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Bild: American Public Power Association/Unsplash

14.04.2021

Solarstrom zuverlässig berechnen

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 - eine gute Möglichkeit für junge Data Scientists Forschungserfahrungen im Ausland zu sammeln.

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. Bild: Andreas Gücklhorn/Unsplash

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.

   

HIDA: Bitte erzählen Sie uns etwas über das Projekt und was es so spannend macht.

Klaus Jäger: 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.

HIDA: Wie ist es zu diesem Projekt gekommen?

Jäger: 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.

HIDA: Welche aktuellen Studien aus Ihrer Gruppe waren spannend und warum?

Jäger: 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.

HIDA: Wie ist es, in Ihrem Labor zu arbeiten? Wie viele Leute sind dort, welchen Hintergrund haben sie?

Jäger: 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.

  

[1] P. Tillmann, K. Jäger, and C. Becker, Minimising levelised cost of electricity of bifacial solar panel arrays using Bayesian optimization. Sustainable Energy & Fuels, 2020, 4, 254-264.

[2] K. Jäger, P. Tillmann, E. A. Katz, and C. Becker, Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells: Effect of Luminescent Coupling and Bifaciality, 2020, 2000628.

    

Sie sind Datenwissenschaftlerin oder Datenwissenschaftler an einer der Mitgliedsinstitutionen der Israel Data Science Initiative und haben Interesse an diesem Projekt? Dann bewerben Sie sich jetzt bis zum 7. Mai 2021 für einen Austausch im Rahmen des Helmholtz Israel Exchange Programms.

   

Oder sind Sie Nachwuchswissenschaftlerin oder Nachwuchswissenschaftler in der Data Science an einem Helmholtz-Zentrum und haben Interesse, an einem israelischen Forschungsprojekt teilzunehmen? Dann bewerben sich ebenfalls bis zum 07. Mai 2021 über folgenden Link!

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