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'''Solarsimulation''' bezeichnet die „modellhafte [[Simulation]] solarer [[Energiegewinnung]]“, also „das Durchspielen von Szenarien der Energiegewinnung mittels [[Solaranlage]]n im [[Modell]] am [[Computer]]“ zum Zwecke einer wirtschaftlichen [[Dimensionierung]] sowie einer günstigen [[Auslastung]] derartiger Solaranlagen im praktischen [[Betrieb]].

Anlagen zur Nutzung von [[Sonnenenergie]], also [[Photovoltaikanlage]]n wie auch [[Solarthermie|solarthermische Anlagen]], funktionieren in komplexen Zusammenhängen. Viele Faktoren haben Einfluss auf die technische Funktionstüchtigkeit und die [[Wirtschaftlichkeit]]. Darum werden verschiedene relevante Größen bei der Energiegewinnung mittels Solaranlagen am Computer [[Modellierung|modelliert]], [[Dimensionierung|dimensioniert]] und [[Simulation|simuliert]].

== Grundlegendes ==
=== Einige wichtige Einflussgrößen bei der Bestimmung der Effizienz der solaren Energiegewinnung ===
Rechenverfahren und [[Computerprogramm]]e zur Effizienzbestimmung der [[Energiegewinnung]] mit Solaranlagen begleiten die Entwicklung der [[Solartechnik]] von der Entwicklungs- und [[Konstruktion]]sphase bis hin zur Anlagenaufstellung. Sie helfen dabei, Antworten auf Fragen wie etwa die nachfolgenden zu finden:
* Wie nachteilig ist ein Anlagenstandort im Norden gegenüber dem Süden? (Stichwort: Regionales solares Mikroklima)
* Welchen Einfluss hat die Ausrichtung der [[Solarmodul]]e bzw. [[Sonnenkollektor|Kollektoren]]? (Stichwort: Ausrichtung nach der Sonne)
* Welche Neigung<ref>Volker Quaschning: ''Regenerative Energiesysteme: Technologie - Berechnung - Klimaschutz.'' 10., aktualis. u. erw. Aufl., C. Hanser Verl., München [2019], ISBN 978-3-446-46113-0, S. 82 ff.</ref> ist optimal? (Stichwort: Optimaler Neigungswinkel)
* Wie wirkt sich der Schattenwurf von Gebäudeteilen, Bäumen u. Ä. aus? (Stichwort: [[Verschattungsanalyse]])

Für die Messung der Sonneneinstrahlung<ref>Adolf Goetzberger, Volker Wittwer: ''Sonnenenergie: physikalische Grundlagen und thermische Anwendungen.'' 3., überarb. und erw. Aufl., Teubner Verl., Stuttgart 1993, ISBN 3-519-23081-X, S. 49 ff.</ref> können an [[Messgerät]]en unter anderem [[Pyranometer]], [[Pyrheliometer]] und [[Aktinometer]] verwendet werden.

=== Wirtschaftlichkeit und Wirkungsgrade der einzelnen Anlagenkomponenten ===
Eine Solaranlage muss von Anfang an so ausgelegt sein, dass sie möglichst wirtschaftlich arbeitet und die geforderte Leistung erbringt. Eine kritische Analyse der [[Wirkungsgrad]]e und Effektivität der einzelnen Anlagenkomponenten ist für [[Hersteller]], Anlagenbauer und [[Betreiber|Anlagenbetreiber]] / Nutzer von großer Wichtigkeit.

== Simulation am Computer: Solar-Simulationsprogramme mit Zeitschritt-Simulation ==
Solar-[[Simulation]]sprogramme arbeiten mit Zeitschritt-Simulation; d. h., sie berechnen die Anlagenzustände und Energiesummen in Zeitabständen von wenigen Minuten.

Für eine korrekte Simulationsrechnung sind die Daten der [[Solareinstrahlung]] und der Außentemperatur, Formeln für die Berechnung des [[Sonnenstand]]es<ref>[[Ulf Bossel]]: ''Sonnenstand, Bestrahlungsdauer und Kosinusstunden für geneigte Flächen.'' / Gesellschaft für Solare und Energiesparende Technologien (Hrsg.), (Solentec-Report; 1) Solentec GmbH, Adelebsen 1978, ISBN 3-922148-00-X.</ref> und Angaben zu den Wirkungsgraden der einzelnen Anlagenkomponenten, z. B. Kollektor- oder Solarmodul, [[Wärmeübertrager]] oder [[Wechselrichter]] notwendig.
Weiterhin ist bei solarthermischen Simulationsprogrammen die Nachbildung des [[Solarwärmespeicher]]s von zentraler Bedeutung: Da im Falle von [[Warmwasserspeicher]]n<ref>Adolf Goetzberger, Volker Wittwer: ''Sonnenenergie: physikalische Grundlagen und thermische Anwendungen.'' 3., überarb. und erw. Aufl., Teubner Verl., Stuttgart 1993, ISBN 3-519-23081-X, S. 152 ff.</ref> als Solarwärmespeicher warmes Wasser leichter als kaltes Wasser ist, steigt dieses im Solarwärmespeicher auf (typische Temperaturwerte in einem Solarspeicher variieren von 10 °C (unten) bis über 90 °C (oben)<ref name=solarsimulation>[http://www.solartoolbox.ch/simulation/ Solarsimulations-Webservice (gratis) mit graphischer Darstellung der Temperaturverteilung im Solarspeicher]</ref>).
Wird der Speicher simulationstechnisch nicht genau nachgebildet, so können die Kollektorerträge auch nicht genau gerechnet werden, da der Kollektorertrag eine starke Abhängigkeit von der Kollektorbetriebstemperatur aufweist. Die Kollektorbetriebstemperatur wiederum ist sehr stark abhängig von der Temperatur des Wassers, welches aus dem Solarspeicher in den Kollektor gepumpt wird. Außerdem spielt bei solarthermischen Anlagen eine Rolle, ob von einer Konzentrierung der Sonneneinstrahlung Gebrauch gemacht wird<ref>Adolf Goetzberger, Volker Wittwer: ''Sonnenenergie: physikalische Grundlagen und thermische Anwendungen.'' 3., überarb. und erw. Aufl., Teubner Verl., Stuttgart 1993, ISBN 3-519-23081-X, S. 76 ff.</ref> oder ob andernfalls bloß die natürliche Sonneneinstrahlung genutzt wird.

