Fraunhofer ISE
Solarenergie und der Einfluss von Wolken

23.10.2018 Die Erzeugung von Photovoltaikstrom unterliegt wetterbedingten Schwankungen, deren genaue Vorhersage eine große Herausforderung für den Betrieb der Stromnetze darstellt.

Messgeräte an deutschen Photovoltaik-Anlagen können auch für Wetter- und Solarleistungsprognosen genutzt werden.
© Foto: Hochschule Bonn-Rhein-Sieg/Christopher Schirrmeister
Messgeräte an deutschen Photovoltaik-Anlagen können auch für Wetter- und Solarleistungsprognosen genutzt werden.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erforscht daher gemeinsam mit Partnern im Verbundprojekt »MetPVNet« die Auswirkungen von Wolken auf die Sonneneinstrahlung und die Stromproduktion von Photovoltaikanlagen. Im September fand dazu eine Messkampagne an mehreren Standorten im Allgäu statt. Ziel ist die Entwicklung von neuen energiemeteorologischen Methoden und Computermodellen, die eine bessere Vorhersage der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen in das Stromnetz erlauben. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt mit rund zwei Millionen Euro.

Der steigende Anteil der dezentralen Einspeisung von Strom aus PV-Anlagen erfordert eine effektivere Anpassung des Managements der Stromnetze an die Wetterabhängigkeit bei der Stromeinspeisung. Mit verbesserten Vorhersagen von wetterbedingten Schwankungen bei der Stromproduktion einzelner Anlagen ließe sich der Ausbau besser planen und der Betrieb könnte optimiert werden.

Interdisziplinäre Forschung

Im dem disziplinübergreifenden Forschungsprojekt arbeiten Expertinnen und Experten für Atmosphärenforschung und erneuerbare Energien zusammen. Mit der Messkampagne im Allgäu wollen die Projektpartner die Basis für die Modellierung zweier wichtiger Prozesse schaffen: zum einen die natürliche Einstrahlung des Sonnenlichts in Abhängigkeit von der Wettersituation und andererseits die Stromerzeugung je nach technischen Werten der Anlage.

Dazu wurden zwei umfangreiche Messstationen auf dem Dach der Hochschule Kempten sowie in einem südlich gelegenen Photovoltaik-Park errichtet, ergänzt durch rund 20 weitere kleinere Stationen in und um Kempten. Zum Einsatz kamen u.a. ein Spektrometer zur Strahlungsmessung, eine Wolkenkamera und ein Solar-Tracker, der sich nach der Sonne ausrichtet und unterschiedliche Vergleichsmessungen vornimmt. So können die Energieausbeute bei bewölktem Himmel und bei voller Sonneneinstrahlung bestimmt und mit Hilfe von Strahlungsübertragungsrechnungen Rückschlüsse gezogen werden, wie stark beispielsweise Aerosolpartikel und Wolken in der Luft die Sonnenenergie dämpfen.

Ausrüstung mit Messgeräten

Das Fraunhofer ISE unterstützte die Messkampagne mit eigenen Sensoren, entwickelt im Projekt aber vornehmlich zwei Modelle, mit denen PV-Anlagen zukünftig als Sensor für die eintreffende Solarstrahlung eingesetzt werden können. „Die inzwischen mehr als 1,7 Millionen PV-Anlagen in Deutschland werden immer häufiger mit Messgeräten ausgerüstet, die es erlauben, ihre Stromerzeugung in Echtzeit zu verfolgen. Gelingt es uns, diese Messungen als Indikator für die solare Strahlung im Projekt zu nutzen, können wir das sehr dünne Netz an Wetterstationen erheblich erweitern und mittelfristig Wetterprognosen für "den Fußgänger" oder die solare Stromerzeugung verbessern“, erklärt Dr. Sven Killinger, Senior Scientist am Fraunhofer ISE. Durch die hohe Anzahl von Messgeräten an PV-Anlagen kann der Einfluss der Bewölkung zeitlich und räumlich hochaufgelöst erfasst werden.

www.ise.fraunhofer.de

 

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