Einstrahlung

Die Modellierung der Einstrahlung ist der erste Schritt in der Simulations-Kette für photovoltaische Systeme.

Aus den Klimadaten, die die Umgebungstemperatur und die solare Einstrahlung meist in stündlicher Auflösung enthalten, wird die Einstrahlung auf die PV-Module berechnet. Dazu sind eine Reihe von Teil-Schritten nötig:

  1. Berechnung der Sonnenposition
  2. Berechnung der extraterrestrischen Strahlung
  3. Berechnung der Geometrie von Modulfläche und Winkel der Einstrahlung (Nachführung)
  4. Aufteilung der Einstrahlung in direkte und diffuse Komponenten (Diffus-Modell)
  5. Berechnung der Abschattungsverluste durch ferne Objekte (Horizont-Verschattung)
  6. Berechnung der Einstrahlung auf die geneigte Ebene
  7. Berechnung der Bodenreflexion

Daran anschließend wird die Einstrahlung berechnet, die dem PV-Modul tatsächlich zur Verfügung steht. Dies erfolgt in der Simulationskette “PV-Modul”.

Der Strahlungsgenerator für die zeitschrittbasierte Simulation in PV*SOL.

In grün sind Eingangs-Parameter dargestellt, in grau Zwischengrößen und in gelb die Modelle, die die eigentliche Berechnung übernehmen. Blau steht für einfache Rechenoperationen wie Addition, Subtraktion oder trigonometrische Berechnungen.

Zeitliche Auflösung

Die Simulation der Einstrahlung und der PV-Module kann in unterschiedlichen zeitlichen Auflösungen erfolgen. Je kleiner die zeitliche Auflösung, desto genauer werden die Simulationsergebnisse. Standardmäßig wird in PV*SOL® mit Stundenwerten gerechnet. Für Systeme mit Verbrauchern, Batteriespeichern oder Elektrofahrzeugen empfiehlt sich jedoch dringend, in Minuten-Auflösung zu simulieren. Auch für PV-Anlagen mit Dimensionierungsfaktoren von > 115% sind Minutenwerte unerlässlich.

Siehe Synthese von Minutenwerten der Strahlung

Eingangs-Parameter

  • Zeit (Zeitschritt $t$ der Simulation)
  • Klimadaten:
    • GHI: Globalstrahlung auf die Horizontale (global horizontal irradiance, GHI)
  • Standort der Anlage:
    • Längengrad, Breitengrad, Zeitzone
  • Ausrichtung der Anlage
    • $ \alpha_M $: Azimuth
    • $ \gamma_M $: Elevation (Neigung der Anlage, 0°: horizontal, 90°: vertikal)
  • Angaben zur Verschattung
    • Horizontlinie oder
    • prozentuale Verschattung
  • Albedo (Bodenreflexion)

Siehe auch