Windgeschwindigkeitsmessung

Tücken einer sauberen Messung
 
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Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 22.03.2012 - 22:55 Uhr  ·  #1
Hallo zusammen,

seit einige Zeit verfolge ich dieses Forum intensiv und liege bereits in den Startlöchern, mir ein eigenes kleines Windrad zu bauen. Neben der reinen Bastelei interessiert mich vor allem die Effizienz der Anlage. Daher versuche ich jetzt im Vorfeld die Verteilung der Windgeschwindigkeit möglichst genau zu bestimmen. Ich verwende eine Wetterstation mit Logfunktion von PCE mit der Bezeichnung "PCE-FWS 20" (Preis ca. 100€). Derzeitig ist sie auf ein Aufnahmeintervall von 30min eingestellt. Der Aufstellungsort ist Zempin auf Usedom, ganz nah an der Ostseeküste. Das Anemometer habe ich auf ca. 5m Höhe montiert, was dem potentiellen Standort einer kleinen Windanlage entsprechen würde. Ganz perfekt ist der Standort nicht, es gibt einige Bäume in der näheren Umgebung. Aber die Nähe zur Küste lässt natürlich auf gute Winderträge hoffen.




Der Standort der Anlage (Google Maps)




Die Messung habe ich um Neujahr eingerichtet und sie seitdem durchgelaufen. Die Daten habe ich nun auswertet und mit Werten vom Deutschen Wetterdienst vergleichen. Hier habe ich als Referenz die nächste Station Greifswald ausgewählt, das ist ca. 40km entfernt.




Aufgetragen ist in diesem Diagramm die Windgeschwindigkeit über der Zeit für meine Station und die Referenzstation Greifswald. Vom DWD habe ich nur Tageswerte. Um eine Vergleichbarkeit herzustellen, habe ich die Windgeschwindigkeit meiner Station auch tageweise gemittelt. Interessant ist, dass es trotz des erheblichen geografischen Abstandes über längere Zeiträume einen ganz ähnlichen Verlauf gibt. Allerdings sind meine gemessenen Winddaten klar erkennbar kleiner als die der Referenzstation.




Auch im Histogramm ist die Verschiebung hin zu kleineren Windgeschwindigkeiten gut zu erkennen.


Durch das Auftragen der Geschwindigkeiten meiner gegen die der Referenzstation konnte ich den Unterschied quantitativ ermitteln. Es gibt eine Abweichung um den Faktor 2.3 .

Das Ergebnis widerspricht ganz und gar meinen Erwartungen. So dicht an der Küste hätte ich rechte hohe Windgeschwindigkeiten erwartet. Kann das an den Abschattungen der Bäume liegen? Was sagen Eure Erfahrungen? Oder hat jemand Erfahrung mit dem erwähnten PCE-Messgerät? Vielleicht ist es ja nicht korrekt kalibriert?

Einen schönen Gruß, Knollo
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 23.03.2012 - 07:16 Uhr  ·  #2
Grüß Dich Knollo,

wenn Dein Markierungspfeil wirklich an der richtigen Stelle steht, dann scheint mir die Differenz mit dem DWD durchaus erklärlich. Du bist dort nicht nur von Bäumen sondern auch auf drei Seiten - vor allem in der Hauptwindrichtung Südwest - durch Gebäude windmäßig abgeschattet.

Küste bedeutet übrigens nicht auch automatisch viel Wind. So habe ich hier bei mir in der Normandie 50 km von der Küste entfernt höhere Durchschnitte als viele Hafenstädte in der Bretagne. Eine Lage am Meer ist vor allem dann vorteilhaft, wenn das Meer in der Hauptwindrichtung liegt und damit die Rauhigkeit minimiert wird, wodurch der Wind weniger gebremst und verwirbelt wird. Bei Dir liegt das Meer und die am wenigsten bebaute Umgebung aber in Nordwest. Und von daher kommt der Wind in unseren Breiten nicht so oft.

Trotzdem guten Wind!

Dieter
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 23.03.2012 - 07:32 Uhr  ·  #3
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 23.03.2012 - 08:33 Uhr  ·  #4
Hallo Knollo,

gute Arbeit!

Überlege mal ob ein 10 m Mast zu realisieren wäre und wiederhole ggf. die Messung in 10 Meter Höhe.
Überlege mal ob ein anderer, besserer, Standort in Frage kommen könnten und wiederhole ggf. die Messung in 5 oder direkt 10 Meter Höhe.

