Strom aus Photovoltaikanlagen wird für die Energiewende immer wichtiger. Um ihn möglichst effizient in das Stromnetz zu integrieren, sind nicht allein technische und wirtschaftliche Aspekte relevant. Daneben müssen auch meteorologische sowie astronomische Ereignisse – beispielsweise Sonnenfinsternisse – berücksichtigt werden.

Am heutigen 25. Oktober ist in Deutschland ein seltenes Naturschauspiel zu beobachten: eine Sonnenfinsternis. In der Mittagszeit verläuft die Umlaufbahn des Mondes zwischen Erde und Sonne, wobei dieser einen kleinen Teil der sichtbaren Sonnenscheibe bedeckt. Somit findet keine totale Sonnenfinsternis statt, aber eine partielle. Dieses kosmische Ereignis ist nicht nur interessant zu beobachten, sondern beschäftigt auch unterschiedlichste Wissenschaftsbereiche wie etwa die Photovoltaik-Forschung.

Vorhersagen sind wichtig für eine zuverlässige Stromerzeugung

Der Anteil solaren Stroms steigt stetig und muss sicher ins Stromnetz einfließen. Natürlicherweise sorgen dabei Tag- und Nachtzeiten oder wechselnde Wetterbedingungen für Schwankungen in der Stromerzeugung, ebenso wie meteorologisch außergewöhnliche Ereignisse wie eine Sonnenfinsternis. Um die variable elektrische Energie dennoch reibungslos ins Netz einzuspeisen, sind möglichst präzise Vorhersagen wichtig, die die zur erwartende Sonneneinstrahlung spezifizieren. Expertinnen und Experten auf dem Energiemarkt und die Netzbetreiber können sich mit verlässlichen Prognosedaten dann entsprechend darauf vorbereiten.

Genau an solchen Prognosen der erwarteten Photovoltaikleistung arbeiten Forscherinnen und Forscher unter anderem im Verbundvorhaben SOLREV. Das Wissenschaftsteam um das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erforscht mit Projektpartnern Modelle, die Daten und Prognosen zur Solarstrahlung bereitstellen. Sie nutzen etwa Satellitendaten, um die Wolkenentwicklung für die nächsten Stunden zuverlässig vorherzusagen. Dabei verfolgen sie das Ziel, die solare Stromproduktion im Vorfeld möglichst genau abschätzen zu können und zusätzlich Informationen zur Prognoseunsicherheit bereitzustellen.

Extremereignisse beeinflussen die Solarstromproduktion

Meteorologisch außergewöhnliche Ereignisse treten verhältnismäßig selten auf, stellen aber gerade dann für diejenigen, die Stromnetze betreiben und Prognosen liefern, besondere Herausforderungen dar. Solche Extremereignisse können für die Photovoltaik beispielsweise Sahara-Staub, Vulkan-Asche oder eben auch Sonnenfinsternisse sein.

Während beispielsweise eine Sonnenfinsternis stattfindet, kann sich die Photovoltaikeinspeisung von Solaranlagen in dem verschatteten Gebiet deutlich verringern. Die geänderte Einspeisung erfolgt dabei über große Gebiete gleichzeitig in sehr kurzer Zeit. Dadurch kann sie sich – je nach Art und Dauer der Sonnenfinsternis – erheblich auf die in Deutschland insgesamt eingespeiste Leistung auswirken. Der Effekt einer Sonnenfinsternis ist deshalb insbesondere für regional aggregierte Prognosen signifikant und somit für Prognosemodelle relevant.

Wettervorhersagen decken bisher solche Extremereignisse nicht routinemäßig ab. Daher haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE eine Methode entwickelt, um Prognosefehler für Sonnenfinsternisse zu reduzieren.

Methode kombiniert Verschattungsdaten mit Wetterprognose-Modellen

Das Wissenschaftsteam kann mit seiner entwickelten Methode den Bedeckungsgrad orts- und zeitspezifisch mit Modellen zur Wetterprognose kombinieren. Die daraus hervorgehenden Daten helfen, die Prognosen zur regionalen sowie lokalen Photovoltaikeinspeisung zu verbessern. Künftige Sonnenfinsternisse sollen den gewonnenen Datenpool stetig erweitern. Auf dieser Basis können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihr Verfahren weiter optimieren und damit die Energiesysteme besser auf Extremereignisse vorbereiten.

Die bisher letzte totale Sonnenfinsternis war in Deutschland am 11. August 1999 zu beobachten. Seither gab es mehrere partielle Sonnenfinsternisse, wobei die nächste im April 2023 stattfinden wird. Bis der Mond das nächste Mal die Sonne komplett verdunkelt und in Deutschland erneut eine totale Sonnenfinsternis zu sehen sein wird, dauert es noch bis zum 3. September 2081. Auch diese Daten hat die Photovoltaik-Forschung bereits im Blick. (av)