt, der Mittelwert und der Höchstwert liegen doch deutlich auseinander. Ich unterstelle mal, dass bei Euch der Wind ein ähnliches Verhalten an den Tag legt wie bei mir: Am Tag weht er, Abends schläft er ein, Nachts nix mehr... :roll: Nur dass er bei Euch zumindest am Tag wohl etwas kräftiger bläst.
Ich denke in dem Zusammenhang könnte interessant sein wie viele Stunden der Wind am Tag weht und mit welcher durchschnittlichen Geschwindigkeit er weht wenn er weht.
Von Deinen Messwerten alle "0 Wind" Zeiten die länger als 15 Min. andauern weglassen und daraus dann einen Mittelwert bilden.
Gruß Herbert
herbk
 
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Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Mi 16. Mär 2016, 10:32

Moin herbk,,

der deutliche Abstand zwischen Mittel- und Höchstwert ist mir ebenfalls aufgefallen und hat mich in dieser Deutlichkeit überrascht. Ich erkläre es damit das ich in der Turbulenzzone messe. Deine Unterstellung "Tagsüber Wind, und Nachts dann nichts mehr" ist vermutlich richtig. Um das zu bestätigen müsste ich den Tagesgang darstellen können - das kann meine Software jedoch noch(!) nicht. Aktuell geht meine Auswertung runter bis auf den Monat. Wochen- oder Tagesauswertungen muss ich noch programmieren. Insgesamt bin ich halbwegs zufrieden mit meinen 3 m/s (arithm. Mittel im Jahr) - in Niedersachsen hatte ich knapp 2 m/s. Da geht dann gar nichts.

Aktuell arbeite ich gerade an einem Modul mit dem ich Messwerte aus der Höhe x (bei mir wären des 7 m) auf eine andere Höhe (z. b. 10 m oder 20 m ) umrechnen kann. Da spielen leider eine Reihe Faktoren rein die ich erst mal ordentlich erfassen muss...

Windige Grüße
Siegfried
Köpke
 
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Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon herbk » Do 17. Mär 2016, 09:18

Guten Morgen Siegfried,
bei mir ist es definitiv meistens so, dass der Wind nur Tagsüber weht, - hab' das extra die letzten Tage beobachtet: spätestens um 22 Uhr steht das WR, ab etwa 8 dreht es sich wieder.

Wenn so lange "0 Wind Zeiten" in die Ermittlung der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit einfliessen und mit diesem Mittelwert dann der zu erwartende Stromertrag berechnet wird, dann ist das Rechenergebnis weit niedriger als tatsächlich Energie entnommen gewonnen werden kann.

Einfaches Beispiel:
Du hast ein Windrad mit 10m^2 Fläche und 20% Wirkungsgrad und wohnst in einer Gegend wo der Wind 12 Std. lang mit 6m/s bläst und dann nicht mehr. Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit für einen Tag (24Std.) ist also 3m/s.
Rechnerisch ergibt das einen Energieertrag von 780Wh (32,5W x 24Std) je Tag. Der tatsächliche Ertrag ist aber 3120Wh (260W x x12Std.) und somit deutlich höher.
Gruß Herbert
herbk
 
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Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Sa 16. Apr 2016, 12:33

Moin herbk,

inzwischen kann ich deine Aussage auch bei mir bestätigen. Ich habe zunächst die Messwerte für 2016 (Jan., Feb., März) ausgewertet und erhalte folgendes Ergebnis - zunächst noch händisch ausgewertet (siehe Bild).

Jede Kurve steht für einen Monat (der März ist erst zur Hälfte erfasst). Nach rechts aufgetragen die Tageszeit in ganzen Stunden von 0:00 bis 23:00. Nach oben aufgetragen die Windgeschwindigkeit in m/s. Dargestellt habe ich den Mittelwert auf Basis aller Messwerte die zu einer jeweiligen Stunde erfasst wurden.
Für die drei Monate ergibt sich deutlich, das die mittleren Windgeschwindigkeiten tagsüber höher sind als Nachts. Die Grenzen zwischen Tag und Nacht würde ich bei 6 Uhr und 18 Uhr setzen.

Die Rechnung zum Mittelwert ist ein gutes Beispiel dafür, dass der Mittelwert alleine schnell zu "falschen" Erwartungen führt. Der Mittelwert selbt hat keine Schuld. er ist ja in jeden Fall richtig gerechnet. Nur läßt er sich nicht einfach so verwenden, weil v mit der dritten Potenz in die Rechnung eingeht. 6 hoch 3 ist ebend mehr als 3 hoch 3.

Deshalb ist u. U. sinnvoller auch den Median zu berücksichtigen, und auf die Klassenbreite zu achten. Du hast zur Verdeutlichung auf zwei Klassen reduziert - damit zeigt sich auch mehr Klassen sind besser, denn dann wird nicht mehr der Mittelwert über einen halben Tag sondern z. B. nur noch über eine Stunde gebildet. Und das Ergbnis kommt der Realität näher. Wenn wir nun gaaanz viele Klassen bilden, siw immer schmaler werden, also unendlich schmal landen wir bei der Integralerchnung und bei den Verteilungen (Weibull, u.s.w.).


Windige Grüße
Siegfried
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Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon farmer » So 17. Apr 2016, 11:03

Osterrönfeld liegt denn fast Mittig auf dem Geestrücken von Schleswig -Holstein,da ist der Einfluß der Nord-und Ostsee denn nicht mehr so groß,hier in der Nähe von Bremen,mess ich ebenfall nur mäßige Durchschnittswerte,auch Nachts ist es eher Mau,außer bei Sturmtiefs,aber wie oft haben wir sie,ja wegen Kleinwindkraft,kann man nun wirklich nicht seine Heimat aufgeben!

Schönen Sonntag noch !
Mfg.H.Sch.
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Re: Eigene Standortanalyse für Kleinwindenergieanlage

Beitragvon Köpke » Mo 2. Jan 2017, 14:10

Hallo Leute

inzwischen ist 2016 Geschichte und damit meine Jahresauswertung fertig. Im Verhältnis zu 2015 sieht es leider weniger windig aus. Konnte ich 2016 noch einen Jahresmittelwert von 3,08 m/s messen (Fehlerbereich: 2,98 m/s bis 3,17 m/s) ist es für 2016 nur noch ein Mittelwert von 2,75 m/s (Fehlerbereich: 2,67 m/s bis 2,83 m/s). Das ist eindeutig weniger, selbst bei Berücksichtigung der Fehlergrenzen. Im Diagramm erkennt ihr das sich die Monatsmittelwerte von 2016 lediglich in Januar, Februar, August und Oktober über den Werten von 2015 bewegen.
Dafür ist die maximal gemessene Windgeschwindigkeit von 15,39 m/s (2015) auf 18,5 m/s (2016) gestiegen.

Wer die vollständigen Daten und Diagramme sehen will, kann diese natürlich anfragen - für das Forum sind die Dateien zu groß.

Windige Grüße
Siegfried
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