Solar mapping and monitoring (SolMap)

Projektkurzbeschreibung

Bezeichnung: Solar mapping and monitoring (SolMap)
Auftraggeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)
Land: Indien
Politischer Träger: Ministerium für neue und erneuerbare Energien (Ministry of New and Renewable Energy – MNRE), die indische Zentralregierung
Gesamtlaufzeit: 2010 bis 2015

Ausgangssituation

2010 hat Indien mit der National Solar Mission eine der weltweit ehrgeizigsten Initiativen zur Förderung der Solarenergie gestartet. Die Mission bietet einen strategischen Rahmen, der neben aufsichtsrechtlichen Maßnahmen auch finanzielle und steuerliche Anreize für den Bau von Solaranlagen umfasst, die netzfähigen Strom erzeugen, dabei aber auch den Strom- und Wärmebedarf im netzlosen Betrieb decken.

Das Ziel der Mission bestand ursprünglich darin, bis 2022 netzgekoppelte Solarstromkapazitäten von 20.000 Megawatt (MW) zu errichten. Gleichzeitig sollten 2.000 MW-Äquivalent an netzunabhängigen Anwendungen in Betrieb genommen und die solarthermische Kollektorfläche schrittweise auf 2.000 Hektar erhöht werden. Diese Zielvorgabe wurde nach oben angepasst: Bis 2022 sollen nun netzgekoppelte Solarstromkapazitäten von 100 Gigawatt (GW) aufgebaut werden.

Dieses ambitionierte Ziel kann nur erreicht werden, wenn verlässliche und genaue Daten zur Sonneneinstrahlung zur Verfügung stehen. Für Machbarkeitsstudien, die Kraftwerksplanung und Bankfähigkeitskonzepte sind auf allen Ebenen korrekte und genaue Informationen über das nutzbare Solarpotenzial von grundlegender Bedeutung. Bisher besaß Indien nicht die zur präzisen Messung der Sonneneinstrahlung notwendige landesweite Infrastruktur. Erstmals sollen in Indien umfassende Daten über die Menge und Variabilität der an bestimmten Messorten einfallenden Sonnenstrahlung gewonnen werden - Daten, die für die Netzbetreiber von großer Bedeutung sind. Außerdem gilt es, Daten von hochauflösenden Phänomenen zu sammeln. Dazu zählen beispielsweise Schwankungen, Intensitätsanstiege und Spitzen bis hin zu langfristigen klimatologischen Merkmalen wie Mittelwerte und interannuellen Schwankungen, wie sie in Solaratlanten zu finden sind.

Ferner müssen Projektentwickler, Betreiber und Investoren die Möglichkeit haben, die Leistung der im Rahmen der Initiative in Auftrag gegebenen Solarkraftwerke unter realen Bedingungen zu bewerten. Das geplante Benchmarking-System für eine landesweite Messung der Photovoltaik-Leistung beruht auf der Idee, Betriebsdaten von PV-Anlagen an einem zentralen Ort zu sammeln und eine automatische Datenanalyse durch Berechnung von Leistungskennzahlen durchzuführen. Dadurch können die Leistungen der verschiedenen Anlagen miteinander verglichen und entsprechende Rückmeldungen zur Leistungsverbesserung an die Anlagenbetreiber gesendet werden.

Ziel

Ein System zur Erfassung von Wetterinformationen und umfassenden Daten zur Sonneneinstrahlung ist aufgebaut, das von zahlreichen Akteuren aus dem Solarenergiesektor für verschiedene Zwecke genutzt werden kann, insbesondere für die Erstellung von Sonneneinstrahlungskarten für Indien. Zur Verbesserung der Leistung der Solarkraftwerke ist ein Benchmarking-System entwickelt und getestet.

Vorgehensweise

Im Rahmen der landesweiten Initiative zur Erfassung der Sonneneinstrahlung (Solar Radiation Resource Assessment – SRRA) unterstützt das Projekt das MNRE beim Aufbau eines landesweiten Netzes aus Messstationen zur Erfassung der Sonneneinstrahlung. Diese Messstationen ermitteln neben der Sonneneinstrahlung auch noch weitere relevante meteorologische Parameter. Zu diesem Zweck verbessert das Projekt den Austausch und die Zusammenarbeit zwischen den relevanten Institutionen und Fachleuten und sorgt so für einen Wissens- und Erfahrungstransfer aus Deutschland auf dem Gebiet der Solarenergie. Die Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH hat das National Institute of Wind Energy (NIWE) bei der Entwicklung einer Datenbank mit genauen, werthaltigen Informationen über die Sonneneinstrahlung und andere Wetterparameter unterstützt. Eine so präzise, bankfähige Datenbank ist für die Konzeption und Planung von Solarkraftwerken in Indien unerlässlich. Das SRRA-Netz arbeitet erfolgreich und sammelt präzise Solar- und Wetterinformationen.

