Technische Informationen zur Wetterstation Campuswetter

Gesamtstruktur der Wetterstation Campuswetter


Strukturbild der Komponenten, des Aufbaus und der Funktionsweise der Wetterstation Campuswetter

Das Strukturbild der Wetterstation zeigt die eingesetzten Komponenten, deren Verschaltung sowie die Energie-, Messsignal- und Informationsflüsse. Die meteorologischen Größen werden dabei durch verschiedene Sensoren im Messfeld erfasst. Diese sind an ein modular aufgebautes Messwerterfassungssystem angebunden, welches die Messsignale digitalisiert und vorverarbeitet. Im Anschluss an die Vorverarbeitung werden die Messdaten zum einen auf dem Erfassungssystem selbst dargestellt und zum anderen in eine Datenbank auf einen externen Server übertragen. Dieser bildet die Basis für diese Webdarstellung. Die Energieversorgung der Station erfolgt teilautark auf Basis der regenerativen Energien Photovoltaik und Windkraft. Die Installierten Systeme speisen über Wechselrichter in das Stromnetz der Station ein, wobei überschüssige Energie in einem Energiespeicher gepuffert und bei Bedarf wieder abgegeben wird.

Nachfolgend sind detailliertere technische Informationen zur Station aufgelistet, welche durch zahlreiche Abbildungen ergänzt werden:

Die Sensorik der Wetterstation

Sensorik der Wetterstation im Messfeld



Die Erfassung der meteorologischen Größen erfolgt durch eine Vielzahl von Sensoren, welche im Messfeld installiert sind. Zu den Sensoren zählen unter anderem ein Windrichtungs- (Windfahne) und ein Windgeschwindigkeitsgeber (Schalensternanemometer), welche in einer Höhe von sechs Metern montiert sind. Diese klassischen Windmessgeräte werden zur Validierung durch eine ultraschallbasierte Windmessung ergänzt, welche ebenfalls in sechs Metern Höhe erfolgt. Die ultraschallbasierte Messung ist dabei integraler Bestandteils des Clima Sensors US der Firma Adolf Thies GmbH & Co. KG. Bei diesem Sensor handelt es sich um ein Multi-Sensor-System, welches neben der Windgeschwindigkeit auch zahlreiche weitere Größen wie die Lufttemperatur, die Luftfeuchtigkeit, den Luftdruck, die Niederschlagsintensität und die Niederschlagssumme sowie die himmelsrichtungsabhängige Helligkeit bestimmen kann. Die Niederschlagsmessung weist dabei die Besonderheit auf, dass sie radarbasiert erfolgt. Um diese unkonventionelle Art der Niederschlagsmessung zu validieren, erfolgt parallel eine Niederschlagsmessung auf Basis eines Niederschlagssammlers mit Kippwaage. Die Strahlungsmessung der Station umfasst neben der bereits benannten Helligkeitsmessung einen Globalstrahlungssensor und einen UV-Sensor. Auf Basis dieser Sensoren ist es möglich, beinahe das gesamte Spektrum der von der Sonne emittierten Strahlung zu erfassen und Korrelationen zu den Erträgen der Photovoltaikanlagen aufzustellen. Ergänzt wird diese klassische meteorologische Sensorik durch ein Photovoltaikmesssystem, womit sowohl die himmelsrichtungs- als auch neigungsabhängige Leistung von Photovoltaikzellen ermittelt werden kann.

Die Messdatenerfassung und -verarbeitung



Um die Messwerte der Sensoren zuverlässig aufnehmen und verarbeiten zu können, wurde ein Messwerterfassungssystem konzipiert und realisiert, dessen Kern ein Industrie-Panel-PC mit einer Soft-SPS bildet. Die Sensoren im Messfeld sind dabei an einem vor Ort installierten Schaltschrank angeschlossen, in dem sich neben der Energieversorgung für die Sensorik auch dezentrale Peripherie (Buskoppler) der Soft-SPS befindet. Die Signale der Sensoren werden dem Buskoppler zugeführt und von diesem digitalisiert. Über das industrielle Kommunikationssystem EtherCAT erfolgt dann eine Übertragung der Messwerte in den Container, wo sie von der Soft-SPS eingelesen und verarbeitet werden. Die SPS errechnet dabei aus dem Messwert in Form eines elektrischen Signales (z.B. ein Spannungs- oder Stromsignal) die meteorologische Größe und überprüft diese auf Plausibilität. Darüber hinaus errechnet die Steuerung in Abhängigkeit der Messgröße Mittelwerte, Tagessummen und weitere Größen, die für die Bildung der meteorologischen Historie interessant sind.