Gruß Frank
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hallo

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Gepostet: 23.03.2012 - 11:45 Uhr  ·  #5
Messung ist gut und vernünftig,dachte früher auch meine WKA arbeitet nicht korrekt da wenig Stzrom kam doch es liegt am Wind den ich nun seit Jahren logge.
Möchte noch beisteuern das der Sommer noch mäßiger sein wird wenn die Bäume erst mal voll belaubt sind und fette Kronen haben..
Gruß Hans
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 23.03.2012 - 20:23 Uhr  ·  #6
Hallo zusammen,

danke für Antworten! Tja, dann ist es wohl so mit der etwas mageren Windausbeute. Ein Freund von mir, der in der Nähe des Standortes wohnt, schilderte mir nur, wie krass die Winterstürme dort gewesen sein sollen. Und er war ganz überrascht, dass die gemessene Maximalgeschwindigkeit nur bei 10m/s lag. Aber dig-it hat wohl recht: Der Standort ist wohl doch zu geschützt, vor allem in den Hauptwindrichtungen. Und was doelle4 meint ist natürlich auch korrekt: Im Sommer mit Laub geht dann wahrscheinlich gar nichts mehr.

Trotzdem hat man das Gefühl, am Standort geht immer eine Briese. Und wenn man sich die Windverteilung anschaut mit dem Maximum im Winter ohne Laub bei 2m/s kommt man trotzdem ins Grübeln. Das finde ich schon wenig, trotz der Einwände. Ich bin Physiker, ich glaube prinzipiell nur, was ich selbst messe :) Um letzte Zweifel an der Richtigkeit der Messung auszuräumen plane ich daher, die Kalibration der Anlage zu testen. Ich stelle mir vor, das Anemometer mit definierter Geschwindigkeit rotieren zu lassen und die korrespondierende Geschwindigkeit abzulesen und aus der Winkelfrequenz abzuschätzen. Sobald ich Ergebnisse habe, werde ich sie hier vorstellen (wird noch ein paar Wochen dauern).

Es grüßt der Knollo.
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 23.03.2012 - 20:43 Uhr  ·  #7
Hallo,

als Anhaltswerte kann man die aus dem Nachbarort heranziehen. Die sollten aufgrund der räumlichen Nähe gut passen.

MfG. Andreas
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 23.03.2012 - 23:23 Uhr  ·  #8
Da du eine aufwendige Gute Vorbereitung hast - Deine Messung hat nach und Vorteile.
Nütze die Vorteile - bzw Früchte deiner seriösen Arbeit.
Schlecht wäre eine herkömmliche WKA an einem windschwachen Standort oder ein Langsamläufer an einem guten Standort.
Was nun Sache ist weißt du also nutze es.

Bau dir einen Waschmaschinen- Langsmläufer, macht optisch was her, einfach zu bauen um überschaubares Budget und für laien Ideal.
Anleitung Heft"Einfälle Statt Abfälle - Langsamläufer" um ca 5 Euro - ev. hier im Shop oder Ebay
Geni = Waschmaschinen Gleichstrommotor mit gutem Wirkungsgrad - frag bei User "Gleichstrom" da hab ich auch meinen her, sehr zu empfehlen um ca 40-50 Euro
Als Repeller entweder Wildwestrotor mit Brettern oder meine winschlüpfrige Variante mit gutem Drehmoment den ich für so einem Motor Dienst gebaut hab damit auch bei 3 m/s schon Strom reinkommt.
So nutzt du auch eine gleichmäßige Brise optimal.



Krasse Stürme hast ja nicht zu befürchten "Dank" deinem Baumschutz, da kann auch einen Nummer größer sein.
Meine Devise: Nicht zuwenig Wind ist das Problem sondern zu kleiner Rotor und zu hohe Baukosten :-)
Es zählt (zumindest für mich) nicht wieviel Wind sondern wieviel Aufwand zu wieviel Ertrag und Freude
Gruß Hans
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 24.03.2012 - 13:38 Uhr  ·  #9
Moin Moin

Tja, das mit dem Windmessen und dem Windmessgerät ist so eine Sache. Mit einem Augenzwinkern heißt es ja auch immer: Wer viel misst mist viel Mist.....

Aber konkret: problematisch sind mehrere Dinge
a) die extrem hohe Mittelungszeit, sie sollte maximal 10Minuten betragen. So erklärt sich auch, das die Maximalwerte (so sie denn nicht extern nochmal erfasst werden) so niedrig sind.
b) die Konstellation der Sensoren zueinander ist typisch für diese kleinen Wetterstationen und beeinflußen sich ganz erheblich gegenseitig. Der Windrichtigssensor sollte ggfl. nach Ost gedreht werden auch wenn die Bauanleitung was anders sagt. Die gespeicherten Windrichtungswerte müssen nur hinterher wieder um den Offset (zwischen Bauanleitung und Wirklichkeit) korrigiert werden.
c) Besser wäre wirklich höher und weniger Bäume, aber das beträffe die Anlage nachher ja auch.
Mach doch nochmal Fotos vom Standort der Windmessung aus in alle Richtungen, quasi als Panoramabild, das hilft und ermöglicht einen besseren Eindruck.

