Herkömmliche Windmessgeräte wie Anemometer und Windfahnen erfassen den Wind an ihrem eigenen Standort. Um Wind in einiger Entfernung vom Ort der Installation zu messen, kommen Wind-LiDAR-Systeme zum Einsatz. Sie senden Laserlicht aus, das an Aerosolen in der Luft reflektiert wird. Dabei verschiebt sich die Lichtfrequenz. Gemessen werden dann die reflektierten Signale aus mehreren Laserstrahlen. Aus diesen lassen sich Windgeschwindigkeit wie auch die Windrichtung rechnerisch rekonstruieren. Solche Systeme eignen sich sowohl für Messungen vom Boden aus, um mit himmelwärts gerichteten Strahlen Windfelder zu vermessen, als auch für Messungen auf Türmen, bei denen Windfelder mit horizontal gerichteten Strahlen vermessen werden. Für die verwendeten LiDAR-Systeme kommt es darauf an, die anwendungsspezifischen Anforderungen an Reichweite, Genauigkeit und Robustheit in bestmöglicher Weise zu erfüllen. 

Leistungsstärkerer Faserlaser für mehr Messwerte

Im Projekt VeLiS wollen die beiden Partner daher ein neues, robustes und kostengünstiges System entwickeln und umsetzen. Am LZH entwickeln Forschende dafür ein faserbasiertes Lasermodul. Ein zentrales Ziel ist es, eine vergleichsweise hohe Pulswiederholrate von mindestens 30 Kilohertz zu erreichen, um eine möglichst hohe Datenrate zu liefern. Gleichzeitig soll die Pulsenergie bei rund 100 Mikrojoule liegen und eine mittlere Leistung von mindestens 3 Watt erzielt werden. Bisher am Markt erhältliche Lasermodule bieten bei vergleichbar hohen Wiederholraten deutlich geringere Pulsenergien. Ein solches System würde es ermöglichen, auch in sehr kurzen Messfenstern viele Daten zu sammeln und zudem große Messreichweiten zu erzielen. Weitere Randbedingungen betreffen ein möglichst geringes Gewicht und eine kompakte, energieeffiziente Bauweise. Das Lasermodul muss zudem robust gegenüber Vibrationen und Witterungseinflüssen sein und mit wenig Wartungsaufwand zuverlässig arbeiten.

Thies Clima wird in dem Projekt die notwendige Elektronik, die Auswertealgorithmen und das LiDAR-Gesamtsystem entwickeln. 

Ziel: Universelle Technologiebausteine für breite Anwendungsfelder

Ziel des Projekts ist die Entwicklung universell einsetzbarer Technologiebausteine für Wind-LiDAR-Systeme. Die vielfältigen Einsatzgebiete reichen von der Windmessung entlang von Flugkorridoren, über die Langzeiterfassung von Winddaten an ausgewählten Standorten hin zu einer vorausschauenden Windböen-Erfassung im Umfeld von Energieinfrastrukturen.

Das Projekt Versatile LiDAR System (VeLis) wird von der Investitions- und Förderbank Niedersachsen (NBank) im Rahmen des Innovationsförderprogramms für Forschung und Entwicklung in Unternehmen (IFP) mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung gefördert. Projektpartner sind Thies Clima und das Laser Zentrum Hannover e.V.