van Grinsven Advies

Schaduweffecten van een draaiende windturbine kunnen hinder veroorzaken bij mensen. VGA berekend het gebied waarbinnen slagschaduwhinder kan optreden. Van het windpark worden schaduwcontouren vervaardigd. Deze contouren geven het gebied aan waar mogelijke hinder van slagschaduw kan optreden. Als hindercriterium wordt de normstelling uit het Activiteitenbesluit gebruikt. Op basis van deze contouren worden woningen geselecteerd waar de schaduwduur nader wordt geanalyseerd. De analyseresultaten worden weergegeven in tabellen. Per turbine wordt voor de potentiële hinder weergegeven: het aantal dagen, de maximale duur van de schaduwpassage langs de woning en de duur van de potentiële beschaduwing per jaar. De potentiële schaduwduur is een theoretisch maximum. Op basis van de potentiële hinder wordt de verwachte hinderduur berekend en vergeleken met de normstelling.

Zonodig worden de maatregelen gespecificeerd die nodig zijn om aan de normstelling te voldoen. Hiervoor worden tabellen met blokken van dagen en tijden gepresenteerd waarin een automatische stilstandsvoorziening actief moet zijn. Hierbij wordt ook het productieverlies aangegeven.

De baan van de zon 

In onderstaand figuur zijn de zonnebanen getekend met rode lijnen voor een locatie op circa 52,5º noorderbreedte en tevens de tijden in MET (Midden Europese Tijd) met blauwe lijnen. Op de horizontale as de horizontale kijkrichting. Stel u voor dat u vanuit uw raam naar het zuiden kijkt. In het midden 180 graden, het zuiden links het oosten en rechts het westen.  Op de verticale as de zonshoogte in graden. De blauwe streeplijnen gelden voor de periode van 22 december tot 22 juni en de ononderbroken lijnen gelden voor de periode van 22 juni tot 22 december. Voor de zomertijd moet er bij de tijden nog een uur worden opgeteld. Elke rode lijn stelt een zonnebaan voor op bepaalde dagen in het jaar. Op 22 juni (zomerpunt, langste dag) volgt de zon de bovenste zonnebaan (baan A) en op 22 december (winterpunt, kortste dag) de onderste baan (baan M). Op 11 februari volgt de zon baan J. De zon komt dan om 8:10 uur op. Om 9 uur is zij geklommen tot een hoogte van 6 graden en vanaf het oosten gedraaid naar 123 graden. Zo is de positie van de zon uit de view af te lezen voor alle dagen in het jaar en voor elk moment van de dag. Als voorbeeld zijn drie turbines weergegeven. Deze zijn vanuit uw raam zichtbaar in de horizontale richting 85, 97 en 116 graden. Deze hoeken kunnen van een kaart worden afgelezen door een lijn te trekken vanuit de woning naar de turbinelocatie. De ashoogten ziet u onder de verticale hoeken 6,  9 en 14 graden. Deze hoeken worden berekend uit de ashoogte en de afstand tot de turbine. Uit de figuur is nu af te lezen op welke dagen en tijden de zon achter een turbinerotor zit, er is dan schaduw.

Baan van de zon

Bij de beoordeling van slagschaduwhinder wordt niet uitgegaan van een be­paalde positie maar van een gevelvlak dat alle ramen omvat. Vanwege de afme­tingen van dat vlak duurt de volledige schaduwpassage langs het vlak wat langer dan de passage langs een punt. Dit is in de views af te lezen aan de getekende rotor. Kijkend vanaf het maaiveld (hoogte=0 m) ziet u de top van de rotor onder een iets hogere hoek en vanaf goothoogte ziet u de onderkant van de rotor on­der een lagere hoek. Zo bepaalt de hoogte van het gevelvlak mede de boven- en onderkant van de afgebeelde rotor. Voor de gevelhoogte is uitgegaan van 5 m.

