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Messkampagne 2018

Messgeräte an deutschen Photovoltaik-Anlagen können auch für Wetter- und Solarleistungsprognosen genutzt werden. Foto: H-BRS

Die Erzeugung von Photovoltaikstrom unterliegt wetterbedingten Schwankungen. An insgesamt 20 Standorten im Großraum Kempten wurden im Rahmen einer Messkampagne im Herbst 2018 erfolgreich Messungen zur Photovoltaik-Leistung durchgeführt. Dabei sollte untersucht werden, inwieweit die am Boden mit Pyranometern gemessenen und die aus Satellitendaten und Wettermodellen bestimmte Globalstrahlung sich in der erzielten PV-Leistung von Referenzanlagen widerspiegelt.

Insgesamt verlief die Messkampagne an allen Standorten sehr erfolgreich. Es kam nur zu wenigen Ausfällen, so dass eine hohe Qualität der Daten und eine gute Verwertbarkeit gewährleistet ist. Während der Kampagne wurden alle Geräte regelmäßig geprüft und gewartet. Die Standorte erstreckten sich über einen Großteil des Versorgungsgebiets der Allgäuer Überlandwerke im Großraum Kempten, um großskalige meteorologische Effekte untersuchen zu können.

Kampagnengebiet

Standorte der Masterstationen (MS) und PV-Anlagen (PV) im Großraum Kempten im Allgäu. Grafik: H-BRS (Karte: OpenStreetMap).

Die Verteilung der ca. 20 Messplätze erstreckt sich über den Großraum Kempten und deckt somit einen Großteil des Versorgungsgebiets der Allgäuer Überlandwerke ab. Die Standorte wurden so gewählt, dass die betrachteten PV-Anlagen nach Möglichkeit keinen negativen äußeren Einflüssen (Verschattungen, Reflektionen) unterliegen, bereits über eine Leistungsmessung verfügen und eine bodengebundene Globalstrahlungsmessung möglich ist.

Außerdem wurde die Verteilung so gewählt, dass ein möglichst großes Gebiet abgedeckt wird, um großskalige meteorologische Effekte untersuchen zu können. Punktuell wurden zudem mehrere Standorte kleinskalig verteilt um dort die Variabilität innerhalb dieser kleinen räumlichen Auflösung betrachten zu können.

Ein Großteil der Messungen an der Masterstation 1 wird bis zum Ende der nächsten Kampagne weiter durchgeführt. Auch an der Masterstation 2 sind weiterhin Globalstrahlungssensoren bis zum Ende der Messkampagne 2019 im Einsatz.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

MetPVNet-Konsortialtreffen 2018. Foto: E. Tritschler, H-BRS

In dem disziplinübergreifenden Forschungsprojekt arbeiten Expertinnen und Experten aus der Atmosphärenforschung und dem Themenfeld Erneuerbaren Energien zusammen. Mit der aktuellen Messkampagne im Allgäu schaffen Projektpartner die Basis, um zwei wichtige Prozesse besser zu modellieren: zum einen die natürliche Einstrahlung des Sonnenlichts in Abhängigkeit von der Wettersituation und anderseits die Stromerzeugung je nach technischen Werten der Anlage.

Die Messkampagne basierte auf der Durchführung von Einstrahlungs- und Leistungsmessungen sowie dem Betrieb von sogenannten Masterstationen an zwei weiteren Standorten, an denen umfangreicheres Messequipment installiert wurde. Mit diesem zusätzlichen Messequipment wurde die Zusammensetzung der Solarstrahlung (diffus, global, direkt und spektral) untersucht und die Bewölkungssituation und die Aerosolinformationen erfasst. Bei ausgewählten PV-Anlagen wurden außerdem weitere Messparameter wie z.B. die Windgeschwindigkeit und die Rückseitentemperatur der Solarmodule aufgezeichnet.

Eingesetzte Messgeräte an den ca. 20 PV-Anlagen-Standorten:

  • An jeder Anlage wurde die Globalstrahlung in horizontaler Ebene und in der Analgenebene gemessen, sowie die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit. Hierfür kamen Pyranometer-Einheiten des TROPOS Instituts zum Einsatz.
  • 5 der Standorte wurden mit einer hochaufgelösten Leistungsmessung versehen.
  • 3 der Standorte wurden mit Temperatursensoren zur Messung der PV-Modulrückseitentemperatur versehen.
  • An 2 Standorten hat die LMU Windmessmasten zur Erfassung der anlagennahen Windsituation aufgestellt.
  • An einem Großteil der Standorte kann auf eine bereits existierende Leistungsmessung zurückgegriffen werden.

Messgeräte an den Masterstationen:

Zusätzlich zu den ca. 20 Anlagenstandorten wurden an zwei Standorten sogenannte Masterstationen aufgebaut, an denen umfangreicheres Messequipment zum Einsatz kam. Die zum Labor für Solarenergie gehörende Dachfläche der Hochschule Kempten wurde im Herbst 2018 für Messinstrumente u. a. zur spektralen Analyse von Sonnenlicht, zur Erfassung des Wolken-Bedeckungsgrades und zur Aufzeichnung meteorologischer Daten genutzt. In einem PV-Park südlich von Kempten waren ein Sun-Tracker, ein Spektrometer (350-1700nm), eine Wolkenkamera und vier Pyranometer-Einheiten stationiert.

Sun-Tracker, ©Elena Schulz, H-BRS
Spektrometer, ©Elena Schulz, H-BRS
Wolkenkamera, ©Elena Schulz, H-BRS
Pyranometer-Einheit, ©Patric Seifert, TROPOS