Dienstag, 10. Januar 2017
Die Solarstrahlung der nächsten fünfzehn Minuten genau zu kennen, ist ein Ziel der Arbeitsgruppe solare Energiemeteorologie im DLR-Institut für Solarforschung. Dafür haben die Wissenschaftler in Kooperation mit den Unternehmen CSP Services GmbH und TSK Flagsol Engineering GmbH das neue Vorhersagesystem WOBAS entwickelt, das nun im südspanischen Solarkraftwerk La Africana unter realistischen Bedingungen demonstriert wird.
Die Berücksichtigung der zu erwartenden Einstrahlungswerte ermöglicht es Solarkraftwerke effizienter zu betreiben, macht Solarstrom kostengünstiger und seine Verfügbarkeit vorhersehbarer. Das wolkenkamerabasierte Vorhersagesystem ist nun für den Einsatz in kommerziellen Kraftwerken bereit.
Für die Analyse und Vorhersage der Einstrahlung auf das Solarfeld werden vier Wolkenkameras an verschiedenen Positionen im Kraftwerk positioniert. Mit einem 180-Grad-Fischaugenobjektiv erstellt jede von ihnen Aufnahmen des Wolkenbildes über dem Solarfeld und dessen Umgebung, woraus eine spezielle Software die Wolkenkoordinaten und deren Bewegungsvektoren ableitet.
In Verbindung mit den im Kraftwerk bereits vorhandenen Bodenmessungen der Direktstrahlung berechnet das WOBAS-System die aktuellen Einstrahlungswerte auf das Solarfeld und ihre Entwicklung für die kommenden fünfzehn Minuten in Zeitschritten von einer Minute. Die Karten der Einstrahlungswerte haben eine Ortsauflösung von fünf mal fünf Metern. Bei der Erstellung der Karten wird auch teilweiser Strahlungsdurchgang durch die Wolken beachtet.
Die Kenntnis der Entwicklung der Solarstrahlung für die nächsten fünfzehn Minuten erlaubt es zum Beispiel, selbst bei variabler Solarstrahlung den Durchfluss des Wärmeträgerfluids im Kraftwerk so zu regeln, dass das angestrebte Temperaturniveau gehalten werden kann. Dadurch steigt die Stromproduktion des Kraftwerks. Auch die Lebensdauer der Kraftwerkskomponenten wird erhöht, da Wärmespannungen verringert werden können, die sonst bei abrupten Strahlungsänderungen auftreten.
Im solarthermischen Kraftwerk La Africana liefert das WOBAS-System Vorhersagen der Direktstrahlung, möglich ist aber auch die Erstellung von Einstrahlungskarten der Globalstrahlung oder der Strahlung auf geneigten Flächen, die für Photovoltaik-Anlagen (PV) benötigt wird. Zum Beispiel kann die Nutzung der Informationen des Vorhersagesystems die abrupte Unterbrechung oder den Anstieg der Einspeisung von PV-Strom vermeiden. WOBAS erfüllt zwei wichtige Voraussetzungen für die Erstellung verlässlicher Vorhersagen: seine Wolkenkameras liefern qualitativ hochwertige, kontrastreiche Aufnahmen des Himmels und die Analysesoftware des System ist in der Lage große Datenmengen unmittelbar nach ihrer Erfassung akkurat auszuwerten.
Zukünftig soll das WOBAS-System mit dem Vorhersagesystem CSP-FoSyS verknüpft werden, das Vorhersagen der Solarstrahlung und weiterer meteorologischer Größen sowie der Wärme- und Stromproduktion bis vierzehn Tagen in die Zukunft zur Verfügung stellt. Dieses kombinierte System ermöglicht der Leitzentrale des Kraftwerks beispielsweise fundiert zu entscheiden, wann das Hochfahren oder Abschalten des Kraftwerks an teilbewölkten Tagen Sinn macht. Zudem kann die Vorhersage auch die Teilnahme am Strommarkt verbessern. CSP-FoSyS wurde vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum des DLR gemeinsam mit TSK Flagsol entwickelt. Beide Systeme sind bereits separat erhältlich, die Kombination beider Prognosewerkzeuge wird im Laufe des Jahres 2017 verfügbar sein.
Das Projekt WOBAS wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.