Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE)

Energiemeteorologisches Labor

An der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg wird seit Frühjahr 2014 als Kooperationsprojekt zwischen dem Institut für Technik, Ressourchenschonung und Energieeffizienz (TREE) sowie dem Internationalen Zentrum für Nachhaltige Entwicklung (IZNE) eine Wetterstation betrieben. Die wetterspezifischen Daten wie beispielsweise Temperatur, Niederschlag und Globalstrahlung werden dann genutzt, um die Einflüsse des Wetters auf die Energieerzeugung durch Erneuerbare Energien zu analysieren und zu bewerten.
Wetterstation_Energiemeteorologie_Meilinger

Die Messungen werden ergänzt durch hochaufgelöste Strahlungsmessungen (direkte und diffuse Komponenten und Spektrum), sowie von Photovoltaik (PV)-Erträgen unterschiedlicher Modultypen (polykristallines und amorphes Silizium). Zusätzlich werden mit zwei unterschiedlichen Wolkenkamera-Systemen Bewölkungssituationen aufgenommen und analysiert. Das Labor dient dem Zweck, die Prognose der Strahlung zu verbessern und die verbesserten Prognosen zur Steuerung von Photovoltaik (PV)-Speicher-Systemen zu verbessern. Dabei untersuchen wir zum einen netzintegrierte PV-Hybridsysteme mit Batterien. Darüber hinaus untersuchen wir auch PV-Power-to-Gas-to-Power Systeme, also Photovoltaiksysteme, die an Wasserstoff-Metallhydrid-Speicher angebunden sind. Zu diesem Zweck arbeiten wir eng mit dem Wasserstofflabor im TREE zusammen. Mit den von uns entwickelten Simulationsmodellen testen wir unterschiedliche prognosebasierte Steuerungsalgorithmen für die oben genannten Systeme.

„Das Management der Energieinfrastruktur muss viel effektiver an wechselnde Wetterlagen angepasst werden. Insbesondere die dezentrale Einspeisung und Speicherung von Strom aus PV-Anlagen stellt die Betreiber der Verteilnetze vor neue Herausforderungen bei Ausbau und Betrieb der Netze der Zukunft. Als Atmosphärenphysikerin ist eine der zentralen Fragen meiner Forschung daher, wie wir Ertragsvorhersagen für die Steuerung der Netze sowie von dezentralen Speichern optimieren können.”

Prof. Dr. Stefanie Meilinger - Professorin für Nachhaltige Technologien, insb. Energieeffizienz und Erneuerbare Energien, Fachbereich IWK

Meilinger-Stefanie FBEMT 20150701 StA Foto S.Flessing.jpg (DE)

Messgeräte des Energiemeteorologischen Labors

Energiemeteorologische Labore 2

Diese Website gibt einen Überblick der einzelnen Messgeräte mit technischen Details, gemessenen Parametern und Verwertung der Daten. Die Daten des Energiemeteorologischen Labors werden sowohl für die Wetterprognosen durch Meteomedia als auch für Forschungsprojekte an der Hochschule verwendet. Im Nachgang finden Sie daher ebenfalls Informationen über laufende bzw. abgeschlossene Forschungsprojekte sowie Möglichkeiten der Forschungskooperation.

Wetterstation

Wetterstation Dach Teil mit Windrichtung , Windgeschwindigkeit, Globalstrahlung und Sonnenscheindauer Sensoren (DE)

Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg betreibt am Standort Sankt-Augustin eine WMO-konforme Wetterstation. Diese wird in Kooperation mit der Firma Meteomedia betrieben, die im Gegenzug standortoptimierte Wetterprognosen zur Verfügung stellt.
Die Sensoren der Station ermitteln 10minütige Mittelwerte für folgende Variablen:

  • Windrichtung
  • Windgeschwindigkeit
  • Lufttemperatur
  • Relative Luftfeuchtigkeit (berechnet)
  • Taupunkt (berechnet)
  • Erdoberflächentemperatur
  • Niederschlagsmenge
  • Niederschlagsstatus (ja/nein)
  • Globalstrahlung
  • Sonnenscheindauer

Schauen Sie sich gerne die aktuellen Stationsmesswerte von Meteomedia sowie die Ergebnisse der Meteomedia-Prognose (in 3h Auflösung) für die kommenden 4 Tage an.

Sun Tracker - Strahlenmessung

Sun Tracker zur Messung von Global-, Diffus- und Direktnormalstrahlung (Gesamtansicht) (DE)

Mithilfe eines Sun-Trackers werden Global-, Diffus- sowie Direktnormalstrahlung gemessen.

Technische Details:
SOLYS 2 (Firma Kipp & Zonen)

  • Zwei Pyranometer, eines mit und eines ohne Beschattung, ein drittes siliziumbasiertes Pyranometer sowie ein Pyrheliometer (Kipp & Zonen)

  • Ventialtionseinheiten zur Vermeidung von Taubildung

  • Digitaler Combilog (Firma Theodor Friedrichs & Co.) mit einer zeitlichen Auflösung des Scans von 0.5s bis zu 1h (Zeiterfassung 1s to 12h)

  • Eine Ethernet Verbindung ermöglicht die Kontrolle und den Daten Download vom Labor PC

All Sky Camera / Cloud Camera - Bewölkung

cloudcam_hbrs.jpg (DE)

Mithilfe einer Fischaugenkamera wird die Bewölkung über der Messstation als digitales Foto erfasst und der Bedeckungsgrad analysiert. Die Kamera beobachtet den Himmel und macht jede Minute mit einem Fish Eye Objektiv Bilder im 360 Grad Radius. Die Kamera macht gleichzeitig 2 Bilder, einmal normal belichtet und einmal unterbelichtet, die von der Software Find Cloud analysiert werden können. Zusätzlich werden mit einer zweiten Kamera Videoaufnahmen zur Auswertung der Bewölkungssituation aufgezeichnet. Datenaustausch zwischen Messstation und Labor ist via Ethernet realisiert. Die Bilder werden fortlaufend an den Kontroll-PC gesendet.

