Wegen ihrer Höhe sind Windenergieanlagen ein häufiges Ziel für Blitze: Experten zufolge ist jede Anlage einmal jährlich betroffen. Bei einem defekten Blitzschutz drohen massive Schäden: Die elektrischen Steuersysteme können durch die Überladung beschädigt werden, Rotorblätter können abknicken, im schlimmsten Fall fängt die Anlage Feuer. Vor allem die Versicherer fordern deswegen die regelmäßige Prüfung des Blitzschutzes. Zum äußeren Blitzschutzsystem gehört die Fangeinrichtung an den Spitzen der Rotorblätter, die verhindert, dass beim Einschlag Schäden am Rotorblatt entstehen. Weiterhin gehören dazu die Ableitungen, die Erdungsanlage und die anlagenspezifischen Metallteile.

Bisher aufwändige Fehlersuche: Mit der Endoskopie-Kamera im Rotorblatt

Derzeit prüfen professionelle Industriekletterer den Blitzschutz durch Messung des niederohmigen Strom-Widerstands zwischen den Fangeinrichtungen in den Rotorblättern und der Erdanschlussfahne im Turmfuß. Neben deren begrenzter Verfügbarkeit sind die größten Herausforderungen die Höhe moderner On- und Offshore-Windkraftanlagen sowie die
Länge der Rotorblätter: Die zur Prüfung erforderlichen Kabel müssen oft bis zu 100 Meter lang sein. Mit der aufwändigen Feststellung eines Schadens ist es aber keineswegs
getan: Zusätzlich muss der Leiterbruch im Rotorblatt lokalisiert werden. Die Gutachter müssen dafür Löcher in die Struktur bohren und den Blitzableiter mit einer Endoskopie-Kamera untersuchen, um die Lokalisierung der Unterbrechung zwischen der Blattspitze und der Blattwurzel auf der gesamten Länge zu finden.

Berührungslose und autonome drohnengestützte Blitzschutzmessung

Komplett neu ist das Verfahren, die Prüfung des Blitzschutzes mit Hilfe einer autonom fliegenden Drohne komplett berührungslos durchzuführen und mit speziellen Sensoren den Defekt punktgenau zu lokalisieren. Ein speziell dafür entwickelter Signalgenerator speist dabei an der Wurzel des Rotorblatts verschiedene, aufeinander abgestimmte Hochfrequenzsignale in den Blitzableiter ein. Durch das patentierte Verfahren erzeugt dieser ein elektrisches Feld mit unterschiedlichen Frequenzen und sich anpassenden Impedanzwerten. Die verwendeten Frequenzen sind vonder BNetzA freigegeben.

Das Gegenstück bildet ein hochempfindlicher elektrischer 3D-Feldsensor, mit extrem niedriger Bandbreite und hoher Samplingrate, der in die autonom fliegenden Drohne integriert ist. Empfängt der Sensor kein Signal oder nur eine unzureichende Signalstärke an der Rotorblattspitze, so ist der Blitzableiter entlang des Rotorblatts beschädigt oder unterbrochen.

Die Drohne fliegt daraufhin in wenigen Minuten eigenständig das Rotorblatt ab und misst die Intensität des elektrischen Feldes. So findet sie vollautomatisiert die Stelle, an der das elektrische Feld abbricht: Damit ist die Beschädigung präzise lokalisiert!

Fazit

Konventionelle Methoden sind bei der Inspektion des Blitzschutzes schnell überfordert. Hier setzt das neue Verfahren an: Die berührungslose und
autonom ablaufende drohnengestützte Blitzschutzprüfung ist skalierbar, spart erheblich Zeit und liefert präzise Ergebnisse über die Funktionsfähigkeit und im Falle von Unterbrechungen deren exakte Positionen.