Ein Ultraschall-Anemometer ist eine Art Windgeschwindigkeitsmessgerät, das die Eigenschaften von Ultraschallwellen nutzt. Im Gegensatz zu mechanischen Anemometern, die auf physische Bauteile zur Erfassung der Windgeschwindigkeit angewiesen sind, messen Ultraschall-Anemometer die Windgeschwindigkeit auf Basis der Zeit, die Ultraschallwellen benötigen, um zwischen den Sensoren zu reisen.

Ein Ultraschall-Anemometer besteht aus mindestens zwei Ultraschall-Wandlern (oder Transceivern), die sowohl Ultraschallwellen aussenden als auch empfangen können. In einem typischen Aufbau sind diese Wandler in einer präzisen Anordnung positioniert (häufig orthogonal oder in einem 90-Grad-Winkel zueinander), um Messwerte für Windgeschwindigkeit und Windrichtung über mehrere Achsen zu liefern.

Das Funktionsprinzip eines Ultraschall-Anemometers basiert auf der Physik der Schallwellenausbreitung. Wenn das Anemometer einen Ultraschallimpuls aussendet, reist dieser durch die Luft von einem Wandler zum anderen. Die Geschwindigkeit der Schallwelle wird durch die Bewegung der Luftmassen beeinflusst, durch die sie sich bewegt – mit anderen Worten: durch den Wind.

In ruhiger Luft würde der Schallimpuls die gleiche Zeit benötigen, um von Wandler A zu Wandler B zu gelangen, wie von Wandler B zu Wandler A. Weht jedoch Wind, beschleunigt oder verlangsamt er die Laufzeit der Schallwelle. Weht der Wind in dieselbe Richtung wie die Schallwelle, trifft diese schneller am empfangenden Wandler ein. Weht der Wind hingegen entgegen der Ausbreitungsrichtung der Schallwelle, verlängert sich die Ankunftszeit entsprechend.

Durch die Messung der Laufzeit des Ultraschallimpulses zwischen den Wandlern in jede Richtung kann das Anemometer die Windgeschwindigkeit berechnen. Die Differenz der Laufzeiten ist direkt proportional zur Windgeschwindigkeit parallel zur Verbindungslinie zwischen den Wandlern.

Zur Messung der Windrichtung werden häufig mehr als zwei Wandler eingesetzt, typischerweise in einer Drei- oder Vier-Wandler-Konfiguration. Durch den Vergleich der Laufzeitunterschiede über mehrere Wandlerpaare kann das Anemometer auch die Richtung berechnen, aus der der Wind weht.

Ultraschall-Anemometer werden für ihre Präzision und Zuverlässigkeit geschätzt. Sie haben keine beweglichen Teile, wodurch sie weniger anfällig für mechanische Ausfälle und Verschleiß sind. Zudem reagieren sie schnell auf Änderungen der Windgeschwindigkeit und Windrichtung, was sie ideal für Anwendungen macht, die Winddaten in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit erfordern, wie etwa Wetterstationen, Windturbinen oder die Atmosphärenforschung.

Allerdings haben Ultraschall-Anemometer auch ihre Einschränkungen. So können sie durch Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit oder andere Umweltfaktoren beeinflusst werden, die die Schallgeschwindigkeit verändern. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, integrieren die meisten Ultraschall-Anemometer Temperatursensoren und setzen ausgefeilte Algorithmen ein, um diese Umwelteinflüsse zu korrigieren und so genaue sowie zuverlässige Messungen von Windgeschwindigkeit und Windrichtung sicherzustellen.

Darüber hinaus entspricht die am Anemometer gemessene Windgeschwindigkeit möglicherweise nicht der Windgeschwindigkeit vor der Turbine. Der Rotor hat dem Wind bereits einen Teil der Energie entzogen und kann die Windrichtung verändert sowie die Turbulenzintensität hinter dem Rotor erhöht haben.

Daher hat jeder OEM individuelle Korrekturkurven für Windgeschwindigkeit und Windrichtung gemessen, die auf die Windgeschwindigkeitsmessungen angewendet werden. Diese Korrekturfunktionen sind leider nicht öffentlich zugänglich, und manchmal verwendet der Algorithmus sogar die Leistungsabgabe als Eingabe für die Korrekturfunktion. Zudem können sich diese Korrekturfunktionen im Laufe der Zeit nach einem Software- oder Parameterupdate der Turbine ändern.

Dies hat einen erheblichen Einfluss auf die rechtlich bindende Leistungskurve einer Turbine. Man kann nicht einmal sicher sein, dass diese Korrekturen individuell für leistungsschwache Turbinen vorgenommen wurden. Mit dem Leistungsmonitoring von Turbit haben Sie jedoch die Möglichkeit, selbst kleinste Änderungen an diesen Einstellungen zu bemerken. Da wir all diese verschiedenen Variablen, die einen Einfluss auf die Turbinenperformance haben, als Eingabe verwenden, können wir selbst geringste Änderungen im Verhältnis von Leistung und Wind erkennen. Stellt Turbit ein Ereignis fest, kann dies nur zwei Ursachen haben: Entweder wurde die Windgeschwindigkeits-Korrekturfunktion aktualisiert, oder es liegt tatsächlich eine Veränderung im Leistungsverhalten der Turbine vor.