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Datenbanken für Solarstrahlung
Ob für die Photovoltaikanlage in Deutschland, den Solarkollektor auf dem spanischen Ferienhaus oder die
solarbetriebene Wasserpumpe in Afrika - Solarstrahlungsdaten sind stets die Grundlage für Auslegung und
Ertragsberechnung. Der folgende Überblick zeigt, welche Daten wie aufbereitet allgemein verfügbar sind.
In Deutschland beträgt die Jahressumme der solaren Globalstrahlung rund 1.000 kWh/m², sagt eine Faustformel -
im Süden ein bisschen mehr, im Norden etwas weniger. Mit einer durchschnittlichen Anlagengüte lässt
sich damit recht einfach der jährliche Ertrag einer Solaranlage abschätzen. Schwieriger wird dies schon
beim Ferienhaus in Spanien. Hier reichen die Jahressummen von unter 1.300 kWh/m² im Norden bis über 1.800 kWh/m²
im Süden. Faustformeln stoßen da schnell an ihre Grenzen. Professionelle Simulationsprogramme für
Photovoltaikanlagen oder solarthermische Anlagen liefern meist bereits eine recht umfangreiche Datenbank an
Strahlungsdaten mit. Doch bei der Frage, ob im spanischen Bergland nahe der Küste nicht doch niedrigere
Einstrahlungswerte zu erwarten sind, oder mit welchen Werten man denn in Zentralafrika für die Dorfstromversorgung
zu rechnen hat, ist man auch mit diesen Programmen meist schnell am Ende.
Für derartige Fragestellungen werden zusätzliche Datenquellen benötigt. Im Folgenden soll eine Auswahl
an gängigen Quellen vorgestellt werden, die weltweite oder europäische Standorte umfassen. In Tab. 2 sind die
zugehörigen Internet-Bezugsadressen aufgelistet.
Europäischer Strahlungsatlas
Das Standardwerk für die Solarstrahlung in Europa war lange Jahre der in Buchform erschienene Europäische
Strahlungsatlas (European Solar Radiation Atlas, E.S.R.A.). In der beim Springer-Verlag erschienenen Ausgabe von 1996
ist auch eine Diskette mit Daten beigefügt. Für 340 Standorte in Europa enthält dieser Atlas Monats- und
Jahressummen der Globalstrahlung, Diffusstrahlung, Werte für Minima, Maxima und verschiedene geneigte Ebenen. Als
Datenbasis dienen gemessene Mittelwerte von Wetterstationen aus den Jahren 1966 bis 1975.
Nachdem die überarbeitete Fassung des Europäischen Strahlungsatlas sehr lange angekündigt war, ist sie
schließlich im Jahr 2000 erschienen. Neben zwei Handbüchern, die vor allem Theorie liefern, umfasst sie auch
eine CD-ROM mit Daten (Abb. 1). Die Zahl der Standorte wurde stark erweitert und weitere Parameter wie Temperatur,
Luftdruck oder Niederschlag hinzugefügt. Die Werte stammen nun aus den Jahren 1981 bis 1990, so dass dieser Atlas
leicht unterschiedliche Werte im Vergleich zur Vorgängerversion liefert. Für sechs deutsche Standorte sind
neben den Monatswerten nun auch Stundenwerte beigefügt. Für 89 Stationen sind Tagessummen der Globalstrahlung
angegeben. Die Software auf der CD liefert recht anschauliche Strahlungskarten und kann simple Ertragsberechnungen für
Solaranlagen durchführen. Die Exportmöglichkeiten der Tabellenwerte lassen jedoch sehr zu wünschen
übrig.

Abb. 1: Einstrahlungskarten für Europa liefert die CD-ROM des Europäischen Strahlungsatlasses E.S.R.A.
Weltweite Datenbanken
Der Klassiker unter den CD-ROM-Datenbanken ist das in der Schweiz entwickelte Programm Meteonorm (Abb. 2).
Hierbei handelt es sich um eine sehr umfangreiche weltweite Datenbank, die neben der Solarstrahlung auch
zahlreiche andere Parameter wie Temperatur, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchte oder Luftdruck enthält.
