Vergleich der Einstrahlungsvariabilität aus Datenquellen mit unterschiedlicher raum-zeitlicher Auflösung (Wettermodell, Satellit, Kameranetzwerk)

Abstract

Die durch wechselnde Bewölkung induzierte Variabilität der solaren Einstrahlung lässt sich mit Einstrahlungssensoren sehr gut erfassen. Bekannt ist auch, dass durch zeitliche und räumliche Mittelung diese Variabilität in Abhängigkeit der vorherrschenden Bewölkung abnimmt. Übertragen auf PV-Systeme entspricht dies der Betrachtung des Energieertrags über einen bestimmten Zeitraum oder der Ausdehnung eines Solarkraftwerks bzw. der Aggregierung mehrerer verteilter Systeme. Sind keine Daten von Einstrahlungssensoren am Standort vorhanden wird häufig auf Satelliten- (z.B. Heliosat3, CAMS) oder Modelldaten (Wetterprognose oder Reanalysen) zurückgegriffen. Von diesen Datensätzen wissen wir aber, dass Sie zwar eine große räumliche Abdeckung haben, durch die endliche Auflösung allerdings immer ein zeitliches bzw. räumliches Mittel darstellen. Daher ist davon auszugehen, dass aus diesen Datensätzen abgeleitete Einstrahlungsfelder oder Zeitreihen immer eine reduzierte Variabilität liefern. Die in den letzten Jahren aufkommenden All-Sky Imager (Wolkenkameras) erfassen am Standort der Kamera den gesamten Himmel. Damit können sie im Vergleich zu den vorhergenannten Datenquellen mit einer sehr hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung Wolkendetails erfassen. Dies erlaubt nicht nur ein präziseres lokales Nowcasting von Variabilität und Rampen, sondern auch die allg. Untersuchung von Eigenschaften der raumzeitlichen Einstrahlungsvariabilität. Das Institut für Vernetzte Energiesysteme des DLR betreibt das Kameramessnetz Eye2Sky zur Wolkenbeobachtung und Vorhersage der Solarstrahlung im Raum Weser-Ems und mit speziellem Fokus auf die Stadt Oldenburg. Das Netzwerk an Kameras erlaubt durch Überlappung und Redundanz eine höhere Qualität der abgeleiteten Einstrahlungsdaten sowie eine größere geographische Abdeckung im Vergleich zu einzelnen Kamerasystemen. In diesem Vortrag zeigen wir Ergebnisse aus aktuellen Forschungsarbeiten zur raumzeitlichen Variabilität der solaren Einstrahlung. Dazu werden Indizes zur Quantifizierung der Variabilität auf gleich großen Kartenausschnitten der verschiedenen Datenquellen berechnet. Dabei wird auch der Effekt von raumzeitlicher Mittelung auf die Indizes untersucht. Hier konnten wir unter anderem feststellen ob und in welchem Maße weniger fein aufgelöste Datenquellen mit Informationsverlusten behaftet sind. Dies ist im Besonderen in Situationen mit kleinskaliger konvektiver Bewölkung zu erwarten, die für räumlich und zeitlich hochfrequente Strahlungsfluktuationen verantwortlich ist. Wir benutzen die folgenden Datensätze - Bodenmessungen von 4 Messtationen im Stadtgebiet Oldenburg (Minuten-mittel) - Karten der Globalstrahlung (GHI) abgeleitet aus dem Eye2Sky Netzwerk (17 Kameras) mit 30 Sekunden zeitlicher und 50 Meter räumlicher Auflösung - Karten der Globalstrahlung (GHI) mit der Heliosat3-Methode abgeleitet aus MSG-Satellitenbildern mit 15 Minuten zeitlicher und ~2 Kilometer räumlicher Auflösung - Karten der Globalstrahlung (GHI) aus dem deutschen Wettermodell ICON-D2 mit 15 Minuten zeitlicher (gemittelt) und ~2,2 Kilometer räumlicher Auflösung