Doppel-Lidar auf hoher See: Fraunhofer IWES erprobt neue Windmessboje

Das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES erprobt erstmals zwei unterschiedliche Profiling-Lidar-Systeme parallel auf einer eigenen Wind-Lidar-Boje. Seit April 2026 sind ein „BEAM6x WindPower“ von Lumibird und ein „WindCube 2.1 XP“ von Vaisala in der Nordsee im Einsatz. Beide Geräte erfassen zeitgleich Winddaten unter identischen Offshore-Bedingungen. Mit dem Projekt wollen die Forschenden prüfen, wie gut sich die Systeme der nächsten Generation für schwimmende Messplattformen eignen. Gleichzeitig wollen sie neue Messkonzepte untersuchen.

Die Arbeiten sind Teil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekts „Wind-Lidar-Boje NG“. Im Mittelpunkt stehen die Validierung der Geräte, ihre Einbindung in das Energiesystem der Boje und ihr Verhalten in maritimer Umgebung. Die Daten werden mit Messungen eines IEC-Messmasts sowie mit kalibrierten Lidars auf der Forschungsplattform FINO3 verglichen. Auf diese Weise können die Forschenden die Leistung der beiden Systeme unter den selben Einsatzbedingungen bewerten.

Für die Offshore-Windindustrie sind verlässliche Winddaten eine zentrale Voraussetzung für Planung und Wirtschaftlichkeit neuer Projekte. Vor der Errichtung eines Windparks dienen Messungen dazu, das Windpotenzial eines Standorts genau zu bestimmen. Gleichzeitig steigen der Zeit- und Kostendruck. Europa will bis spätestens 2050 klimaneutral werden. Expertinnen und Experten schätzen, dass dafür ein jährlicher Zubau von bis zu 7 GW Offshore-Windleistung erforderlich ist.

Wind-Lidar-Bojen mit zahlreichen Vorteilen

Wind-Lidar-Bojen haben sich gegenüber Messmasten durchgesetzt. Sie sind flexibler, kostengünstiger und decken größere Messhöhen ab. Allerdings erreicht bislang kein Floating-Lidar-System die für Industrie und Banken wichtige Bewertungsstufe „commercial stage“. Die erste Systemgeneration sollte vor allem die grundsätzliche Machbarkeit schwimmender Lidar-Messungen belegen. Für hohe Datenverfügbarkeit und langfristige Zuverlässigkeit war sie noch nicht ausgelegt.

Hier setzt „Wind-Lidar-Boje NG“ an. Das Fraunhofer IWES entwickelt ein Floating-Lidar-System, das den Anforderungen der Offshore-Windindustrie entsprechen soll. Vorgesehen ist eine Datenverfügbarkeit von 95 % über den gesamten Messzeitraum. Darüber hinaus soll sich das System einfach warten und reparieren lassen. Darüber hinaus sollen eine schnelle Installation und Deinstallation, eine robuste Energieversorgung sowie eine intelligente, anpassbare Steuerung und Fernüberwachung für das System sprechen.

Höhere Datenverfügbarkeit und Redundanz

Im aktuellen Projekt untersuchen die Forschenden auch den Nutzen einer Dual-Lidar-Konfiguration. Zwei parallel arbeitende Systeme lassen sich redundant betreiben, um die Datenverfügbarkeit zu erhöhen, oder mit verschiedenen Messkonfigurationen einsetzen, um komplementäre Datensätze zu gewinnen.
„Das Dual-Lidar-Konzept bietet mehrere Vorteile für Offshore-Windmessungen“, sagt Stephan Stone, Gruppenleiter Windmesssysteme am Fraunhofer IWES. Zwei Systeme könnten entweder die Datenverfügbarkeit durch Redundanz erhöhen oder mit unterschiedlichen Messkonfigurationen komplementäre Datensätze erfassen.

Für den Einsatz auf der Boje wurden beide Systeme in getrennten Schutzgehäusen untergebracht. Sie sind auf einer gemeinsamen Tragkonstruktion montiert, die das Fraunhofer IWES für seine Wind-Lidar-Bojen entwickelt hat. Der modulare Aufbau soll die Instrumente vor Wellenschlag und die korrosiven Bedingungen auf hoher See schützen. Dabei können handelsübliche Geräte zum Einsatz kommen, ohne dass die Hersteller sie eigens für den Offshore-Betrieb anpassen müssen.

Welle neuer Erfindungen in Sicht?

Lumibird hat sich zum Ziel gesetzt, Entwicklern von Offshore-Windparks hochwertige Daten mit hoher Verfügbarkeit und geringer Messunsicherheit bereitzustellen. Zudem sollen präzise Bewertungen der Turbulenzintensität möglich werden. Das „BEAM6x WindPower“ arbeitet mit einer Sechs-Strahl-Konfiguration für verbesserte Messungen der Turbulenzintensität. Hinzu kommen konfigurierbare Line-of-Sight-Akkumulationszeiten bis hinunter zu 100 ms und ein hochauflösendes Range Gating mit bis zu 380 Messfenstern. Alexandre Biasi, Business Development Manager bei Lumibird, bezeichnet das Vorhaben als wegweisend. Das Fraunhofer IWES könne die erweiterten Möglichkeiten des Systems mit seiner Expertise umfassend nutzen. Auch Vaisala sieht Potenzial für weitere Entwicklungen. „Ich erwarte eine Welle neuer Erfindungen auf der Grundlage der Daten dieser Boje“, sagt Andrew Black, Senior Scientist bei Vaisala.

Neben der Gerätevalidierung und der Erprobung des Doppelgehäuse-Konzepts untersucht das Fraunhofer IWES seine hochfrequenten, deterministischen Verfahren zur Bewegungskompensation. Schwimmende Messsysteme sind dem Seegang und damit ständigen Bewegungen ausgesetzt. Diese Einflüsse müssen bei der Auswertung berücksichtigt werden. Die Forschungen sollen dazu beitragen, die Verfahren weiterzuentwickeln und insbesondere die Bestimmung der Turbulenzintensität zu verbessern.