Energiemeteorologie

Solarenergie

Die aktuelle Solarenergieforschung konzentriert sich auf die Verbesserung und Beschleunigung von Verfahren zur Ermittlung der Einstrahlungverhältnisse am Erdboden aus Satellitendaten. Deren Abhängigkeit vom Zustand der Atmosphäre und seiner Dynamik, vor allem in Bezug auf Wasserdampf- und Aerosolgehalt, stellen einen wichtigen Schwerpunkt der Forschung dar. Ein eigenständiges Forschungsgebiet sind Wolken, ihre Einfluß auf Einstrahlungsverhältnisse und ihre Dynamik.
Die Ableitung "nützlicher" Informationen aus den berechneten Einstrahlungsdaten macht den anwendungsorientierten Charakter der Bemühungen im Bereich Energiemeteorologie deutlich. Neben der Erstellung von Globalstrahlungskarten sind dies die Ableitung von Tageslichtdaten und die Richtungs- und Wellenlängenauflösung beider.
Schließlich werden die gewonnenen Informationen verwendet, um die zukünftige Entwicklung der Einstrahlungsverhältnisse im Bereich von einigen Stunden vorherzusagen. Auch hier steht der Bedarf im Vordergrund, denn die Ermittlung der zu erwartenden Energie, die aus photovoltaischen Kraftwerken eingespeist wird, stellt eine wichtige Information zur Stabilisierung des Betriebs für die Betreiber und Entwickler von Energieversorgungsstrukturen dar.

radiation map
Karte der mittleren Tagessumme der globalen Einstrahlung für Europa (April 1995)


Verbesserung der Methoden zur Ableitung der Bodeneinstrahlung

Die Berechnung der Bodeneinstrahlung aus Satellitendaten mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung stellt ein so aufwendiges Problem dar, daß sich zunächst nur statistische Methoden zur Analyse eignen. Deren Qualität durch die Aufnahme einer immer größeren Zahl von Meßdaten über den Zustand der Atmosphäre zu verbessern, bildet einen wesentlichen Forschungsschwerpunkt im Bereich Sonnenenergiemeteorologie.

  • Statistische Methoden: Die Entwicklung und Optimierung der sogenannten Heliosat-Methode stellt und stellte die Grundlage der bereits vorhandenen und betriebenen Datenverarbeitungsalgorithmen dar.

  • Physikalische Modelle: Die Berechnung und Parametrisierbarkeit des Strahlungstransports durch die Atmosphäre wird mit Hilfe von herkömmlichen Strahlungstransportprogrammen (6S, SBDART, LibRadtran) untersucht. Die Aufnahme von Informationen über den Zustand und die Zusammensetzung der Atmosphäre in Verfahren zur Verarbeitung von Satellitendaten stellt eine wichtige Neuentwicklung dar. EU-Projekt: Heliosat-3

Strahlungsdaten für Solarenergieanwendungen

Die Ermittlung von jährlichen Einstrahlungsmengen mit hoher räumlicher Auflösung für große Gebiete - hier meist Europa - stellt den Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen dar. Sie können einerseits für klimatologische Untersuchungen und andererseits zur Standortanalyse herangezogen werden. Solche Standortanalysen können über die Installation von Solaranlagen zu entscheiden, die Auslegung solcher Anlagen mitbestimmen oder auch zur Qualitätsprüfung bereits vorhandener Anlagen dienen.

  • EU-Projekt Satel-Light: Europäische Databasis für Tageslicht und Sonneneinstrahlung

  • EU-Projekt PV-SAT: Fernerkundungsprüfung von netzgekoppelten PV-Systemen mit Hilfe von Satellitendaten

Kurzzeitvorhersage der solaren Einstrahlung

Zur Vorhersage der solaren Einstahlungsverhältnisse für einige Stunden muß aus den Veränderungen von Satellitendaten in der Vergangenheit auf solche der Zukunft geschlossen werden. Wegen der komplexen Zusammenhänge in der Atmosphäre einerseits und der nötigen Schnelligkeit der zu entwickelnden Verfahren andererseits werden verschiedene Strategien verfolgt:

  • Festlegung von Bewegungsvektorfeldern mit statistischen Verfahren

  • Datenuntersuchung mit dem "Principal Component Analysis" (PCA) - Verfahren

  • Neuronale Netze

Strukturanalyse von Satellitenbildern

Ein häufig auftauchendes Problem in der Energiemeteorologie ist die Klassifikation von typischen und wiederkehrenden Atmosphärenzuständen. Die Ermittlung klassifizierender Merkmale aus Satellitendaten mit raumzeitlicher Auflösung würde erheblich zur Verbesserung bestehender Verfahren beitragen.