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Temperatur 2m [°C]
Bodentemperatur [°C]
Windrichtung 10m [°]
Windgeschwindigkeit [m/s]
Sichtweite [m]
Luftdruck [hPa]
Relative Luftfeuchte [%]
Globalstrahlung [Wh/m2] Sonnenscheindauer [min]
Bedeckungsgrad [1/8]
Niederschlagsdauer [min]
Niederschlagsmenge [l/m2]
In Deutschland sind mehr als 1.000 Wetter-stationen zur Erfassung der meteorologischen Größen verfügbar. Jedoch sind nur etwa 10 % mit einer Globalstrahlungsmessung ausgerüstet.
Den Meteorologen reicht die Kenntnis der Son-nenscheindauer für ihre Wettervorhersagen aus.
Für die energetische Nutzung der Solareinstrah-lung ist jedoch das Wissen um die BestrahSolareinstrah-lungs- Bestrahlungs-stärke gemessen in Watt pro Quadratmeter erforderlich.
Da die grobe räumliche Auflösung der wenigen Bodenmessungen als Grundlage für die Ertrags-berechnung und die damit verbundenen Investitionsentscheidungen nicht ausreichen, werden seit mehreren Jahren Satellitenbilder für die Berechnung der Solarstrahlung herange-zogen. Die entwickelten Verfahren sind bereits in der dritten Generation und liefern eine solide Grundlage bei hervorragender räumlicher und zeitlicher Auflösung der Strahlungsdaten.
Mit dem weiteren Ausbau der Nutzung der Solarstrahlung werden die neuen Anforderungen der Energiewirtschaft an die Meteorologie deut-lich. Diese neue Disziplin in der Wetterkunde wird auch als Energiemeteorologie bezeichnet.
Während die Wetteraufzeichnung weltweit meist im stündlichen (Datenlogger) oder 3- /6- /12-stündlichen (manuelle Aufzeichnung) Zeitraster erfolgt, schlägt der Takt in der Energiewirtschaft im 15 Minuten-Rhythmus.
In der Netzleitwarte sind wichtige Regelgrößen der Kraftwerke alle 30 Sekunden oder direkt online verfügbar.
Bei einem weiteren Ausbau der Solarstrom-erzeugung sind hier auch die Netzbetreiber gefordert, den Ausbau der Kommunikations-infrastruktur für eine schnellere Anbindung der Wetterstationen an die Netzleitstellen sicher-zustellen.
Die zweite Herausforderung für die Energie-meteorologie liegt in der Vorhersagehäufigkeit.
Während Meteorologen derzeit auf Basis der stündlich neuen Datenlage ihre Wettervorher-sagen erstellen, sind für die Energiewirtschaft Updates der Wettersituation mindestens alle 15 Minuten notwendig. Damit dies möglich wird, müssen die wesentlichen Prozesse auto-matisiert werden. Ein Meteorologe wird diese Prozesse überwachen.
Neben der reinen Prognose der Solarstrahlung ist für die Energiewirtschaft auch die Prognose der von Solarstromanlagen ins Netz einge-speisten Leistung notwendig. Während beim Ausbau der Windenergienutzung die Entwick-lung präziser Windleistungsprognosen zu spät kam, sind erste Solarstromprognosen seit 2006 verfügbar [2].
67 Abbildung 2
Räumliche Auflösung der Bodenmessungen der Globalstrahlung in Europa. Demgegen-über kann die Solar-strahlung auf Basis von Satellitenbildern mit einer räumlichen Auflösung bis zu 1 km * 1 km bestimmt werden.
Abbildung 3 Das neue Fachgebiet der
Energie-meteorologie geht deutlich über die Anforderungen der reinen Wetter-vorhersage hinaus.
Land Anzahl Fläche in km2 km2pro
Globalstrahlung Wetterstation
Deutschland 42 357 021 8.500
Spanien 30 504 782 16.828
Frankreich 35 547 030 15.629
Italien 26 301 230 11.585
Wetter- Energie-vorhersage meteorologie
Großes Potenzial für weitere Entwicklungen und IT-Dienstleistungen einmal pro Tag
Manuell durch
Anwendungen
Solarstrahlungsinformationen werden heute bereits in vielen Geschäftsbereichen eingesetzt.
