Solarstrom zuverlässig berechnen
Umweltfreundliche Solarenergie: Um den Ertrag von Solarpaneelen bei jedem Wind und Wetter besser errechnen zu können, forscht Klaus Jäger in seinem Projekt mit Data Science-Methoden.
Klaus Jäger ist Physiker und arbeitet in der Abteilung Solarenergieoptik des Helmholtz Zentrums Berlin. Sein Forschungsprojekt Predicting temperature dependent solar-module performance ist Teil des diesjährigen Helmholtz & Israel (Virtual) Exchange. Israelische Promovierende der Data Science können mit ihm zusammen an dem Projekt arbeiten, netzwerken und internationale Forschungserfahrungen sammeln. Auch für Forscherinnen und Forscher an Helmholtz-Zentren ist ein Aufenthalt in Israel mit dem Helmholtz & Israel Exchange Program möglich. Klaus Jäger erzählt in diesem Interview, warum sein Projekt für die israelischen Nachwuchsforscher interessant ist.
Herr Jäger, bitte erzählen Sie uns etwas über das Projekt und was es so interessant macht.
Die photovoltaische Solarenergie ist eine der wichtigsten Technologien, um die Menschheit mit umweltfreundlichem Strom zu versorgen. Für den weiteren Ausbau der Photovoltaik ist eine zuverlässige Modellierung des Energieertrags entscheidend. Wir haben ein optisches Modell entwickelt, das die Beleuchtungsstärke auf Solarmodulen in einem großen Solarmodulfeld vorhersagen kann, wenn reale Wetterdaten als Input gegeben sind. Für die Vorhersage des Energieertrags des Moduls ist jedoch auch die Temperaturabhängigkeit der Solarzellenleistung wichtig. In diesem Projekt wollen wir das Modell so erweitern, dass der Energieertrag von PV-Modulen genau vorhergesagt werden kann, wenn Temperatur- und - falls vorhanden - Winddaten einbezogen werden. Dazu möchten wir einfache physikalische Modelle vergleichen und diese mit datengetriebenen Lösungen abgleichen. Aus historischen Wetterdaten und Photovoltaik-Feldmessungen hoffen wir, mit maschinellem Lernen genauere Modelle zu finden.
Wie ist es zu diesem Projekt gekommen?
Solarzellen im Labormaßstab werden meist unter standardisierten Beleuchtungs- und Temperaturbedingungen charakterisiert. Unter realen Bedingungen ändern sich Beleuchtung und Temperatur jedoch ständig, daher sind zuverlässige Berechnungen der Energieausbeute notwendig. Besonders bei bifazialen Solarmodulen kann die optische Modellierung eine Herausforderung darstellen. Eine detaillierte optische Modellierung reicht jedoch nicht aus und es müssen weitere Umgebungsfaktoren berücksichtigt werden, um den zu erwartenden Energieertrag genau vorherzusagen.
Welche aktuellen Studien aus Ihrer Gruppe waren besonders spannend?
Wir haben in den letzten Jahren bereits einige Studien zu diesen Themen veröffentlicht. In [1] haben wir ein Beleuchtungsmodell für große Photovoltaikanlagen entwickelt, mit dem wir die Anordnung der Solarmodule zur Ertragsmaximierung optimieren konnten. In [2] haben wir Ertragsberechnungen für Tandem-Solarzellen durchgeführt, die das Sonnenspektrum effizienter ausnutzen, aber empfindlicher auf spektrale Veränderungen reagieren. Außerdem schätzen wir den Effekt der Lumineszenzkopplung ab, die den Ertrag noch weiter steigern könnte.
Wie ist es, in Ihrem Labor zu arbeiten? Wie viele Leute sind dort und welchen Hintergrund haben Sie?
In der "Abteilung Optik für Solarenergie" sind wir eine kleine Gruppe von Leuten, die hoch motiviert sind, Solarzellen mit fortschrittlichen optischen Konzepten zu verbessern. An den Simulationen arbeiten Sie mit dem Doktoranden Peter Tillmann, dem Senior-Wissenschaftler Klaus Jäger und der Gruppenleiterin Christiane Becker.
