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Zeitschrift Sonne Wind && Wärme
Daten­banken für Solar­strahlung

erschienen in Sonne Wind & Wärme 8/2001 S.39-41

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
Web-Adresse Gebiet Kurz­beschrei­bung
www.dwd.de/research/klis/ Deutschland Klima-Infor­mations­system des Deutschen Wetter­dienstes
www.ensmp.fr/Fr/services/ PressesENSMP/Collections/ScTerEnv/ Livres/atlas_tome2.htm Europa Beschreibung und Bestell­informa­tion für den European Solar Radiation Atlas (E.S.R.A.)
www.satellight.com Europa S@tel-Light-Homepage
www.sev-bayern.de Europa ab September 2001 Link zur Wetter-Schwalbe der FH Müchen
www.pvsat.de Europa Informa­tionen über das PV-SAT-System
www.dlr.de/TT/system/projects/ Stk/steps Europa, Afrika, Asien Übersicht über das STEPS-System
rredc.nrel.gov/solar USA NREL Solar Radiation Resource Information
rredc.nrel.gov/solar/pubs/tmy2/ USA 239 typische meteoro­logische Datensätze für die USA
www.meteotest.ch weltweit Meteonorm Schweiz
www.econzept.de weltweit Meteonorm-Vertrieb Deutsch­land
www.climate-one.de weltweit Climate1-Homepage
www.physik.uni-oldenburg.de/ehf/insel/insel.html weltweit Informa­tionen zur INSEL-Software
eosweb.larc.nasa.gov/sse weltweit NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data
wrdc-mgo.nrel.gov weltweit World Radiation Data Center (WRDC)
www.mauisolarsoftware.com weltweit Worldwide Hourly Climate Generator mit 2.000 Stand­orten


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