De linkerkant van de rotor heeft de horizontale hoek zoals die gezien wordt vanaf de rechterzijde van de gevel, de rechterzijde van de rotor correspondeert met de linkerzijde van de gevel. Zo bepaalt de geprojecteerde breedte van het gevelvlak mede de breedte van de getekende rotor. Voor de geprojecteerde gevelbreedte is uitgegaan van 12 m.

Door deze wijze van weergave wordt het perspectief wat versterkt en wordt het rotorvlak nog wat meer ovaal. Als de zon de rotor juist raakt, raakt de schaduw ook juist de rand van het beschouwde gevelvlak. Bevindt (een deel van) de zon zich binnen het rotorvlak dan is er dus een schaduw op de beschouwde gevel.

Laagstaande zon 

Bij de berekening van de jaarlijkse slagschaduwduur door een windturbine op een woning laat VGA de tijd buiten beschouwing dat de zon lager staat dan vijf graden boven de horizon. Een zonnestand lager dan vijf graden wordt als niet hinderlijk beoordeeld omdat dan (circa een half uur na zonsopkomst en een half uur voor zonsondergang) het licht diffuus is en het dan vaak heiig is waardoor de schaduwen niet scherp zijn en en er dan geen sprake is van slagschaduwhinder. Daarnaast wordt de laagstaande zon vaak aan het zicht onttrokken door gebouwen en begroeiing. Een object (bijvoorbeeld een gesloten rij bomen) met een hoogte van 12 m onttrekt dan het zicht op de zon als het object binnen een afstand van circa 130 m staat. Voor een object van 6 m hoog (bijvoorbeeld een gebouw) geldt dat binnen een afstand van circa 65 m. Dit komt vrij vaak voor. Bij het opstellen van schaduwprognose-rapportages is het gangbaar om een correctie toe te passen voor de lage zonnestanden, omdat dan geen tot nauwelijks sprake is van slagschaduwhinder. Overigens is het effect van het hanteren van een minimale zonhoogte beperkt omdat de lage zonnestanden alleen ten oosten en ten westen van de turbine van invloed zijn. Bovendien wordt het hindergebied ten oosten en ten westen toch al beperkt door het hanteren van de minimale hinderafstand van twaalf maal de rotordiameter.

Zonbedekking

Als een rotorblad voor de zon langskomt, is er een slagschaduw. De duur van toelaatbare slagschaduwhinder op een woning is onderhevig aan normstelling. De bedekkingsgraad van de zon is wel medebepalend voor de mate van hinder maar speelt formeel geen rol bij de toetsing aan de norm. Als vanuit de woning gezien, de zon geheel wordt bedekt door een rotorblad is de schaduw volledig en is het verschil in licht en donker maximaal. Als het blad de zon maar deels afdekt is de schaduw minder (minder modulatie) wat als minder hinderlijk wordt ervaren. Hoewel dit geen rol speelt bij de formele beoordeling geeft VGA in de rapportages van onderzoeken naar slagschaduwhinder wel aan binnen welke afstand tot een turbine volledige zonbedekking kan optreden. Of het kan optreden is afhankelijk van de grootste breedte van het rotorblad en van de afstand.  Als het blad een breedte heeft van 3 m en het blad staat in de meest ongunstige stand, dan wordt op een afstand van circa 300 m deze breedte gezien onder een hoek van 0,55 graden. De huidige grote turbines hebben een grootste bladbreedte van circa 2,2 m tot 3,8 m. De diameter van de zon wordt ook gezien onder een hoek van 0,55 graden. De plaats op de aarde, het jaargetijde en de tijd op de dag hebben hierop nauwelijks invloed.

De kans dat het optreedt binnen die afstand is nog wel afhankelijk van de stand van de rotor en van de stand van het rotorblad. De kans dat volledige zonbedekking optreedt, wordt verkleind door het kruien van de molen op de wind. Alleen als de wind waait vanaf de turbine naar de woning, of omgekeerd staat de molen in de meest ongunstige positie. Daarnaast kan ook het blad nog gedraaid staan in het rotorvlak: bij een pitchgeregelde turbine wordt de bladhoek geregeld. Verder neemt de breedte van het blad naar het uiteinde toe snel af. De tipbreedte is bij grote turbines doorgaans niet meer dan 0,6 m. 

