Um die Lichtemissionen des nächtlichen Himmels zu reduzieren, dürfen Windkraftanlagen in Deutschland bald nur noch leuchten, wenn sich ein Flugobjekt nähert. Eine Lösung für diese sogenannte Bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung (BNK) bietet die Deutsche Windtechnik Steuerung mit einem transponderbasierten BNK-System. Mit dabei ist das WAGO Relais, Bestellnr. 857-304.
Qualitativ hochwertige Instandhaltung von Windenergieanlagen hat sich die Deutsche Windtechnik Steuerung mit Sitz in Husum-Ostenfeld auf die Fahne geschrieben. Deutschlandweit hat das Unternehmen rund 2.400 Windräder im Wartungsvertrag – global kommen weitere dazu. Neben der standardmäßigen Wartung von Onshore- und Offshore-Windkraftanlagen forscht das Team der Deutschen Windtechnik Steuerung an der Neu- und Weiterentwicklung ihrer Services. Als 2018 ein Gesetzentwurf für bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung (BNK) der Beleuchtung von Windkraftanlagen in den Entwurf ging, begannen die Techniker und Ingenieure der Deutschen Windtechnik Steuerung mit der Entwicklung einer Lösung, um das rote Blinken der Anlagen nur bei Bedarf einzuschalten. Damals gab es nämlich noch kein fertiges Industrieprodukt, dass den hohen Sicherheitsanforderungen des Gesetzgebers gerecht wurde.
Einfach ausschalten ist hier natürlich nicht die Lösung, schließlich erfüllt die Beleuchtung eine sicherheitsrelevante Funktion. Sie warnen sich nähernde Flugobjekte vor den Windenergieanlagen. Die Lösung muss also den Luftraum überwachen und ein Signal abgeben, um die Nachkennzeichnung aufleuchten zu lassen, sobald sich Hubschrauber, Flugzeuge und Co. in einem Radius von vier Kilometern nähern. BNK umsetzen müssen Betreiber von Windkraftanlagen verpflichtend bis 31. Dezember 2022 an Land und bis zum 31. Dezember 2023 auf See. Das Gesetz gilt für Windräder ab einer Höhe von 100 Metern. Davon betroffen sind damit die Mehrheit der Windräder in Deutschland.
Deutsche Windtechnik Steuerung setzt auf WAGO
Aktuell gibt es nur eine Handvoll Lösungen, um BNK umsetzten. Drei Anbieter setzen auf WAGO – darunter die Deutsche Windtechnik Steuerung. Sie haben eine sogenannte BNK-Box entwickelt, die Betreiber von Windenergieanlagen nachrüsten können.
„Bei der Entwicklung unserer BNK-Box mussten wir einige Herausforderungen lösen. Sie war kein Selbstläufer“, erinnert sich Karl Keusgen, Geschäftsführer der Deutschen Windtechnik Steuerung. „BNK stellt einen Eingriff in die Sicherheit des Luftfahrtverkehrs da. Wir mussten viele Nachweise erbringen. Dabei ging es zum Beispiel darum, dass die Leuchten in einem gewissen Zeitraum aufleuchten können müssen – das muss sichergestellt sein. Eine andere Herausforderung waren die Vielfalt an Windkraftanlagen und geographische Herausforderungen wie Berge und Täler“, führt der Experte weiter aus.
Die Lösung der Deutschen Windtechnik Steuerung sieht ein unabhängiges, transponderbasiertes System vor, das in bestehende Anlagen integriert werden kann. Dabei gibt es verschiedene Konfigurationsstufen. Die Komplettlösung stattet den gesamten Windpark aus. Ein Transponderempfänger dient als Master-Box, die zentral im Windpark installiert und von der Deutschen Windtechnik Steuerung betrieben wird. Jedes einzelne Windrad erhält eine BNK-Box – eine Slave-Box, über die sich die Nachtkennzeichnungsanlage steuern lässt. Installiert wird die Box im Maschinenhaus der Anlage.
Ab Januar 2023 müssen Windkraftanlagen mit einem System zur bedarfsgerechten Nachtkennzeichnung ausgestattet sein, um Lichtverschmutzung zu reduzieren.
Foto: Udo Hallstein/vor-ort-foto.de
Unabhängiges BNK-System
Die Kommunikation der Boxen erfolgt über eine lokale, eigens entwickelte Funklösung der Deutsche Windtechnik Steuerung, die unabhängig von der anderen Infrastruktur, der Windparkgrenzen und der Anlagentechnologie ist. Ein Transponderempfangsmodul überwacht den Luftraum und generiert Schaltsignale für die Beleuchtung des Windrads. Es erfasst Flugobjekte in einem Umkreis von zehn Kilometern mit einer Flughöhe von 600 Metern oder weniger. Haben sie einen Radius von vier Kilometern um den Windpark erreicht, gibt das Modul ein Signal weiter und die Windräder beginnen rot aufzublinken. Pro Transponder können 63 Slave-Boxen installiert werden.
