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Wer heute in den Himmel geblickt hat, konnte bei passendem Wetter ein besonderes Naturschauspiel bewundern: eine teilweise Sonnenfinsternis. Dabei trat der Erdtrabant ein kleines Stück vor die Sonne. Dieses seltene Naturschauspiel begeistert seit Urzeiten viele Menschen. Aber auch für aktuelle Forschungsarbeiten ist es von Interesse, zum Beispiel in der Photovoltaik. Dort beschäftigen sich Forschende mit dem Umwandeln von Sonnenenergie in elektrische Energie.

Genaue Vorhersagen ermöglichen zuverlässige Stromerzeugung

Für die Energiewende werden in Deutschland immer mehr Photovoltaikanlagen installiert – von kleinen, sogenannten Balkonkraftwerken bis hin zu Solaranlagen auf Hausdächern und riesigen Solarparks. Der Anteil solaren Stromes steigt daher kontinuierlich und muss sicher ins Stromnetz einfließen. Dabei sorgen Tag- und Nachtzeiten oder wechselnde Wetterbedingungen für natürliche Schwankungen in der Stromerzeugung.

Um die elektrische Energie trotzdem reibungslos ins Netz einzuspeisen, sind möglichst genaue Vorhersagen zur erwarteten Sonneneinstrahlung wichtig, vor allem mit Blick auf die steigende Zahl der Anlagen und mögliche Extremereignisse. Mit verlässlichen Prognosedaten können sich Expertinnen und Experten auf dem Energiemarkt sowie die Netzbetreiber dann entsprechend darauf vorbereiten.

Wie solche Daten am besten bereitgestellt werden können und welche Methoden besonders gut geeignet sind, erarbeitet ein Wissenschaftsteam um das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE mit Projektpartnern - unter anderem im Projekt SOLREV. Die Forscherinnen und Forscher haben das Ziel, möglichst genau abschätzen zu können, wann und wo wie viel Solarstrom erzeugt wird. Deshalb analysieren sie verschiedene Modelle für Daten und Vorhersagen zur Solarstrahlung.

Eine Sonnenfinsternis beeinflusst die Erzeugung von Solarstrom

Sonnenfinsternisse sind außergewöhnlich und finden relativ selten statt. Wenn sie auftreten, bergen solche Ereignisse jedoch besondere Herausforderungen für die Stromproduktion mit Photovoltaikanlagen, ähnlich wie Sahara-Staub oder Vulkanasche.

In der Zeit, in der eine Sonnenfinsternis ein bestimmtes Gebiet abdunkelt, wird dort weniger Strom produziert. Die Einspeisung ins Netz sinkt. Das Ausmaß hängt davon ab, wie umfangreich und wie lange der Mond die Sonne verdeckt. Der Effekt ist aber auf jeden Fall spürbar und damit für Prognosemodelle wichtig. Denn Wettervorhersagen decken solche extremen Ereignisse nicht routinemäßig ab. Deshalb haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE eine Methode entwickelt, die Fehler bei Prognosen für Sonnenfinsternisse reduziert.

Das Wissenschaftsteam kombiniert mit seiner Lösung die Verschattung der Photovoltaikmodule örtlich und zeitlich genau mit Modellen zur Wetterprognose. Die so gewonnenen Daten optimieren die Vorhersagen zur regionalen sowie lokalen Photovoltaikeinspeisung.

Bis die nächste totale Sonnenfinsternis in Deutschland stattfindet, vergehen noch einige Jahrzehnte. Erst am 3. September 2081 ist es wieder so weit. Die nächste partielle Sonnenfinsternis wird jedoch bereits im April 2023 zu beobachten sein.