Solarenergie
Sonnenstrahlung ist die Energiequelle von Solarkraftwerken. Ihre effiziente Nutzung erfordert eine detaillierte Abschätzung der variierenden solaren Strahlungsressourcen. Für die kurzfristige Steuerung von Solaranlagen werden minütliche Vorhersagen, für ihre Optimierung stündliche Zeitreihen benötigt. Die Analyse vieler Jahre umfassender Zeitreihen in hoher Auflösung ist notwendig, um Aussagen über die langjährige Sicherheit der solaren Erträge zu geben. Am Institut für Physik der Atmosphäre wenden wir unser Know-How in der Erdbeobachtung und im Strahlungstransport auf diese Fragestellungen an.
Strahlungstransport
Die Circumsolarstrahlung ist die Direktstrahlung, die in einen kleinen Bereich um die Sonne von dünnen Eiswolken und Aerosol gestreut wird. Sie wird von Pyrheliometern gemessen, aber konzentrierende Solarkraftwerke können nur einen gewissen Anteil davon nutzen. Ihre Kenntnis ist wichtig für eine genaue Berechnung der zu erwartenden Ausbeute der Anlagen und für deren effizienten Betrieb. Ihre Intensität wird von den optischen Eigenschaften von Aerosol und dünnen Eiswolken bestimmt.
Vorhersage
Für die Optimierung des Betriebs von konzentrierenden Solarkraftwerken, aber auch für eine effiziente Stromeinspeisung durch photovoltaische Anlagen müssen vor allem Schwankungen der direkten bzw. globalen Solarstrahlung vorhergesagt werden. Wenige Minuten bis 1-2 Stunden sind hierbei gewünscht. Zu diesem Zweck haben wir unsere Kenntnisse zur Fernerkundung wolkenphysikalischer Eigenschaften mit einem Algorithmus zur Wolkenvorhersage mithilfe der Meteosat-Satelliten der zweiten Generation (MSG) verknüpft. Damit können wir nicht nur die Lage, sondern auch die Eigenschaften der Wolken vorhersagen, um daraus die Bestrahlung am Boden bestimmen zu können.
Klimatologie
Für die Planung und Optimierung von Solarkraftwerken werden räumlich und zeitlich hochaufgelöste Daten benötigt. Der SOLEMI-Dienst (Solar Energy Mining) basiert auf Daten der Meteosat-Satelliten und mit seiner Auflösung von 2.5 km und 30 Minuten erfüllt er bestens diesen Zweck. Das SOLEMI-Gebiet umschließt Europa, Afrika, den östlichen Teil Brasiliens, das westliche und südliche Asien sowie Teile Australiens. Für Europa, Afrika und Südamerika stehen Daten ab 1991 bis heute zur Verfügung, für die anderen Kontinente nur im Zeitraum 1999-2006.
DLR-ISIS (Irradiance at the Surface Derived from ISCCP Cloud Data) ist der erste Langzeitdatensatz (1984-2004) der direkten und globalen solaren Bestrahlungsstärke. Die lange Zeitreihe von 21 Jahren erlaubt die Ableitung verlässlicher Langzeitmittelwerte, die Bestimmung der Variabilität der Bestrahlungsstärke von Jahr zu Jahr, sowie den Einfluss extremer Ereignisse wie zum Beispiel Vulkanausbrüche auf das Strahlungsangebot am Boden. DLR-ISIS wird benutzt, um die jährliche Einstrahlung sowie die Variabilität von Jahr zu Jahr für potentielle Solarkraftwerksstandorte zu bestimmen.