Banken und Investoren müssen vor der Inves-titionsentscheidung die zukünftigen Erträge der Anlagen kennen. Dazu werden Simulations-verfahren angewendet, welche neben der Systembeschreibung als wichtigste Eingangs-größe die örtliche Solarstrahlung benötigen.
Grundlage der Solarstrahlungsdaten sind lang-jährige Messreihen von Wetterstationen oder Satellitenbild-Archive. Je nach Anwendungsfall werden von den Simulationsprogrammen jähr-liche, mittlere Monatswerte oder sogar stünd-liche Messwerte verwendet. Bei der Auslegung von Wechselrichtern kommen in Sonderfällen sogar Strahlungswerte mit einer zeitlichen Auflösung von 1 Minute zur Anwendung.
a) Private Anlagen
Für private solarthermische Anlagen oder Solar-stromanlagen sind unterschiedliche Simula-tionsprogramme am Markt erhältlich. Diese Programme enthalten meist von mehreren Großstädten eines Landes fertige Wetterdaten-sätze mit langjährigen Monatsmittelwerten der Temperatur und der Solareinstrahlung. Daneben sind mittlerweile auch kostenlose Services zur Ertragsberechnung im Internet verfügbar.
Der Vorteil der Internetlösung, wie z. B. bei www.pv-calculator.de ist, dass hier die Solar-strahlungsdaten zu jeder einzelnen Postleitzahl hinterlegt sind.
In fünf einfachen Schritten kann sich auch der Laie einen sachlich fundierten Einblick in Kosten und Ertrag seiner individuellen Anlagenkonfigu-ration verschaffen. Nach der Auswahl der Eckwerte erfolgt die Berechnung auf einem zentralen Server. Die Ergebnisse werden in einem Kurzbericht per E-Mail zugestellt.
69 Abbildung 5
Lastbedarf einer Innenstadt auf-getragen über der Solarstrahlung (15 Minuten Werte, nur 15 Uhr eines Jahres)
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 [Wh/qm]
[kWh]
572 513 455 396 338 279 221
Sun 15:00
b) Standortsuche
Während der Privatinvestor die Anlage meist auf seinem eigenen Hausdach installiert, steht bei der professionellen Großanlage die Standort-suche an erster Stelle. Ein neuer Service unter-stützt die professionelle Standortsuche. Ist ein geeignetes Gebäude oder Grundstück identi-fiziert, können einfach per SMS die historischen Strahlungsdaten angefordert werden. In Deutschland reicht die Angabe der Postleitzahl.
Im Ausland werden die geografischen
Koordinaten, die heute aus jedem Navigations-gerät ablesbar sind, zur Standortbestimmung herangezogen. In wenigen Sekunden kommt dann eine kostenpflichtige SMS zurück, welche den langjährigen Mittelwert der Solarein-strahlung an diesem Standort bereitstellt.
c) Großanlagen
Nach der Standortauswahl erfolgt die Detail-planung. Sobald die Auswahl der Komponenten erfolgt ist, können die Ertragsgutachten erstellt werden. Bei Investitionssummen von mehreren Mio. Euro pro Standort fordern insbesondere die Banken ein unabhängiges Ertragsgutachten eines anerkannten Gutachters. Für diese Gutachten werden hochwertige Solarstrahlungs-daten verwendet. Die Daten müssen von den Gutachtern – insbesondere außerhalb Deutsch-lands – auf Plausibilität geprüft und oft auch mehrere unabhängige Strahlungsdatenarchive
herangezogen werden. Je nach Anwendungsfall sind langjährige Monatsmittelwerte (DWD 1981-2000) oder die einzelnen Monatsmittel-werte der letzten 12 Jahre (meteocontrol 1994-2006) ausreichend. Insbesondere bei nachgeführten Anlagen werden Stundenwerte der Direkt- und Diffusstrahlung eingesetzt.
