Schattenwurf
Je nach Wetter und Sonnenstand können die Rotorblätter von Windenergieanlagen Schatten werfen. Die nachfolgende Grafik zeigt die mögliche Ausdehnung, die auch mit einem Schmetterling verglichen wird. Im Norden und Süden ist der Schatten aufgrund des Sonnenstandes nicht oder nur sehr selten zu sehen, er breitet sich eher nach Westen und Osten aus.
Bei dem Schattenwurf einer Windenergie muss zwischen drei verschiedenen Schattenarten unterschieden .
- Ruhiger Schatten- Schatten des Turms sowie bei Windstille der Rotorblätter, wenn sich diese nicht drehen
- Bewegter Schatten- das ist der Schatten, den die drehenden Rotoren werfen
- Diffuser Schatten- je weiter weg man sich von der Windenergieanlagen befindet desto unschärfer und damit weniger wahrnehmbar wird ein Schatten
Der ruhige Schatten der Türme der Windenergieanlagen und bei Windstille durch die sich nicht drehenden Rotorblätter ist ein relativ schmaler Streifen - der Turmfuß ist ca. 14 m breit, in 80 m Höhe ca. 3,5 m breit und die Rotorblätter im Mittel ca. 2,8 m breit. In den meisten Fällen wird nur der Schatten der Rotorblätter auf die Wohnhäuser treffen. Nur in Ausnahmefällen kann ein Teil des Turms auf Wohngebäude fallen, dann aber nur der obere schmale Teil. Die nebenstehende Grafik zeigt beispielhaft den Schattenwurf einer Windenergieanlage- Aufgrund des Sonnenlaufs wandert dieser Schatten relativ schnell über die Fläche und wird daher in den meisten Fällen als nicht störend empfunden, negative Auswirkungen auf die Vegetation sind nicht bekannt.
Die maximal mögliche (astronomische) Beschattungsdauer durch den bewegten Schatten lässt sich anhand der Abmessungen der Windenergieanlage, der Topographie und der bekannten Sonnenauf- und -untergangszeiten sehr gut mit Programmen darstellen. Damit ist der Schattenwurf einer Windenergieanlage gut prognostizierbar, so dass eine erstellte Worst-Case-Betrachtung eine hohe Aussagekraft liefern kann. Diese Prognosen haben wir für den Windpark Altötting bereits erstellt:
Die Karte zeigt den astriomisch maximal möglichen Schattenwurf. Das bedeutet, dass folgende Annahme getroffen werden:
- die Sonne scheint dauerhaft zwischen Sonnenaufgang und -untergang
- der Wind weht ständig , es entsteht ein bewegter Schatten durch die WEA
- der Rotor ist immer frontal zur Sonne ausgerichtet.
Da dieser Fall aber äußerst selten auftritt, ist die tatsächliche Beschattungsdauer deutlich geringer, oft im Bereich von 10 - 20 % der astronomisch maximal möglichen Beschattung.
Auf der Seite des Energieatlas Bayern besteht die Möglichkeit sich das aktuelle Windparklayout in einem 3D-Modell direkt im Plangebiet anzeigen zu lassen. Zusätzlich dazu kann hier der Schatten, der sich rotierenden Rotoren im Jahresverlauf für die umliegenden Wohnhäuser visualisiert werden.
Im Genehmigungsverfahren werden dann von unabhängigen Gutachtern Schattenwurfprognosen erstellt und der Schattenwurf der sich drehenden Rotoren (bewegter Schatten) für festgelegte Schattenwurfrezeptoren (in der Regel an den nächstgelegenen Wohnhäusern) ermittelt. Unsere Vorprognosen werden dann im Genehmigungsverfahren durch die Berechnungen des unabhängigen Gutachters ersetzt.
Aufgrund der potentiellen Störwirkung durch den periodischen Schatten der Rotorblätter, wenn sich diese drehen, wurden gesetzliche Grenzwerte für Windenergieanlagen eingeführt (LAI Hinweise). Die gesetzliche Grundlage schreibt vor, dass maximal 30 min pro Tag und 30 Stunden pro Jahr bewegter Schatten an einem Wohnhaus ankommen darf (Betrachtung des astronomisch maximal möglichen Schattens).
Die Windenergieanlagen sind bei Bedarf standardmäßig mit Abschaltautomatiken ausgestattet. Diese bestehen aus einem Lichtsensor, der die Sonnenscheindauer und Lichtstärke erfassen kann. Im Turmfuß befindet sich ein Steuerschrank, der die Belastung je Wohnhaus sekundengenau berechnet und bei Bedarf die WEA automatisch abschaltet, sobald die gesetzlichen Vorgaben für Schlagschatten überschritten werden. Diese geschieht mit Hilfe von Abschalt-Algorithmen für jedes einzelne Wohnhaus, die auf Grundlage des Schattenwurfgutachtens erstellt werden.
Die folgende Grafik zeigt einen beispielhaften Auszug aus einem Abschaltalgorithmus
Annahme: Es weht Wind und die Windenergieanlage produziert Strom und es ist wechselhaftes Wetter mit leichter Bewölkung.
Die Sonne geht am 24.01.um 07:48 auf, zwischen 08:31 und 08:38 wäre es möglich, dass aufgrund des Sonnenstandes und dem Standort der WEA ein Schatten auf den Immissionsort (Wohnhaus) fällt. Allerdings ist es leicht bewölkt und erst um 08:33 sind die Wolken vorbeigezogen. Die Sonne scheint bis 09:00. Auf das Wohnhaus kann aber nur bis 08:38 ein Schatten fallen. Daraus ergibt sich eine Beschattung durch den drehenden Rotor von 5 Minuten. Den Rest des Tages kommt kein Schlagschatten der WEA am Wohnhaus an. Der Jahreszähler steht zu Beginn des Tages bei 03:30, am Ende des Tages bei 03:35. Da beide Grenzwerte unterschritten werden kann die WEA durchlaufen.
Am 11.02. wird durch eine Beschattung von über 30 Minuten der Maximalwert überschritten, daher stoppt die WEA nach 30 Minuten Beschattung und die Tages- & Jahreszähler bleiben stehen. Erst, wenn der Schatten nicht mehr auf das Wohnhaus fällt, startet die WEA wieder.
Am 10.10. wird der Maximalwert von 30 Stunden Pro Jahr überschritten. Daher stoppt die WEA bereits nachdem an diesem Tag der Schatten 5 Minuten auf das Haus gefallen ist.
Exkurs: Diskoeffekt
Als Diskoeffekt wird jener Effekt bezeichnet, der durch schnell drehende Flügel und stark reflektierende Oberflächen entsteht. Ähnlich wie ein Stroboskop in einer Diskothek entsteht ein Blinkmuster, welches als störend wahrgenommen werden kann.
Bei früheren Anlagen war der Diskoeffekt ein viel diskutiertes Thema. Dies lag hauptsächlich an den kleinen, sehr schnell drehenden Windrädern. Durch die technische Weiterentwicklung der Windkraftanlagen drehen sich moderne Windräder einerseits deutlich langsamer, andererseits werden nicht-reflektierende Farben verwendet. Dadurch ist ein solcher Effekt bei Windrädern in der Realität nicht mehr feststellbar.
Peter Reidelbach
Projektleiter
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