Eine bessere Langzeitreihe mit höherer Auflösung für den Abgleich kann ich Dir geben, brauche aber ein Weilchen dafür....



... und im Übrigen 10m/s zu messen auf so einem niedlichen kurzen Mast ist schon nicht ganz Ohne ... das sind immerhin rund 650Watt/m² Windleistung



Gruß Uwe




PS. Ich will auch so nen Standort am Meer und überhaupt will ICH wieder ans Meer... Seuftz
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 24.03.2012 - 17:37 Uhr  ·  #10
Zitat

PS. Ich will auch so nen Standort am Meer und überhaupt will ICH wieder ans Meer... Seuftz

Na, dann schau doch mal vorbei. Es ist zwar nicht direkt am Meer, aber man fühlt es schon. Ein gutes Glas alten Calvados am Fuße der Skystream nach einem Besuch des Mont-Saint-Michel...

Dieter
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 24.03.2012 - 18:42 Uhr  ·  #11
...... Irishen Whiskey am Atlantik hier bei mir , aber um das Skystream beneide ich dich aber Dieter .... das hat mir schon vor Jahren ,als es auf den Markt kam, gefallen für unsere Inselanlage .....
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 24.03.2012 - 20:44 Uhr  ·  #12
@wieso

Hallo Herr Nachbar - zumindest beinahe (die Fähre nach Rosslare startet nur 70 km von hier...)!

Deinen Whiskey könnte ich hier zur Not noch kaufen. Deine Windverhältnisse (in Irland) allerdings leider nicht. Dafür regnet es hier womöglich auch ein bisschen weniger...

Greetz!

Dieter
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 26.03.2012 - 22:33 Uhr  ·  #13
Hallo zusammen,

danke für die vielen Tipps zur Windgeschwindigkeitsmessung. Bevor ich wie viele zu einem "höher, schneller, weiter" mit einem Windrad übergehe, bin ich an zwei Sachen interessiert. Zum einen korrekt vermessen, was am Standort für Windverhältnisse herrschen. Und zum anderem aus dem vorhandenen höchstwahrscheinlich sehr turbulenten Wind das beste herausholen. Aber das ist schon der zweite Schritt.

Ich konzentriere mich zunächst auf das reine Beobachten, also die Messung. In dem Zusammenhang möchte ich den interessanten Post von Uwe beantworten.
>a) die extrem hohe Mittelungszeit, sie sollte maximal 10Minuten betragen. So erklärt sich auch, das die
> Maximalwerte (so sie denn nicht extern nochmal erfasst werden) so niedrig sind.
Gezeigt in meinem Diagramm sind die Mittelwerte über 24h. Um eine Vergleichbarkeit der Datenreihen zu gewährleisten habe ich die aufgenommenen Daten so stark gemittelt, da ich zur Auswertung DWD-Tagesdaten zur Verfügung hatte. Meine Datenaufnahme läuft mit einem Datensatz pro 30min. Dieser enthält neben der gemittelten Geschwindigkeit auch die Maximalwerte mit 90s Integration. Zur Veranschaulichung habe ich aus meinen Daten den windstärksten und windschwächsten Tag herausgesucht und zeitaufgelöst geplottet.




Gut zu erkennen ist die starke Zunahme des Windes innerhalb weniger Stunden und die starke Variation über den Tag - die bei Mittelung natürlich nicht mehr zu erkennen ist.

>b) die Konstellation der Sensoren zueinander ist typisch für diese kleinen Wetterstationen und beeinflußen sich ganz
>erheblich gegenseitig. Der Windrichtigssensor sollte ggfl. nach Ost gedreht werden auch wenn die Bauanleitung was anders sagt.
>Die gespeicherten Windrichtungswerte müssen nur hinterher wieder um den Offset (zwischen Bauanleitung und Wirklichkeit)
>korrigiert werden.
Daran hatte ich noch gar nicht gedacht. Aber das ist natürlich einleuchtend. Um hier eine Verbesserung zu schaffen, werde ich die Sensortraverse auseinandersägen und den Windrichtungssensor versetzt unter dem Anemometer anbringen. Oder besser darüber?