Über eine Weltkarte kann komfortabel der Standort gewählt werden. Ist der gewünschte Standort
nicht in der Datenbank enthalten, interpoliert Meteonorm die Werte aus benachbarten Standorten. Für
Simulationsprogramme wichtige Stundenwerte lassen sich aus den Monatswerten der Datenbank generieren.
Neben dem ASCII-Ausgabeformat lassen sich die Daten auch in einer Vielzahl anderer Formate speichern und so
von anderen Softwareanwendungen nutzen. Somit ist Meteonorm derzeit die komfortabelste Möglichkeit,
für jeden beliebigen Standort Stundenwerte mit einer Vielzahl meteorologischer Parameter zu erhalten.
In einigen Gebieten greift Meteonorm jedoch nur auf eine sehr dünne Datenbasis zurück. Hier sind
durchaus größere Abweichungen der Globalstrahlung von realen Messwerten zu erwarten. Vor allem die
Diffusstrahlung und die Direkt-Normalstrahlung auf einer zur Sonne senkrecht ausgerichteten Fläche sind
mit Vorsicht zu genießen.

Abb. 2: In Europa ist die Datenbasis von Meteonorm dicht, in Nordafrika eher dünn.
Neu auf dem Markt ist die ebenfalls weltweite CD-ROM Klimadatenbank Climate1 der Uni Flensburg.
Neben monatlichen Sonnenscheinstunden und Globalstrahlungswerten beinhaltet diese Datenbank vor allem Temperatur-,
Feuchtigkeits- und Niederschlagswerte. Neben schönen Karten und Monatsgrafiken liefert das Programm auch
Sonnenbahndiagramme. Leider sind bei diesem Programm keine Stundenwerte enthalten.

Abb. 3: Weltweite Klimadatenbank Climate 1 aus Flensburg
Neben den reinen Daten-CD sind die Programme Solar Studio Suite von Mauisolarsoftware und INSEL der Uni Oldenburg
zu erwähnen. Beide Programme beinhalten ebenfalls eine sehr umfangreiche meteorologische Datenbanken und die
Möglichkeit, Wetterdatensätze an weiteren Standorten zu generieren.
Wetter aus dem All
Einen völlig neuen Weg geht das von der EU geförderte S@tel-Light-Projekt (Abb. 4). Hierbei werden die
Messwerte durch Auswertung von Satellitenbildern gewonnen. Bei S@tel-Light können für jeden Standort in
Europa und im äußersten Nordafrika verschiedene strahlungs- und lichttechnische Parameter abgerufen werden.
Über eine komfortable Eingabemaske wird der Standort anhand einer Karte, einer Liste von Orten oder über
die Angabe von Breiten- und Längengrad direkt im Internet bestimmt. Nach der Auswahl der gewünschten Parameter
erhält man per E-Mail eine Internetadresse von der die Daten abgerufen werden können. Als Strahlungsdaten
stehen derzeit Halbstundenmesswerte der Global-, Diffus- und Direktstrahlung für die Jahre 1996 und 1997 zur
Verfügung. Die Datenbasis wird derzeit um die Jahre 1998 bis 2000 erweitert. Die zur Auswertung der Satellitenbilder
verwendeten Modelle sind bereits sehr gut ausgereift. Dennoch kann es an einzelnen Standorten oder bei einzelnen
Stundenwerten zu größeren Abweichungen von Bodenmesswerten kommen. Bei der Diffus- und Direktstrahlung
sind die Unsicherheiten am höchsten.

Abb. 4: Solarstrahlungsdaten gewonnen aus Satellitenbildern liefert die Datenbank S@tel-Light.
Eine größere Genauigkeit bei der Bestimmung der Direktstrahlung vor allem für konzentrierende
Solaranlagen bietet das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) entwickelte STEPS-System,
das ebenfalls auf Satellitenbildern basiert. Da die Auswertungen hierbei aber noch recht aufwendig sind,
können sie nur in einzelnen Individualaufträgen durchgeführt werden.
Dass die Möglichkeiten bei der Auswertung von Satellitendaten noch lange nicht ausgeschöpft sind,
zeigt das PVSAT-System. Hier wird eine Ertragskontrolle für PV-Anlagen auf Basis von Satellitendaten
durchgeführt.