Zusätzlich werden mit zwei unterschiedlichen Wolkenkamera-Systemen Bewölkungssituationen aufgenommen und u.a. mithilfe von Maschinellem Lernen analysiert.

Technische Details:

  • Cloud Cam ( Firma EKO)
  • GV-EFER3700 (Firma GeoVision)

Photovoltaik Teststand

Photovoltaik Teststand Gesamtübersicht (DE)

Photovoltaik Anlage I (polykristallines Silizium)

  • Modultyp: SolarWorld SW 235-poly

  • Ertragsmessung mit < 1 sekündiger zeitlicher Auflösung
  • Regelmäßige Erfassung der U-I-Kennlinie
  • Messung der Modulrückseitentempertatur sowie der Einstrahlung mit verschiedenen Pyranometern

Photovoltaik Anlage II (amorphes Silizium)

  • Modultyp: Dünnschicht Solarmodul 45 Wp21V, Contrad Electronic SE

  • Ertragsmessung ausgesetzt

Spektrometer

Spektrometer Seitenansicht in geneigter Ausrichtung (DE)

Das Spektometer ergänzt die Strahlungsmessungen

  • Das Spektrometer misst das Spektrum der Globalstrahlung

  • In einem Wellenlängenbereich von 350 – 1700 nm

  • Messintervall: (<=1 Messung/Minute)

  • Auflösung: (FWHM: VIS ~1nm; NIR ~5nm; Schrittweite ~2nm)

  • Eingangsoptik ist eine Ulbrichtkugel

  • Hersteller ist die Firma CMS Schreder aus Östereich

  • Datenverbindung zum Labor-PC über eine Ethernet Verbindung (Kontrolle und Datenmanagment)

Ausgewählte Forschungsprojekte

PV-Sp - Verbesserung der PV-Ertragsvorhersage für die Speichersteuerung - ein Pilotprojekt mit Dachanlagen

Im PV-Sp Projekt wird eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, um zu prüfen ob auf der Basis der PV-Erträge von PV-Batteriesysteme eine Strahlungskarte erstellt werden kann, die zu einer Verbesserung der vorhergesagten PV-Leistung führt.
Zum Projekt
Projekt PV-Sp Photovoltaik Anlage auf dem Dach (DE)

EnerSHelf – Energieversorgung für Gesundheitseinrichtungen in Ghana

Wie in vielen Entwicklungs- und Schwellenländern, kommt es auch in Ghana immer wieder zu Stromausfällen. Hierfür gibt es sogar ein eigenes Wort: „dumsor“. Hinzu kommt die Instabilität des Stromnetzes. Beides führt zu erheblichen Beeinträchtigungen im Gesundheitssektor, da das Licht im Operationssaal fehlt oder lebensrettende medizinische Geräte ausfallen können. Obwohl Strom aus Photovoltaikanlagen hier Abhilfe schaffen könnte, ist der PV Markt in Ghana noch relativ unerschlossen.
Zum Projekt
PV_Anlage_Akwatia_Ghana_Projekt_Enershelf

MetPVNet - Satelliten- und Meteorologie-unterstützte Vorhersage der Energieerzeugung von PV-Anlagen auf Verteilnetzebene: Entwicklung, Validierung, Anwendung

Forschungsprojekt zur (Weiter-)Entwicklung innovativer energiemeteorologischer Methoden zu satellitenbasierten Vorhersagen von Einstrahlung und PV-Leistung auf Anlagenebene
Zum Projekt
MetPVNet_Meilinger_Meteorologie

Landnutzungsbedingter Einfluss von Aerosolen auf Solarenergieerzeugung

Der weltweite Energiebedarf nimmt Jahr für Jahr zu. Einerseits wird dieser durch das Bevölkerungswachstum und andererseits durch den steigenden Bedarf an technischen Geräten, Reisen/Transport und Konsumgütern getrieben.
Zum Projekt
cloudcam_hbrs.jpg (DE)

Forschen und Kooperieren

Kooperation mit der H-BRS - Testimonial Stefanie Meilinger

In vielen Unternehmensstrategien ist die Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen längst als wichtiges Element der Open Innovation etabliert. Bei konkreten Forschungsideen oder bei der Unterstützung unternehmerischer Herausforderungen, steht die Hochschule als wissenschaftliche Partnerin mit ihrer Expertise zur Seite.

Bei Interesse an einer Zusammenarbeit, nehmen Sie gerne Kontakt auf.

Kontakt

Stefanie Meilinger Portrait Nov 23 IZNE

Stefanie Meilinger

Professorin für Nachhaltige Technologien, insb. Energieeffizienz und Erneuerbare Energien, Direktorin des Internationalen Zentrums für Nachhaltige Entwicklung (IZNE) und Mitglied des Instituts für Technik, Ressourcen- und Energieeffizienz (TREE), Mitglied des Promotionskollegs NRW , Studiengangleiterin Nachhaltige Ingenieurwissenschaft (NI) , Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation (IWK)

stefanie.meilinger@h-brs.de

Forschungsfelder

Standort

Sankt Augustin

Raum

F 321

Adresse

Grantham-Allee 20

53757 Sankt Augustin

Telefon

+49 2241 865 718

Fax

+49 2241 865 8718
Prof. Dr. Stefanie Meilinger