Für die Banken und Investoren ist neben der Bestimmung des zukünftigen Ertrags als Grundlage für die Wirtschaftlichkeitsrechnung auch die Unsicherheit der Berechnung
entscheidend. Dabei sollte die Unsicherheit der Ertragsberechnung geringer als die angestrebte Rendite sein. Folgende Einflussgrößen wirken auf Ertragsberechnung ein:
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Abbildung 7 Freiland-Großanlage mit einachsiger Nachführung Abbildung 6
www.pv-calculator.de zur Berechnung des Ertrags von Solar-stromanlagen in Deutschland
• Solarstrahlungsdaten
• Lokale Umwelteinflüsse (Luftverschmutzung, Verschattung)
• Berechnung der Einstrahlung auf die geneigte Fläche
• Modul-Kennwerte und -simulationsmodelle
• Wechselrichter-Kennwerte und -simulations-modelle
• Verkabelung auf Gleich- und Wechselstrom-seite
• Verluste des Transformators bei Mittel-spannungsmessung
Der Wert der Jahressumme der Solareinstrahlung lässt sich mit einer Unsicherheit von 3 – 5 % bestimmen. Aufgrund der jährlichen Schwan-kungen der Einstrahlung geht auch der Umfang der Datenbasis in die Unsicherheit der Strah-lungsdaten ein. Um diese Unsicherheit zu bestimmen, werden für eine Region langjährige Zeitreihen (50 und mehr Jahre) auf die Streuung des Mittelwerts in Abhängigkeit des Mittelwert-bildungszeitraums untersucht. In Abb. 8und Abb. 9ist die Auswertung für die Standorte
Hohenpeißenberg (Deutschland) und Madrid (Spanien) dargestellt [3]. Auf der vertikalen Achse ist die Streuung der einzelnen Mittel-werte aufgetragen, auf der horizontalen Achse wurden die Beobachtungszeiträume für den Mittelwert von einem Jahr bis 20 Jahre variiert.
Die Auswertungen zeigen, dass die Variabilität der Einstrahlung am Standort Hohenpeißenberg deutlich größer als am Standort Madrid ist.
Dies wirkt sich direkt auf die Wirtschaftlichkeits-rechnung und die ausweisbare Rendite der Anlage aus, da für den Standort Hohenpeißen-berg die Unsicherheit der Ertragsberechnung insgesamt größer ist und damit auch mehr Sicherheitsabschläge in der Wirtschaftlichkeits-berechnung berücksichtigt werden müssen.
Neben der Bewertung der örtlichen Variabilität der Einstrahlung ist eine Bewertung der lokalen Umwelteinflüsse notwendig. Bisher wurden für Art und Anteil von Aerosolen in der Luft regio-nale statistische Daten verwendet. Mit Hilfe von Messwerten aus Umweltsatelliten lassen sich heute auch zeitlich und räumlich gegenüber der Statistik höher aufgelöste Werte in der Berech-nung der lokalen Einstrahlung heranziehen.
Die Unsicherheiten der Umrechnung der grund-sätzlich auf horizontaler Fläche gemessenen ein-gestrahlten Solarenergie in die geneigte Fläche liegen für optimale Neigungen im Bereich von 1 % bis 2 %. Für Anlagen mit nachgeführten Modulflächen sind die verwendeten Berech-nungswerkzeuge aber erst einmal auf Fehler zu prüfen, da hier einige Werkzeuge größere Feh-ler oder gänzlich unplausible Werte ausgegeben haben.
Mit dem Ziel einer weiteren Reduzierung der Unsicherheiten können bestimmte Umrech-nungsverfahren zur Strahlungsberechnung auf die geneigte Fläche an die örtliche Einstrahlungs-charakteristik angepasst werden. Die Justierung erfordert jedoch umfangreiche lokale Mess-daten und wird nur bei Projekten mit großem Investitionsvolumen und ausreichendem zeitlichen Vorlauf durchgeführt.
Ausschlaggebend für die Qualität jeder Ertrags-berechnung ist die Validierung der
Auslegungs-werkzeuge mit Messwerten realisierter Anlagen. 71 Abbildung 8
Variation des Beobachtungszei-traums der Solarein-strahlung von einem bis 20 Jahre über der Streuung der Mittel-werte in Prozent für den Standort Hohen-peißenberg. Die 10 Jahresmittelwerte der letzten 50 Jahre weisen eine Streuung von + 6,5 % bis - 4 % auf.
Abbildung 9 Variation des Beobachtungszeit-raums der Solarein-strahlung von einem bis 20 Jahre über der Streuung der Mittel-werte in Prozent für den Standort Madrid.
Die 10 Jahresmittel-werte der letzten 32 Jahre weisen eine Streuung von + 2 %