Solarmessung
Erfahren Sie in diesem Bereich, wie Sie von präzisen Solardaten in ihrem Projekt profitieren können: Vor dem Bau des Solarparks fließen die Daten in die Planung und Modulauswahl und im laufenden Betrieb können Sie die Wirtschaftlichkeit ihres Solarparks analysieren und Wartungskosten auf ein Minimum reduzieren. Wir erklären den Unterschied zwischen am Boden gemessenen Daten und Berechnungen anhand von Satellitenbeobachtungen und Wetterstationen. Darüber hinaus empfehlen wir Ihnen Messungen, die für den geplanten Solarpark wichtig sind. Ausführliche Informationen rund um die Solarmessung finden Sie auch in unseren Informationsbroschüren:
Download: Informationsbrochüre Solarmessung (englisch, PDF)
Download: Ammonit Solar Resource Assessment Systems (englisch, PDF)
Messung der Solarstrahlung
Damit ein geplanter Solarpark optimal ausgerichtet ist und gewinnbringend arbeiten kann, sollte die Sonnenstrahlung vorab am geplanten Standort gemessen werden. Für eine hohe Energieausbeute ist es außerdem ratsam, die produzierte elektrische Energie zu messen. Ob Photovoltaik oder CSP – jede Anwendung erfordert spezielle Messaufbauten, um die jeweils richtigen Parameter präzise zu messen. Die auf der Erde auftreffende Globalstrahlung setzt sich aus der Direktstrahlung (DNI – Direct Normal Irradiation) und der diffusen Strahlung (DHI – Diffuse Horizontal Irradiation) zusammen. Beides wird in folgender Formal dargestellt:
GHI = DHI + DNI · cos (θ)
(wobei θ den Winkel angibt, in dem die Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche trifft)
An einem Tag mit wolkenlosem Himmel setzt sich die Sonnenstrahlung wie folgt zusammen: 100% GHI, 20% DHI und 80% DNI · cos (θ).
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über Strahlungsarten und mit welchen Instrumenten diese gemessen werden können:
| Strahlungsart | Beschreibung | Messinstrumente |
| GHI Global Horizontal Irradiation  |
Bezeichnet die auf eine horizontale Fläche auf der Erde treffende gesamte Sonnenstrahlung. Die Globalstrahlung setzt sich aus direkter und diffuser Sonnenstrahlung zusammen. Anwendungen:
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| GTI Global Tilted Irradiation  |
Bezeichnet die Summe der direkten und diffusen Sonnenstrahlung, die auf eine geneigte Oberfläche trifft. Anwendungen:
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| DNI Direct Normal Irradiation  |
Bezeichnet den Teil der Sonnenstrahlung, der in einem 90°-Winkel direkt von der Sonne auf die Erde trifft. Anwendungen:
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| DHI Diffuse Horizontal Irradiation  |
Bezeichnet den Teil der Sonnenstrahlung, der nicht auf direktem Weg auf die Erde trifft, sondern durch Wolken und Luftpartikel in der Atmosphäre zerstreut wird. Anwendungen:
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Beeinflussende Parameter für die Sonnenenergiegewinnung
Sonnenstrahlung
Je höher die Strahlungsleistung der Sonne am geplanten Standort, desto höher kann auch die Energieausbeute des Solarparks sein. Abhängig von der Anwendung sollten die verschiedenen Strahlungsarten gemessen werden, z.B. Direktstrahlung für ein geplantes CSP-Kraftwerk.
Windgeschwindigkeit und Windrichtung
Die am Standort wirkenden Windkräfte helfen eine standfeste Unterkonstruktion für einen geplanten PV-Park zu bauen. Darüber hinaus können Aussagen über den kühlenden Effekt des Windes auf den Modulen getroffen werden.