>c) Besser wäre wirklich höher und weniger Bäume, aber das beträffe die Anlage nachher ja auch.
>Mach doch nochmal Fotos vom Standort der Windmessung aus in alle Richtungen, quasi als Panoramabild,
>das hilft und ermöglicht einen besseren Eindruck.
Ja, Bäume gibt es viele und die sind ja quasi der natürlich Feind der Windkraft. Sobald ich vor Ort bin (dauert noch ein paar Wochen) werde ich auf jeden Fall die Fotos machen und auch die Abstände zu den umstehenden Bäumen messen. Eventuell kann man den Mast noch höher machen. Mein Ansatz ist aber etwas anders: Ausnutzen was da ist. An dieser Stelle mag das nicht so einleuchten, es ginge ja besser. Mir schwebt für später ein sehr kleines Windrad vor, das sich durch eine schnelle Regelung an die turbulenten Verhältnisse anpasst. Das könnte dann auch auf dem Balkon daheim verwendet werden. Diesen nicht ganz unkomplizierten Standort habe ich also mit Bedacht gewählt. Und das Projekt ist ziemlich ambitioniert, das ist mir schon bewusst.

>Eine bessere Langzeitreihe mit höherer Auflösung für den Abgleich kann ich Dir geben, brauche aber ein Weilchen dafür....
Ich würde mich sehr für eine höher zeitlich aufglöste Windmessung interessieren. Hast Du Daten von turbulenter Strömung z.B. von einem Hitzdrahtanemometer mit hoher zeitlicher Auflösung? Das fände ich sehr spannend im Hinblick auf meine Ideen.

> PS. Ich will auch so nen Standort am Meer und überhaupt will ICH wieder ans Meer... Seuftz
Ja, da hast Du Recht, das ist schon ganz nett dort! Ob nun mit oder ohne Windkraft. Wenn Du mal in der Nähe bist, komm vorbei :)

Einen schönen Gruß in die Runde,

Knollo
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 26.03.2012 - 23:38 Uhr  ·  #14
Ich finde Deinen Ansatz, mit methodischer Genauigkeit an die Problematik heranzugehen, äußerst lobenswert. Am Ende bleibt dennoch die Tatsache, dass an Deinem Standort mit Bäumen und Bauwerken in den Hauptwindrichtungen die Windausbeute stark beeinträchtigt ist. Da kann man dann mit einem optimal angepasstem System ein paar Prozentpunkte holen. Aber Wunder sind leider nicht zu erwarten.

Wobei sogar Bäume oder auch Bauten, die ein Haus im Winter gegen Auskühlung durch Wind und im Sommer mit ihrem Schatten gegen Hitze isolieren (mit Auswirkung auf Kühlschrank, Tiefkühltruhe, gegebenenfalls Klimatisierung), energetisch sinnvoller sind, als die paar Kilowatt gewonnener Windenergie, wenn es diese "Hindernisse" nicht gäbe...

Mach also, wie Du es vor hast, das Beste aus den gegebenen Umständen.

Dieter
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 28.03.2012 - 16:50 Uhr  ·  #15
dig-it Ansicht ist genau die meine. Gratuliere zu deinem energetischen Rundblick, den hat selten wer.

Ich weiß wieviel Wärme durch Wind im Winter Haus durch Wind abgezogen wird, an windigen Tagen mindestens 20KW und auch im Sommer ist auch ein gutes Haus und Gartenklima sichergestellt
Die Menschen haben schon vor 1000 Jahren gewusst warumm sie sich bevorzugt in Senken und Flußufern ansiedeln und Orte gründen und nicht auf offen Kuppen .
Daher mein früherer ignorierter Tipp eines unempfindlicheren Langsamläufers der ideal für 3-7 m/s ist.
Gruß Hans
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 28.03.2012 - 18:18 Uhr  ·  #16
Danke für die Blumen Hans,

wie Du schon sagtest, unsere Vorfahren bauten windgeschützt. Meine nicht - was zumindest in Sachen Windenergie ein Vorteil ist.
Es lohnt sich auf jeden Fall, sich über das Mikroklima um das Haus herum Gedanken zu machen. Ich versuche das bei uns auch, wobei
manches vorgegeben war und jetzt nur noch schwer zu ändern wäre.

Die Hecke links vom Haus (immergrün weil Kirschlorbeer) war ursprünglich nur einen Meter hoch, um die Aussicht von der Terrasse aus zu
behalten. Aber dort ist Westen, und von dort kommt der meiste Wind. Was das Leben auf der Terrasse nicht angenehmer macht. Die Hecke wird
nun noch etwas wachsen, wobei die Aussicht aus den Fenstern erhalten bleibt. Die Windströmung wird dann bestmöglich über das Dach und
auf die Windmühle abgeleitet.