Die Messdatenspeicherung



Ausgehend von der Vorverarbeitung der Messwerte auf dem Industrie-PC werden diese protokollbasiert auf einen externen Server übertragen und dort in einer Datenbank gespeichert. Hierbei kommen in Abhängigkeit der Messgröße unterschiedliche Speicherzyklen zustande. Dynamische Größen, wie beispielsweise die Windgeschwindigkeit, werden sekündlich gespeichert, wohingegen weniger dynamische Größen (wie die Lufttemperatur) nur minütlich geloggt werden. Hierbei dienen unterschiedliche Datenbanktabellen für eine klare Strukturierung innerhalb der Datenbank. Die Datenbank ermöglicht es dabei, Messdaten von großen Zeiträumen sicher abzuspeichern und flexibel auf die Daten zuzugreifen. Auf dieser Basis ist es so möglich, eine kontinuierliche Wetterhistorie für den Standort zu generieren. Die Datenbank wird seit Mai 2017 mit Messdaten gespeist und enthält mittlerweile mehrere Millionen Datensätze.

Die Messdatendarstellung



Neben der Darstellung der Wetterdaten auf dieser Webseite werden die Messwerte auch auf dem Display des Industrie-Panel-PCs in Form einer Messwertvisualisierung dargestellt. Dies bietet zum einen die Möglichkeit, den Verlauf der Messwerte vor Ort verfolgen zu können und vereinfacht darüber hinaus die Fehlersuche im seltenen Fall einer Störung des Systems. Zusätzlich werden die aktuellen Messwerte als RSS-Feed bereitgestellt, welcher minütlich in der Fußzeile der Monitore auf dem Campus Herrenkrug einsehbar ist.

Die Energieversorgung



Die Energieversorgung der Station erfolgt teilautark auf Basis der regenerativen Energieträger Photovoltaik und Windenergie. Hierbei sind zum aktuellen Zeitpunkt zwei Photovoltaikanlagen und eine Windkraftanlage im Einsatz, welche über Wechselrichter in das Stromnetz der Station einspeisen. Überschüssige Energie wird dabei durch einen Energiespeicher (5 kWh) aufgenommen und bei Bedarf wieder abgegeben. Ergänzt wird die Energieversorgung durch einen Anschluss an das Stromnetz der Hochschule, um auch bei längerem Ausbleiben von Sonnen- und Windenergie einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Auch die Erträge der Photovoltaik- und Windenergieanlagen werden dabei kontinuierliche gemessen und in der Datenbank abgespeichert. Die gesammelten Messwerte dienen dabei unter anderem der Untersuchung der Degradation der Module und bieten darüber hinaus Möglichkeiten zur Analyse unter dem Gesichtspunkt Smart-Grid im kleinen Maßstab.

Weitere Informationen zur Energieversorgung und den aktuellen Erträgen der Anlagen können hier eingesehen werden.

Aktuelle Wetterdaten

Aktuelle Wetterdaten am Standort Magdeburg

24.10.2021 - 21:21

Ort: Magdeburg, Campus der Hochschule

Lufttemperatur: 5.3 °C

Mittlere Windgeschwindigkeit: 2.52 km/h

Mittlere Windrichtung: Süd-Ost (142 Grad)

Relative Luftfeuchtigkeit: 78 %

Absoluter Luftdruck: 1017.4 hPa

Niederschlagsereignis: kein Niederschlag

Niederschlagssumme: 0 Liter/m²

Helligkeit: 0 kLux

UV Index: 0

Elektrische Feldstärke: -16.9 V/m

Projektleiter

Prof. Dr. Ing. Jörg Auge
Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Industriedesign
Institut für Elektrotechnik

Tel.: (0391) 886 43 88
Fax: (0391) 886 41 26
E-Mail: joerg.auge@hs-magdeburg.de

Besucheradresse: Haus 8, Raum 2.05

Ansprechpartner

bei Fragen oder technischen Problemen:

Florian Lange
Student Bachelor Elektrotechnik
E-Mail: wettersensor@et.hs-magdeburg.de

Institut für Elektrotechnik

Am Institut für Elektrotechnik werden folgende Studiengänge angeboten:

Elektrotechnik oder Elektrotechnik dual mit paralleler Berufsausbildung

  • IT- und Kommunikationsnetze
  • Industriesteuerungen (Automatisierungstechnik)
  • Elektrische und Regenerative Energieversorgung

Mechatronische Systemtechnik

Informationstechnik – Smarte Systeme

Hintergrund Bild