Temperatur
Die Temperatur hat einen signifikanten Einfluss auf die Leistung der Solarzelle. Eine höhere Zelltemperatur führt zu einer niedrigeren Leistung und damit zu einem schlechteren Wirkungsgrad der Solarzelle. Der Wirkungsgrad gibt an, wieviel der eingestrahlten Lichtmenge in nutzbare elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Niederschläge und Verschmutzung (Sandstürme)
Information über Niederschlagshäufigkeit und –mengen, sowie Verschmutzungsgraden helfen bei der Klärung von Verlusten trotz hoher Sonnenstrahlung.
Vergleich satelliten-basierter Messdaten vs. Bodenstation*
Die verfügbaren Daten basieren zu großen Teilen auf Satellitendaten. Diese Daten werden aus Sonnenstrahlung (Satellit) sowie Temperatur und Windgeschwindigkeit (Wetterstationen) berechnet. Jedoch haften diesen Berechnungen zahlreiche Unsicherheitsfaktoren an, so dass die Daten signifikante Abweichungen im Vergleich zu Messdaten von Bodenstationen aufweisen, insbesondere bei bedecktem Himmel. Des Weiteren beziehen sich die Satellitendaten auf eine große Fläche von ca. 1km², wohingegen die Bodenstation punktgenau misst.
Die Abweichungen bei GHI sind wesentlich kleiner als bei DNI. Korreliert man die Daten für GHI und Temperatur von satellitenbasierten Messungen und Bodenstationen, so erhält man gute Regressionswerte von R²=0,92 bzw. R²=0,97. Für DNI und Windgeschwindigkeit sehen die Werte jedoch ganz anders aus: R²=0,78 bzw. R²=0,5.
Wir empfehlen Ihnen daher am geplanten Standort für ihren Solarpark die Sonneneinstrahlung mit einer Bodenstation zu messen. Nur mit einer Messstation am Boden erhalten Sie präzise Daten, die Sie in die Planung ihres Solarparks einfließen lassen können.
*Die Daten basieren auf der Fallstudie "Validation of PV Performance Models using Satellite-based Irradiance Measurements" von Clean Power Research.
Darüber hinaus spielt die Auswahl der installierten Sensoren eine entscheidende Rolle für die Messergebnisse, z.B. Klassifizierung der Pyranometer. Wir unterstützen Sie mit unserer langjährigen Erfahrung und dem Know-how aus unzähligen Projekten weltweit bei der Auswahl der geeigneten Komponenten für ihr Solarmesssystem.
Unsere Solarmesssysteme entsprechen internationalen Qualitätsstandards. Wir konzipieren ihr individuelles Solarmesssystem entsprechend der geplanten Solarparkinstallation sowie den lokalen Bedingungen am Standort im Hinblick auf installierte Sensoren, Kommunikations- und Stromversorgungssystem.
Solardatenbank PVGIS und SolarAtlas der World Bank Group
Im Rahmen der SOLAREC Initiative zum Ausbau der erneuerbaren Energien in der Europäischen Union wurde das PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) entwickelt. Das System umfasst weitreichendes Karten- und Datenmaterial für die Solarenergiegewinnung mittels PV.
Die World Bank Group hat einen Globalen Solar Atlas zur freien Verfügung online gestellt. Der Solaratlas wurde vom Energy Sector Management Assistance Program (ESMAP) gefördert und dient der Potentialanalyse für Erneuerbare Energien in ausgewählten Ländern.
