Erneuerbare Energieträger an der Wetterstation der Hochschule Magdeburg-Stendal

Die Energieversorgung der Wetterstation der Hochschule Magdeburg-Stendal erfolgt teilautark auf Basis der regenerativen Energieträger Photovoltaik und Windenergie in Kombination mit einem Energiespeicher. Die Bilder zeigen einige der verwendeten Komponenten und Baugruppen, die für den Betrieb nötig sind. Ergänzt werden diese durch eigens konzeptionierte und realisierte Messsysteme, die eine kontinuierliche Erfassung aller nötigen Parameter des Systems ermöglichen.

Das Energiekonzept der Wetterstation umfasst zwei Photovoltaikanlagen und eine Windkraftanlage.

Die Photovoltaikanlage 1 besteht aus fünf monokristallinen Zellen mit einer Fläche von jeweils 1,7 m². Jedes dieser Module verfügt über eine Nennleistung von 330 W, was zu einer Gesamtleistung dieser Anlage von 1,65 kW führt. Die Anlage ist nach Süden ausgerichtet und der Neigungswinkel beträgt 60°. Die Inbetriebnahme der Anlage war im Dezember 2018.

Die Photovoltaikanlage 2 umfasst ebenfalls fünf Zellen. Diese sind jedoch mit einer Fläche von 1 m² kleiner als die der Photovoltaikanlage 1. Es handelt sich hierbei um polykristalline Zellen. Die Fertigung dieser Zellen datiert etwa aus dem Jahr 2000. Die Anlage ist ebenfalls nach Süden ausgerichtet, der Neigungswinkel beträgt jedoch 30°. Die Anlage selbst wurde im Jahr 2018 gründlich gereinigt und anschließend nach längerer Ruhezeit wieder in Betrieb genommen.

Bei der Windkraftanlage handelt es sich um eine klassische horizontale Kleinwindkraftanlage mit einer Nennleistung von 500 W. Diese ist in einer Höhe von 6,3 m montiert, verfügt über 5 Rotorblätter und einen Durchmesser von 1,55 m. Die elektrische Energie wird durch einen dreiphasigen, permanenterregten Synchrongenerator bereitgestellt.

Die beschriebenen Energieträger speisen über Wechselrichter in das Stromnetz der Wetterstation ein. Überschüssige elektrische Energie wird durch einen Energiespeicher (Lithium-Ionen) mit einer Kapazität von 5 kWh aufgenommen. Durch diesen Energiespeicher ist es möglich, auch ein längeres Ausbleiben von Sonnen- und Windenergie zu überbrücken, ohne auf den konventionellen Stromanschluss angewiesen zu sein.

Um das Verhalten der Anlagen, die Erträge und Zusammenhänge zwischen Wettergeschehen und Anlagenleistung untersuchen zu können, sind alle drei Energieträger mit eigens hierfür konzeptionierten und realisierten Messsystemen ausgestattet. Hiermit ist es möglich, die elektrische Spannung und den elektrischen Strom der Energieträger kontinuierliche zu messen und hieraus die aktuelle Anlagenleistung und die Energieerträge zu errechnen. Die Berechnungen sowie die Messdatenaufbereitung und dauerhafte Speicherung ist dabei durch ein nachgeschaltetes Messwerterfassungssystem realisiert. Ein besonderer Dank geht in diesem Zusammenhang an die Firma Wago GmbH & Co. KG für die kostenfreie Bereitstellung der benötigten Messumformer zur Strom- und Spannungsmessung.

Im Folgenden sind einige Messwertdiagramme dargestellt, die unter anderem die elektrischen Parameter der Energieträger im Verlauf der vergangenen 24 Stunden aufzeigen. Hierzu zählen beispielsweise Anlagenspannung [V], Anlagenstrom [A] und die Anlagenleistung [W]. Darüber hinaus sind die jeweiligen Energieerträge [kWh] dargestellt. Auf Basis dieser Messwerte ist es langfristig möglich, genaue Aussagen über jährliche Erträge zu tätigen. Zusätzlich kann speziell bei den Photovoltaikanlagen die Degradation untersucht werden. Zusätzlich zu den bereits genannten Diagrammen werden die Zusammenhänge zwischen Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage und der Globalstrahlung [W/m²] sowie die Abhängigkeit der Leistung der Windkraftanlage [W] von der Windgeschwindigkeit [km/h] dargestellt.

Weitere Messwertdiagramme können auf Anfrage generiert werden.