Unsicherheiten von Ertragsprognosen für Photovoltaik-Kraftwerke unter besonderer Berücksichtigung langfristiger Variationen des Solarstrahlungs-Potenzials

Ziel dieser Arbeit ist die realistische Quantifizierung der bei der Erstellung von Ertragsprognosen auftretenden Unsicherheiten unter besonderer Berücksichtigung langfristiger Variationen des Solarstrahlungs-Potenzials. Daneben sollten mögliche Verbesserungs-Potenziale zur Prognose der Erträge von PV-Kraftwerken identifiziert und umgesetzt werden. Dazu wird zunächst die Konzeption und Methodik von Ertragsgutachten für PV-Kraftwerke systematisch erfasst und beschrieben. Die relevanten Begrifflichkeiten werden definiert. Zur Verbesserung der bisher rein vergangenheitsbezogenen Betrachtungsweise bei der Charakterisierung der einem PV-Kraftwerke für die Energieumwandlung zur Verfügung stehenden Solarstrahlung, wird der Übergang zu einer auf die Zukunft bezogen Sichtweise zur Bestimmung des Solarstrahlungs-Potenzials vorgeschlagen. Darüber hinaus wird eine Methodik zur Quantifizierung, Kombination und Darstellung der auftretenden Unsicherheiten entwickelt, die in der Lage ist, Prognoseunsicherheiten einzelner Jahre sowie des jährlich kumulierten Ertrags unter Berücksichtigung von langfristigen Effekten und jährlichen Variationen der Solarstrahlung zu bestimmen. Anschließend werden auf Basis von Messdaten des DWD langfristige Trends der Solarstrahlung in Deutschland sowie ihre Auswirkungen auf Ertragsprognosen untersucht. Danach ist der Untersuchungszeitraum 1951 bis 2010 in eine »Dimming«-Phase mit abnehmender Solarstrahlung und eine »Brightening«-Phase mit zunehmender Solarstrahlung geteilt. Der Wendepunkt liegt am Anfang der 1980er Jahre. Anhand der Messdaten wird gezeigt, dass aufgrund dieser Trends im Mittel Abweichungen in Höhe von etwa 3% zwischen der horizontalen Globalstrahlung in einem Referenzzeitraum und der Globalstrahlung in einem darauf folgenden 20jährigen Prognosezeitraum auftreten. Für die Einstrahlung in geneigte oder nachgeführte Flächen sind noch deutlichere Abweichungen zu erwarten. Auf Basis der Untersuchungen wird zur Reduzierung des Einflusses von Strahlungstrends vorgeschlagen, anstatt der bisher als Standard anzusehenden Verwendung möglichst langfristiger Referenzzeiträume, lediglich 10jährige Referenzzeiträume zur Bestimmung des Solarstrahlungs-Potenzials zu verwenden. Schließlich werden bereits erstellte Ertragsprognosen mit Messungen an kommerziell betriebenen PVAnlagen verglichen. Der Vergleich zeigt, dass Ertragsprognosen, die sehr langfristige Referenzzeiträume verwenden, die gemessenen Erträge systematisch um etwa 5% unterschätzen. Es kann gezeigt werden, dass diese Unterschätzung auf langfristige Trends der Solarstrahlung zurückzuführen ist. Die Unsicherheiten der untersuchten Ertragsprognosen werden mit Hilfe der vorgestellten Methodik berechnet und mit den Messdaten verglichen. Dabei wird ein Ansatz zur Beschreibung der auftretenden Unsicherheiten mit Hilfe von asymmetrischen Wahrscheinlichkeitsverteilungen entwickelt und untersucht, der im Vergleich zur bisher in Ertragsgutachten unterstellten Normalverteilung aller auftretenden Unsicherheiten physikalisch sinnvoller erscheint.