Schattenwurf vom Windrad berechnen

Wie weit reicht der Schatten von einem Windrad maximal? Das hängt von der Höhe der Rotorspitze und der Sonnenhöhe ab. Niedrige Sonne (Wintermorgen/-abend) erzeugt sehr lange Schatten — genau deshalb prüfen Genehmigungsverfahren die astronomische Maximalbelastung am nächstgelegenen Immissionsort.

Was bedeutet das Ergebnis?

Der Schatten einer WEA ist umso länger, je niedriger die Sonne steht. Die Berechnung erfolgt nach der Geometrie: Schattenlänge = Gesamthöhe / tan(Sonnenhöhe). Die Gesamthöhe ist die Nabenhöhe plus der halbe Rotordurchmesser (Rotorspitzenhöhe).

Eine moderne Anlage mit 135 m Nabe und 150 m Rotor erreicht 210 m Rotorspitze. Bei 5° Sonnenhöhe bedeutet das einen Schattenwurf von rund 2,4 km — was zeigt, dass Schattenwurf nicht nur direkte Nachbarschaft betrifft.

LAI-Grenzwerte für Schattenwurf

Die Länderausschuss-für-Immissionsschutz-Hinweise (LAI) definieren als zumutbar:

• maximal 30 Stunden pro Jahr astronomisch maximaler Schattenwurf am nächsten Wohngebäude
• maximal 30 Minuten pro Tag
• Berechnung erfolgt für die worst-case-Bedingungen (Sonne immer scheint, Rotor immer in Schattenwurf-Stellung)
• Die tatsächliche Belastung ist meist 10–25 % der astronomischen — der Rest wird über eine Schattenwurf-Abschaltung im Anlagenbetrieb sichergestellt

Warum astronomisch maximal ≠ tatsächlich

Der Rechner oben liefert die geometrische Maximallänge des Schattens bei einer einzigen, fest gewählten Sonnenhöhe — das ist eine Momentaufnahme, keine Jahresbilanz. Die LAI-Grenzwerte von 30 Stunden pro Jahr und 30 Minuten pro Tag beziehen sich dagegen auf die astronomisch maximal mögliche Beschattungsdauer über das gesamte Jahr: eine Simulation, die für jeden Tag und jede Minute mit Sonnenschein prüft, ob der Rotor aus Sicht des Immissionsortes gerade eine Schattenwurf-Stellung einnimmt. Diese Jahresbetrachtung berücksichtigt den vollständigen Sonnenstand über alle Jahreszeiten, die genaue Himmelsrichtung des Immissionsortes relativ zur Anlage und die Wahrscheinlichkeit, dass zu diesen Zeiten überhaupt Sonnenschein auftritt (meteorologische Wahrscheinlichkeit). Deshalb kann ein Immissionsort, der laut diesem geometrischen Rechner „im Schattenbereich" liegt, in der vollständigen Jahresprognose trotzdem deutlich unter den Grenzwerten liegen — oder umgekehrt an bestimmten Tagen im Winter kurzzeitig stärker betroffen sein, als die Momentaufnahme vermuten lässt.

Wie die Topographie das Ergebnis verändert

Die reine Geometrie-Formel (Höhe geteilt durch Tangens der Sonnenhöhe) geht von einer ebenen Fläche zwischen Anlage und Immissionsort aus. Liegt der Immissionsort in einem Tal unterhalb der Anlage, verlängert sich der wirksame Schatten gegenüber der ebenen Rechnung; liegt er auf einer Anhöhe oberhalb, verkürzt er sich. Bei Standorten mit spürbarem Höhenunterschied — etwa Windparks in Mittelgebirgslagen — kann diese Differenz mehrere Prozent der berechneten Länge ausmachen. Die professionelle Schattenwurfprognose bezieht ein digitales Geländemodell mit ein und rechnet die tatsächliche Sichtlinie zwischen Rotorspitze und jedem einzelnen Wohnimmissionsort; dieser vereinfachte Online-Rechner tut das bewusst nicht, um schnell und ohne Geodatensatz eine erste Orientierung zu liefern.

Astronomisch maximale vs. tatsächliche Beschattung

Der hier berechnete Wert ist die astronomisch maximal mögliche Beschattungsdauer — sie geht davon aus, dass zu jedem theoretisch möglichen Zeitpunkt die Sonne scheint und der Rotor exakt im rechten Winkel zum Beobachtungspunkt steht. In der Praxis liegt die real eintretende Beschattung deshalb regelmäßig deutlich unter diesem astronomischen Maximalwert, weil Bewölkung, wechselnde Windrichtung und damit veränderte Rotorausrichtung die tatsächliche Trefferquote senken. Das offizielle Schattenwurfgutachten berechnet deshalb zusätzlich einen realistischen Wert unter Berücksichtigung meteorologischer Standortdaten — dieser ist maßgeblich für die TA-Lärm-Grenzwerte, nicht der astronomische Maximalwert.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Schattenwurf und Schlagschatten?

„Schattenwurf" ist der Oberbegriff. „Schlagschatten" bezeichnet speziell den rhythmisch wandernden Schatten der drehenden Rotorblätter — er gilt als die wirkungsmächtigere Belästigung und ist Gegenstand der LAI-Grenzwerte.

Welche Software wird für die Prognose verwendet?

Standard ist WindPRO (EMD) mit dem Modul SHADOW. Ergebnis ist eine Isolinien-Karte mit den Wohnimmissionsorten und einer Tabelle für jedes Wohngebäude (h/Jahr, min/Tag).

Was passiert bei Überschreitung der Grenzwerte?

Die Anlage muss mit einer Schattenwurf-Abschaltung ausgerüstet werden (Lichtsensor + Steuerung), die die WEA in den kritischen Zeitfenstern temporär anhält. Ertragsverluste sind meist gering (<1 % Jahresertrag).

Zählt bei mehreren Anlagen im Windpark die Summenwirkung?

Ja. Steht ein Immissionsort im Beschattungsbereich mehrerer Anlagen, addiert die offizielle Schattenwurfprognose die Beschattungsdauer aller beitragenden Anlagen zu einer Gesamtbelastung — genau wie bei der Schallbewertung. Dieser geometrische Rechner betrachtet dagegen nur eine einzelne Anlage; für Windparks mit mehreren Anlagen in Sichtweite desselben Wohngebäudes braucht es zwingend die vollständige Prognose mit Summenbetrachtung, weil die Einzelanlagen-Werte für sich genommen unauffällig sein können, während die Summe die LAI-Grenzwerte überschreitet.

Ändert sich der Schattenwurf durch ein Repowering?

Meist ja, und in beide Richtungen möglich: Neue Anlagen sind in der Regel höher und haben größere Rotoren als die zu ersetzenden Bestandsanlagen, was für sich genommen zu längeren theoretischen Schatten führt. Gleichzeitig stehen moderne Anlagen oft an anderen, optimierten Positionen im Windpark und drehen langsamer, was die Zahl der Schattenwurf-Ereignisse pro Zeiteinheit verändert. Ob ein Repowering-Standort insgesamt mehr oder weniger Beschattung an einem bestimmten Wohnimmissionsort erzeugt, lässt sich nur mit einer neuen, vollständigen Schattenwurfprognose für die geplante Anlagenkonfiguration beantworten.