Alle fünf Millisekunden sendet der Transponderempfänger ein Signal an die BNK-Boxen. Erhalten diese 20 Millisekunden lang kein Signal, geht das Licht der Nachtkennzeichnung aus Sicherheitsgründen automatisch an. Das Gleiche passiert, wenn ein Fehler in der Transponderbox auftreten sollte. In diesem Fall leuchten alle an die Transponderbox angeschlossenen Windenergieanlagen auf. Liegt ein Fehler in der BNK-Box vor, blinkt nur das betroffene Windrad. Somit sind die Leuchten nur ausgeschaltet, wenn alles hundertprozentig funktionsfähig ist und sich kein Flugobjekt nähert.
Karl Keusgen, Geschäftsführer Deutsche Windtechnik Steuerung
WAGO Relais für mehr Sicherheit
Eine wichtige Rolle bei der Weitergabe des Signals spielt das Relais mit Push-in CAGE CLAMP® von WAGO (Bestellnr. 857-304). Die Deutsche Windtechnik Steuerung hat in den Slave-Boxen drei und in der Master-Box vier der WAGO Relais verbaut. Ein Relais in jeder Box sorgt dafür, dass Licht ein- und auszuschalten. Das zweite Relais erfüllt eine Testfunktion und das dritte Relais gibt Rückmeldung, ob die Box funktionsfähig ist oder ob ein Fehler vorliegt. Das vierte Relais in der Master-Box ist für eine externe Aktivierung des Lichtsignals notwendig, denn nicht alle Flugobjekte geben ein Signal ab, dass bei der Überwachung des Luftraums erfasst wird. Dazu gehören unter anderem Bundeswehrflugzeuge, die die Nachtkennzeichnung des Windparks dank eines vierten Relais eigenständig betätigen können.
„Das hätten wir auch mit einer Software lösen können. Ein Relais vereinfacht den Vorgang allerdings und sorgt für eine höhere Sicherheit“, erklärt Ragnar Duborg, Vertriebsbüro Hamburg, den Hintergrund für den Einsatz eines vierten Relais. Nach rund einem Jahr konzeptioneller Arbeit und anschließender Entwicklung hat die Deutsche Windtechnik Steuerung 2020 die Zulassung für ihre BNK-Lösung erhalten. „Wichtig für die Zulassung war, dass unsere BNK-Box jedes Flugobjekt erkennt“, so Ploog. „Wir haben eine vielschichtige Software für jede Gegebenheit entwickelt“, ergänzt Karl Keusgen.
Um Signale zuverlässig weiterzugeben, hat sich die Deutsche Windtechnik Steuerung für Relais von WAGO entschieden.
Foto: Tim Riediger/vor-ort-foto.de
Einfache Montage dank Klemmsystem
Die Deutsche Windtechnik Steuerung entwickelt ihre BNK-Box laufend weiter, da in den europäischen Nachbarländern Niederlande, Österreich und Frankreich auch eine bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung im Gespräch ist. „Andere Länder haben allerdings andere Vorgaben und Richtlinien, sodass wir am Ball bleiben“, erklärt Karl Keusgen. In der Entwicklung ist außerdem ein Kundenportal für die Betreiber der Windenergieanlagen.
Zwischen WAGO und der Deutsche Windtechnik Steuerung besteht eine mehrjährige Partnerschaft, sodass es nahe lag, ein Relais von WAGO für die Steuerung des Lichtsignals zu wählen. „Die Bauform hat uns zugesagt. Durch das Klemmsystem geht die Montage einfach und schnell, was wiederum Zeit und damit auch Kosten spart. Wir sind mit dem Relais rundum zufrieden“, so Keusgen.Das einheitliche Beschriftungssystem auf den Relaismodulen sorgt zudem für einen guten Überblick. Und sollte der elektromechanische Kontakt einmal sein Lebensdauerende erreicht haben, wird das steckbare Elementarrelais einfach bei einer Wartung ausgetauscht – ganz ohne Eingriff in die Verdrahtung – Plug-and-play eben.
„Wir fühlen uns gut betreut durch WAGO und gehen Hand in Hand“, beschreibt Björn Ploog die Zusammenarbeit zwischen WAGO und der Deutsche Windtechnik Steuerung. Neben dem Relais mit der Bestellnr. 857-304 nutzt das Unternehmen die mit 4,2 mm besonders schlanken Reihenklemmen der Serie 2001. Designt hat Björn Ploog die Hutschiene mit den Reihenklemmen mit dem WAGO Konfigurator Smart Designer. Die Hutschiene mit den Reihenklemmen hat er dann fertig konfiguriert erhalten. Bei einer erneuten CE-Prüfung erwägt die Deutsche Windtechnik Steuerung zusätzlich zum Relais (Bestellnr. 857-304) und den Reihenklemmen der Serie 2001 ein WAGO Netzteil zu wählen.
Ragnar Duborg, Vertriebsbüro Hamburg