== Erreichbare Wirkungsgrade ==
Die erreichbaren [[Wirkungsgrad]]e hängen von der Intensität der Sonneneinstrahlung<ref>Volker Quaschning: ''Regenerative Energiesysteme: Technologie - Berechnung - Klimaschutz.'' 10., aktualis. u. erw. Aufl., C. Hanser Verl., München [2019], ISBN 978-3-446-46113-0, S. 86 f.</ref> und von den Anlagentemperaturen ab (auch bei der Photovoltaik) und werden als „SFi“ (Solarer Deckungsgrad) angegeben. Bei solarthermischen Anlagen können die Wirkungsgrade über das Jahr stark schwanken, da ein Kollektor heißer sein muss als der Speicher bzw. Verbraucher, bevor er überhaupt Energie an diesen abgeben kann. Zu berücksichtigen sind Systemzustände, in denen ein Kollektor in den „Stagnationsbetrieb“ schalten muss, weil die Wärmespeicher die Maximaltemperatur erreicht haben.

Bei [[Photovoltaik|photovoltaischen]] Inselanlagen (mit [[Solarbatterie|Energiespeicher]]) können Simulationsprogramme auf ähnliche Weise die Lade- und Entladevorgänge vorausberechnen und so helfen, die PV-Module und den [[Akkumulator]] richtig zu dimensionieren.

Für [[Stromnetz|netzgekoppelte]] Photovoltaikanlagen besteht das Problem überschüssiger Solarenergie nicht. Die Wirkungsgrade der Komponenten hängen praktisch nur von den Einstrahlungs- und Temperaturdaten ab. Im Hinblick auf die erreichbaren Einspeisevergütungen (in Deutschland nach dem [[Erneuerbare-Energien-Gesetz]]) und die damit verbundenen Renditen sind genaue Ertragsvorhersagen jedoch auch bei diesem Anlagentyp von Interesse.

Das regionale solare Mikroklima<ref>Gerhard Luther, Thomas Bouillon: ''European solar microclimates.'' (final report; EG-Projekt; 1 April 1986 - 31 March 1989; Contract 0328698A) Staatliches Institut für Gesundheit und Umwelt, Saarbrücken 1989.</ref> besitzt Einfluss auf die erreichbaren Wirkungsgrade in Solaranlagen. Ein Einfluss auf erreichbare Wirkungsgrade ist mittel- und längerfristig auch durch den [[Globale Erwärmung|Klimawandel]] zu erwarten. Darum werden derartige Einflüsse wissenschaftlich untersucht.<ref>Sina Lohmann: ''Langzeitvariabilität der globalen und direkten Solarstrahlung für Solarenergieanwendungen.'' In: ''Forschungsbericht / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft.'' (Köln) ({{ISSN|1434-8454}}) H. 13 (2006) [zugl. Diss. Univ. München].</ref>

== Sonnensimulatoren: Simulation der Sonneneinstrahlung durch Versuchsanordnung mit künstlichen Licht-Wärme-Quellen ==
{{Hauptartikel|Sonnensimulator}}
Der Begriff „Solarsimulation“ wird auch im Zusammenhang mit der [[Sonnensimulator (Photovoltaik)|Simulation der Sonneneinstrahlung mittels künstlicher Licht-Wärme-Quellen]] verwendet. Sogenannte Sonnensimulatoren<ref>Volker Quaschning: ''Regenerative Energiesysteme: Technologie - Berechnung - Klimaschutz.'' 10., aktualis. u. erw. Aufl., C. Hanser Verl., München [2019], ISBN 978-3-446-46113-0, S. 101 und 106 f.</ref> werden für Messstände in geschlossenen Räumen, bei der [[Wirkungsgrad]]bestimmung von [[Sonnenkollektor]]en oder [[Solarmodul]]en, aber auch bei der Prüfung von Werkstoffen auf Alterung unter [[UV]]- und Temperatureinflüssen verwendet.

== Literatur ==
* Djamila Rekioua, Ernest Matagne: ''Optimization of photovoltaic power systems: modelization, simulation and control.'' (Green energy and technology) Springer, London 2012, ISBN 978-1-4471-2348-4.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Modellierung und Simulation]]
[[Kategorie:Solarthermie]]
[[Kategorie:Photovoltaik]]
[[Kategorie:Energietechnik]]

Solarsimulation - Versionsgeschichte

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