Bij een woning binnen een afstand van 300 m kan er dus volledige zonbedekking optreden. Waarschijnlijk zal bij deze woning dan ook de norm voor de jaarlijkse hinderduur worden overschreden zodat er een stilstandsregeling op de turbine moet worden aangebracht die de hinder wegneemt. In de praktijk zal het zodoende vrijwel nooit voorkomen dat bij een woning volledige zonbedekking optreedt.

Bij een woning op een afstand van bijvoorbeeld 850 m zal normaliter de norm voor de jaarlijkse hinderduur niet worden overschreden. Bij deze woning kan er dus gedurende enkele uren per jaar slagschaduw optreden. Een rotorblad van 3 m breed wordt, in de ongunstigste stand, op deze afstand gezien onder een hoek van 0,2 graden. Er zal dus altijd nog veel zonlicht langs het blad schijnen waardoor de schaduw niet volledig is en de verschillen in licht en donker beperkt zijn.

 

Slagschaduwsensor

De stilstandvoorziening kan op verschillende manieren worden geïmplementeerd in de besturingssoftware van de turbine. De meest gangbare methode is dat in de software blokken van dagen en tijden worden vastgelegd waarbinnen de regeling actief moet zijn. De werkelijke stilstand wordt beperkt door een zonneschijndetector. Als de zon niet schijnt is er geen schaduw en kan de turbine in werking blijven.

Een andere mogelijke uitvoering is dat de turbinebesturing wordt uitgebreid met een schaduwmodule die per dag de tijden berekend waarbinnen de stilstandsregeling actief moet zijn. Dit gebeurt door het continu berekenen van de actuele zonsrichting en zonshoogte voor de turbinelocatie. De turbine locatie kan worden vastgesteld door een GPS-systeem op de gondel. Dit systeem geeft ook informatie over de oriëntatie van de rotor (windrichting). In de software worden verder de locaties en de afmetingen en maaiveldhoogten van de te beschermen objecten, de rotorafmetingen en de hoogte van de turbine ingegeven. Omdat dit systeem ook rekening kan houden met de rotororiëntatie en omdat continu de zonnestand wordt berekend is er met dit systeem minder onnodige stilstand. Dit systeem wordt overigens ook voorzien van een of meer zonneschijndetectoren.

 

Voordat het windpark wordt opgericht zal voor de betreffende turbines een aanvullende berekening worden uitgevoerd voor de dimensionering van de stilstandsregeling. Dit gebeurt dan in de vorm van tabellen (per turbine en per woning) met blokken van dagen en tijden waarbinnen de regeling actief moet zijn.

De nauwkeurigheid van een regeling is afhankelijk van de berekende zonnestanden en afhankelijk van de coördinaten van de turbine en van de objecten. Een afwijking van enkele meters kan een merkbaar verschil van enkele minuten in de tijd en/of enkele dagen in de periode opleveren. Soms blijkt het nodig om op basis van praktische waarnemingen na een proefdraaiperiode het systeem bij te stellen. De software voorziet in een mogelijkheid om op eenvoudige wijze dergelijke kleine correctie toe te passen.

Controle van de verwachte jaarlijkse hinderduur door waarnemingen bij een woning waar slagschaduw optreedt is ondoenlijk. Dit door de dagelijkse verschillen in de zonnebaan, de zonneschijnduur en de windrichting. Deze rapportage van het onderzoek geeft informatie over de verwachte jaarlijkse hinderduur in relatie tot de normstelling. In het veld kan wel gemakkelijk worden gecontroleerd of de stilstandsvoorziening goed is gedimensioneerd. Hiervoor kan op een of meerdere zonnige dagen de positie van de schaduw op bepaalde tijden worden vergeleken met de berekende stilstandstijden. Hiervoor kan VGA eventueel per turbine en per woning lijsten aanleveren met per dag de begin- en eindtijden van de berekende schaduwpassage.