Außerdem hat das Projekt einen Mechanismus zur systematischen vergleichenden Evaluierung (Benchmarking) der technischen Leistungsfähigkeit von großen netzgekoppelten Photovoltaik-Anlagen eingeführt. Das Benchmarking-System bietet einen guten Überblick über die Leistungsfähigkeit der Solarkraftwerke, die sich in verschiedenen Klimazonen befinden und unterschiedliche Technologien und Nachführkonzepte einsetzen. Dadurch wird umfangreiches Wissen aufgebaut, anhand dessen sich bereits in der Planungsphase die unter realistischen Betriebsbedingungen erreichbare Stromernte abschätzen lässt. Außerdem liefert das Benchmarking den einzelnen Solarkraftwerken wertvolle Erkenntnisse für die Verbesserung der Betriebsleistung.

Wirkung

Mit Unterstützung der GIZ haben MNRE und NIWE 121 solare Messstationen in ganz Indien aufgebaut, die sämtliche Bundesstaaten abdecken. Es handelt sich um das weltweit größte Netz aus Pyroheliometern, mit denen hochpräzise Daten zur Intensität der Sonnenstrahlung erfasst werden.
Es wurden moderne Verfahren für die Kontrolle der Datenqualität sowie die Verarbeitung und Verbreitung der Daten eingeführt. So liegen für alle Messstationen qualitätsgesicherte Zeitreihen vor, und es werden monatliche Berichte veröffentlicht.
Bei ihrer Einführung war die Solar Data Sharing and Accessibility Policy (2013) des MNRE zunächst für die Öffentlichkeit nur eingeschränkt zugänglich. Anschließend wurden spezifische Datenprodukte über Strahlungsarten in verschiedenen zeitlichen Auflösungen der Öffentlichkeit zugänglich gemacht und werden inzwischen zunehmend von der Solarbranche genutzt. Bis Ende 2014 wurden fast 230 solcher Solardatenprodukte von den Anwendern erworben. Seit 2017 sind die gesamten Daten der Messstationen für die Öffentlichkeit völlig frei zugänglich.
Für einige Standorte wurden die typischen meteorologischen Jahre (TMY) durch die Kombination von Daten aus dem SRRA-Netz mit satellitengestützten Modellen ermittelt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der direkten Sonneneinstrahlung für die Nutzung durch CSP-Technologien lag.
Es wurden vier hochmoderne Messstationen errichtet, die neben verschiedenen anderen Parametern auch die optische Tiefe von Aerosolen messen können. Die vier fortgeschrittenen Messstationen wurden in das renommierte BSRN (Baseline Surface Radiation Network) der WMO (World Meteorological Organisation) aufgenommen. Dies ist das erste Mal, dass indische Messstationen vom BSRN akkreditiert wurden.
Es wurde ein Labor zur Kalibrierung von Solarstrahlungssensoren mit zwei Standorten errichtet und in Betrieb genommen.
Messungen am Boden wurden mit satellitengestützten Daten kombiniert, und 2015 wurde ein präziser Solarstrahlungsatlas für Indien herausgegeben. Der Atlas enthält unterschiedliche Karten, darunter solche mit GHI-, DNI- und DHI-Daten für die letzten 16 Jahre.
Es wurde ein Verfahren zur Durchführung von Leistungsvergleichen zwischen Photovoltaik-Anlagen entwickelt. In diesem Zusammenhang wurden weitere Tests mit Stichproben aus überwachten Datenströmen von 119 PV-Anlagen des MNRE durchgeführt. Diese befanden sich in zwölf indischen Bundesstaaten und machten Anfang 2014 rund 25 Prozent der gesamten netzgekoppelten PV-Leistung des Landes aus. Es konnte ein funktionierendes Instrument zur Durchführung von PV-Benchmarking-Analysen mit leistungsfähigen Analysefunktionen präsentiert werden.
Die SRRA-Daten werden von mehreren anderen Projekten für Prognosen, den Lastausgleich sowie die Netzintegration von PV-Anlagen genutzt.
Etwa 70 Forschungseinrichtungen besitzen eine SRRA-Messstation. Bei der Sensibilisierung der Wissenschafts-Community für die Vorteile, die Daten zur Sonneneinstrahlung bieten, wurden wesentliche Fortschritte erzielt, sodass die Daten inzwischen von den Forschungseinrichtungen intensiver genutzt werden. Mehrere wissenschaftliche Studien, Abschlussarbeiten und Forschungsinitiativen haben auf die SRRA-Datenbank zurückgegriffen.
Die Ergebnisse des Projekts wurden in mehr als zehn wissenschaftlichen Fachzeitschriften im Peer-Review-Verfahren veröffentlicht und auf internationalen Fachkonferenzen präsentiert.
Insgesamt kommen die Daten und wissenschaftlichen Erkenntnisse, die im Rahmen der Initiative gewonnen wurden, den Akteuren des Erneuerbare-Energien-Sektors dauerhaft zugute.