Spezifikation der Strahlungssensoren nach ISO 9060
Pyranometer werden entsprechend der ISO 9060 Norm (Solar energy - Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation) klassifiziert. Die Norm ist von der World Meteorological Organization (WMO) offiziell anerkannt. Entsprechend der ISO 9060 werden Pyranometer in drei Klassen eingeteilt:
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Secondary Standard: Sehr hohe Qualität und beste Messergebnisse
Anwendungsbereich: Meteorologie (BSRN Network); PV-, CPV- und CSP-Tests -
First Class: Gute Qualität
Anwendungsbereich: Messungen zur Überwachung des Treibhauseffekts -
Second Class: Mittlere Qualität
Anwendungsbereich: Wirtschaftliche Lösung für Messungen in Wetterstationen und bei Feldtests
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| Response time: time to reach 95% response | < 15s | < 30s | < 60s |
| Zero-offset: Offset-A: response to 200 W/m² net thermal radiation, ventilated Offset-B: response to 5 K/h change in ambient temperature |
+ 7 W/m² ± 2 W/m² |
+ 7 W/m² ± 2 W/m² |
+ 7 W/m² ± 2 W/m² |
| Non-stability: % change in responsivity per year | ± 0.8% | ± 1.5% | ± 3% |
| Non-linearity: % deviation from responsivity at 500 W/m² due to change in irradiance from 100 ... 1000 W/m² | ± 0.5% | ± 1% | ± 3% |
| Directional response (for beam irradiance): the range of errors caused by assuming that the normal incidence responsivity is valid for all directions when measuring from any direction, a beam radiation whose normal incidence irradiance is 1000 W/m² | ± 10 W/m² | ± 20 W/m² | ± 20 W/m² |
| Spectral selectivity: % deviation of the product of spectral absorbance and transmittance from the corresponding mean, from 0.35 ... 1.5 μm | ± 3% | ± 5% | ± 10% |
| Temperature response: % deviation due to change in ambient within an interval of 50K, (e.g. -10 ... +40°C typical) | 2% | 4% | 8% |
| Tilt response: % deviation in responsivity relative to 0 ... 90° tilt at 1000 W/m² beam irradiance | ± 0.5% | ± 2% | ± 5% |
| Achievable uncertainty (95% confidence level) Hourly totals Daily totals |
3% 2% |
8% 5% |
20% 10% |
Erforderliche Messungen je nach geplantem Solarprojekt
Abhängig vom geplanten Solarpark wird empfohlen, bestimmte Messungen durchzuführen.
| Empfohlene Messung | Systemkomponenten | |
| Kleiner PV-Solarpark | GHI und GTI |
Optional:
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| Mittlerer PV-Solarpark | GHI, DHI und ermittelte DNI |
Optional:
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| Großer PV- und CPV-Solarpark | GHI und DNI |
Optional:
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| CSP-Kraftwerk | GHI und DNI |
Optional:
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Die Messsysteme können mit folgenden Sensoren ergänzt werden, um eine komplette Standortanalyse anzufertigen:
- Temperatur- und Luftfeuchtesensor
- Anemometer
- Windfahne
- Niederschlagssensor
- Luftdrucksensor
- Schmutzpartikelsensor
Normen und Richtlinien für die Solarmessung
NREL "Best Practice Handbook for the Collection and Use of Solar Resource Data for Solar Energy Applications" (Feb 2015 / 63112)
Ausführliches Handbuch, dass alle Phasen eines Solarprojektes behandelt - angefangen von den notwendigen Messungen über Messaufbauten bis zu Vorhersagemethoden. Darüber hinaus werden im Handbuch Messinstrumente und deren Anwendungsbereiche sowie Quellen für Solardaten vorgestellt.
Download: NREL Best Practice Handbook for the Collection and Use of Solar Resource Data for Solar Energy Applications (Feb 2015 / 63112, englisch, PDF)
ISO 9060 Solar energy – Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation
Mit der von der WMO (World Meteorological Organisation) anerkannten ISO 9060-Norm werden Pyranometer in drei Klassen eingeteilt: Secondary Standard für sehr hohe Qualität, First Class für gute Qualität und Second Class für mittlere Qualität der Messung. Siehe auch Pyranometer
IEC 61724-1:2017 Photovoltaic system performance – Guideline for measurement, data exchange and analysis
Die Norm beschreibt Systemaufbau und Prozesse im Rahmen der Solarmessung und geht detailliert auf Messunsicherheiten ein. Die Norm führt Genauigkeitsklassen ein und definiert Reinigungs- und Kalibrierintervalle für Pyranometer.
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