Für die Nutzung von Solarstrahlungsinforma-tionen im Bereich des Betriebs der Energienetze, des Energiehandels, im Gebäudemanagement und in der Auslegung und der Betriebsführung von Solaranlagen werden heute auf die Anwen-dung zugeschnittene Produkte bereitgestellt und vermarktet. Abb. 4zeigt unterschiedliche Anwen-dungsfälle und die dazu notwendigen Produkte.
Im Folgenden werden die einzelnen
Anwendungsfelder und die heute verfügbaren Produkte vorgestellt.
Lastprognose
In unserem Stromnetz muss ständig genau die Energiemenge bereitgestellt werden, die von den Nutzern in genau diesem Augenblick auch angefordert wird. Damit dies gelingt, wird von den Netzbetreibern täglich eine Lastprognose erstellt. Diese Lastprognose dient dann am dar-auf folgenden Tag als Fahrplan zur Regelung der Kraftwerke. Zum größten Teil wird dabei auf die gemessenen Lastgänge der vorhergehenden Jahre zurückgegriffen. Die Haupteinflussgrößen sind die Tageszeit, die Wochen-/Feiertage, aber auch die Wettersituation. Hier hat insbesondere die Außentemperatur einen Einfluss auf die Last.
Wenn die Temperaturen sinken, steigt der Energiebedarf. In Zukunft wird dies in umge-kehrter Weise für den Sommer gelten. Bei hohen Sonneneinstrahlungen und hohen Außen-temperaturen wird in Zukunft der Kühlenergie-bedarf steigen. Wie in Abb. 5zu erkennen ist, gibt es aber bei bestimmten Verbraucher-gruppen auch einen signifikanten Einfluss der Solarstrahlung auf den Energiebedarf.
Dies ist insbesondere auf den Beleuchtungs-bedarf zurückzuführen. In einigen Stadtgebie-ten kommt hier jedoch verschärfend die dezen-trale Einspeisung von Solarstromanlagen hinzu.
Während einer Nebellage steigt der Beleuch-tungsbedarf und die Einspeisung von Solarstrom-anlagen ist sehr niedrig. Sobald „der Himmel aufreißt“, sinkt der Energiebedarf für die Beleuchtung und zusätzlich erhöht sich die Einspeisung der Solarstromanlagen schlagartig.
Die Netzbetreiber benötigen deshalb zur Erstellung der Lastprognose neben der Tempe-ratur-Prognose auch die Vorhersage der Solar-einstrahlung. Die Daten werden derzeit meist einmal täglich bereitgestellt. Der Aufwand für die tägliche Erstellung der Lastprognose muss so weit möglich reduziert und damit die Abwicklung automatisiert sein. Der Wetterdienst-leister passt deshalb die Wetterinformation individuell an das Zeitraster und das Daten-Format des Kunden an. Da die Wetterprognosen nur in stündlicher Auflösung verfügbar sind, 68
Abbildung 4 Anwendungsfelder und Solarstrahlungs-produkte. Die dunkel-blauen Felder markieren die Produkte des Anwendungsfelds, die hellblauen Felder entsprechen den Produkten, die zusätzlich verwendet werden, um die Qualität des Services laufend zu prüfen.
EVU- EVU- Gebäude- Solarstrom- Solarstrom-Lastprognose Einspeisung Management Investoren Betreiber
Wetterdaten Globalstrahlung Wetterprognose Prognose Globalstrahlung PV Calculator Ertragsgutachten Safer‘Sun Betriebsführung Prognose der Einspeisung
müssen für die Lastprognosen Zeitreihen im 15 Minuten-Raster interpoliert werden. Daneben muss der Wetterdienstleister auch Vorkehrungen treffen, um bei einem Ausfall einer Wetterstation oder dem Ausfall der Wetterprognose dem Kunden automatisiert geeignete Ersatzwerte bereitzustellen, da ansonsten dessen Last-prognose größere Fehler aufweist und sich damit der Aufwand für die Regelenergie verteuert.
Neben dem Netzbetrieb werden Lastprognosen auch von den Stromhändlern benötigt. Da der Handel für die meisten Stromprodukte nur am Vormittag erfolgt, ist eine pünktliche Bereit-stellung der Temperatur- und Solarstrahlungs-prognosen in den Morgenstunden notwendig.
Hier findet ein kontinuierlicher Wettbewerb zwischen ständig steigenden Datenmengen und immer detaillierteren aber damit auch aufwän-digeren Rechenverfahren und der steigenden Leistungsfähigkeit der Informationstechnologie statt.