Die Hecke hinter dem Sonnenschirm schützt das Mauerwerk des Wohnzimmers vor dem Wind, und damit vor Auskühlung, bzw. vor Sonne und Erhitzung.
Die Hecke rechts vom Sonnenschirm hindert den Wind daran, das Haus zu umströmen. Auf der anderen Hausseite gibt es Vergleichbares.

Die Velux-Fenster oben zeigen nach Süden und "heizen" an sonnigen Tage den Raum dahinter fast schon allein, selbst im Winter.

Windenergie sollte in meinen Augen immer in das energetische Gesamtkonzept des Hauses integriert sein. Deshalb bin ich zum Beispiel
nicht im geringsten frustriert, weil meine Skystream 3.7 in diesem Winter deutlich weniger produziert hat, als sie das in einem "normalen"
Winter getan hätte. Wir haben auf der anderen Seite rund 1200 Liter Heizöl weniger verbraucht als sonst im Durchschnitt. Und das
Äquivalent dazu könnte die liebe Mühle nicht produzieren...

Apropos Heizöl: Wir tragen uns mit dem Gedanken, auf eine Heizung mit Holzscheiten umzurüsten. Wenn Ihr mir da Empfehlungen, Tipps oder Warnungen habt,
wäre ich dafür dankbar. Wenn es hier nicht hinpasst, könnte ich gegebebenfalls einen gesonderten Thread eröffnen. Oder sonst als perönliche Nachricht... Danke!

Schönen Frühling an alle!

Dieter
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 28.03.2012 - 18:37 Uhr  ·  #17
Die Hindernisse "wegzuräumen" ist in der Tat nicht sinnvoll, nicht gewollt und im übrigen auch gar nicht möglich. Und wie dig-it schreibt ergeben die Hindernisse sogar energetisch einen Sinn. Aber ist das nicht an fast allen potentiellen Standorten so? Da "stört" hier ein Haus oder dort ein Baum den Wind. Immer ist dann davon die Rede, das Windrad in einen möglichst laminaren Strömungsbereich zu bringen. Turbulenz wird mit Verlusten gleichgesetzt. Folgende Frage stelle ich mir: kann man auch einer turbulenten Strömung Energie entziehen? Zwei Voraussetzungen dafür sind sicherlich unabdingbar: (a) Ein Windkonverter mit Abmassen klein gegenüber den turbulenten Strukturen und (b) mit einer Regelzeit vergleichbar mit Anschwellen und Abflauen von Böen. Das ist sicher keine einfache Aufgabe. Schafft man es, sie zu lösen, wird die Energie aus den Böen zugänglich und die kann interessant sein. Das sind nach meiner Ansicht wesentlich mehr als "ein paar Prozentpunkte" Leistung, wie dig-it schreibt. Vergleichbar mit einer Windsituation ohne Hindernisse wird es indes nie, das ist auch klar.

Naja, soviel zu den Ideen. Mehr habe ich derzeitig zugegebenermaßen auch noch nicht. Eine saubere Messung sehe ich als Basis für alles weitere und daran werde ich zunächst werkeln.

Stefan
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 28.03.2012 - 20:17 Uhr  ·  #18
Lieber Stefan,

aus gegebenen Verhältnissen das Optimale herauszuholen, gehörte schon immer zu den größten Reizen
menschlichen Nachdenkens. Selbst wenn das "wirtschaftliche" Resultat nicht dem entspricht, was
Betriebswirtschaftler so akzeptieren, machst Du genau das Richtige!!!

Dieter
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Re: Windgeschwindigkeitsmessung

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Gepostet: 31.03.2012 - 21:38 Uhr  ·  #19
Moin, und herzliche Grüsse aus Norddeutschland...

Wir haben hier auch viele Bäume, oft allein als Windschutz gepflanzt..

Achtung im Sturm:meine Erfahrung hier ist die: Es wird zwar im Schnitt eben deutlich weniger Durchschnittswind geben, dort in 5 M Höhe.
Aber irgendwann schlägt eine Bö doch mal durch, dann aber noch mit fiesen Wirbeln, so dass ein Windrad zum Karusell werden kann, daher abschaltbar bauen...
Ja , und bei mir kippt der Ertrag durch die Bäume von über 8 kwh am Tag an Vergleichsstandorten auf ¼ runter....

Schöne Sache dort an der Ostsee...wir haben die besten Erfahrungen, wenn man mit dickem Energieerdkabel zur freien Lage hin gräbt...:-)Da klappts mit dem Kaffeetrinken(oder ähnliches) und es gibt Energie...
freundliche Grüsse von Cerco
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