Neben S@tel-Light bietet das National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den USA mit dem World Radiation
Data Center (WRDC) ebenfalls kostenlos Solarstrahlungsmesswerte über das Internet an. Werte von verschiedenen
Jahren oder langjährige Mittelwerte können hier bezogen werden. Auf die gleiche Datenbasis greift
die Datenplattform der NASA zurück. Zusätzlich können hier Werte von Satellitenmessungen abgerufen werden.
Ebenfalls kostenlos im Internet bietet NREL für die USA eine sehr umfangreiche Datensammlung an.
Herauszuheben sind hier typische meteorologische Jahre (TMY2) für 239 amerikanische Standorte.
Diese umfassen Stundenwerte für die gängigsten meteorologischen Parameter für ein typisches Jahr.
Eine weiteres interessantes Tool wird derzeit an der Fachhochschule München entwickelt und ab September
kostenlos zur Verfügung stehen. Mit der Wetter-Schwalbe lassen sich direkt im Internet für
beliebige europäische Standorte Stundenwerte für die Solarstrahlung und Temperatur aus Monatsmittelwerten
generieren.
Fazit
Dieser Überblick zeigt, dass die Datenbasis verfügbarer Meteodaten mittlerweile sehr groß ist.
Viele Datenbanken greifen auf die gleichen Quellen zurück, verwenden oftmals jedoch andere Messperioden.
Die Unterschiede der Jahressummen der verschiedenen Quellen sind an einzelnen Standorten jedoch erschreckend hoch.
Daher empfiehlt es sich immer, verschiedene Datenquellen zu Rate zu ziehen. Wer eine langjährige Ertragsgarantie
anhand der vorhandenen Datenquellen geben muss, sollte dringend noch einen ordentlichen Sicherheitszuschlag mit einplanen.
Denn inwieweit sich das Wetter infolge der Klimaveränderungen in den nächsten Jahrzehnten entwickeln wird,
kann selbst die beste Datenbank nicht vorhersagen.
Volker Quaschning
Tabellarische Übersichten
Tab. 1: Die wichtigsten Datenbanken im Überblick. E.S.R.A. steht für European Solar Radiation Atlas, WRDC für World Radiation Data Center Quelle: Eigene Recherchen
|
E.S.R.A 1996 |
E.S.R.A 2000 |
METEONORM 4.0 |
Climate1 |
S@tel-Light |
WRDC |
Form |
Bucha mit Diskette |
CD mit zwei Büchernb |
CD und Handbuch |
CD-ROM |
Internet |
Internet |
Preis |
65,96 Euro |
380 Euro |
368 Euro |
150 US$c |
kostenlos |
kostenlos |
Anbieter |
Springer |
Ecole de Mines |
Meteotest, Schweiz |
Uni Flensburg |
S@tel-Light |
NREL |
Gebietsabdeckung |
Europa und Nordafrika |
Europa und Nordafrika |
weltweit |
weltweit |
Europa und Nordafrika |
weltweit |
Datend |
G,D |
G,D,T,L |
G,D,T,W,F,L |
G,T,W,F |
G,D |
G,D |
Messperiode |
1966-1975 |
1981-1990 |
verschieden |
verschieden |
1996-1997e |
1964-1993 |
Auflösungf |
m |
m,h g |
m,h |
m |
hh |
m |
Standortzahl |
340 |
586 |
>2.400 |
>1.200 |
250.000 |
1.195 |
Räumliche Interpolation |
nein |
nein |
ja |
nein |
ja |
nein |
a ISBN 3-540-61179-7
b ISBN 2-911762-22-3
c zuzüglich Versand
d G=Globalstrahlung, D=Diffusstrahlung, T=Temperatur, W=Wind, F=Luftfeuchte, L=Luftdruck
e 1998 bis 2000 in Vorbereitung
f m=Monats-Mittelwerte, h=Stunden-Mittelwerte, hh=Halbstunden-Momentanwerte
g Stundenwerte nur von einzelnen Standorten
Tab. 2: Strahlungsdaten im Internet für Deutschland, Europa, die USA und für die ganze Welt Quelle: Eigene Recherchen
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