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Mit Metrologie in die Zukunft - Herausforderung Energie

Herausforderung Energie

Metrologie für regenerative Energien

Wind- und Solarenergie sind der Grundpfeiler der Energiewende. Die Aufgabe der PTB ist es, die deutsche Industrie auf diesen Gebieten mit gemeinsamen Forschungsprojekten und Dienstleistungen zu unterstützen. Jedoch werden auch moderne konventionelle Gas- und Dampfkraftwerke zumindest in einer Übergangszeit eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung Deutschlands spielen. Auch hier trägt Mess-Expertise aus der PTB – insbesondere in den Bereichen Druck-, Volumenstrom- und Temperaturmessung – dazu bei, die Effizienz dieser Kraftwerke zu steigern und damit den CO2-Ausstoß zu verringern. 

Kompetenz: Windenergie

Das Großkoordinatenmessgerät ermöglicht erstmals die metrologische Rückführung von Großbauteilen (5 m x 4 m x 2 m Messvolumen).

Im Jahr 2050 soll nach Plänen der Bundesregierung 50 Prozent der benötigten elektrischen Energie aus Windenergieanlagen stammen. Die technischen Anforderungen an leistungsstarke, hohe Windenergieanlagen mit großen Rotordurchmessern sind enorm und der Bedarf an Kalibrierungen für den zuverlässigen Betrieb der Anlagen groß. Daher hat die PTB ein Kompetenzzentrum Windenergie mit weltweit einzigartiger messtechnischer Infrastruktur errichtet. Die PTB ist damit das erste nationale Metrologie-Institut, das der Windindustrie eine zuverlässige und umfassende Qualitätssicherung anbieten kann. Das Knowhow umfasst unter anderem:

  • ein Großkoordinatenmessgerät zur metrologischen Rückführung von Großbauteilen (5 m x 4 m x 2 m Messvolumen) wie Getriebekomponenten mit höchster Präzision

  • die weltweit größte Normalmesseinrichtung für Drehmomente von bis zu 5 MNm, mit der Perspektive, diese Anlage langfristig auf bis zu 20 MNm zu erweitern

  • modernste LIDAR Sensortechniken (light detection and ranging) für Windpotenzialanalysen samt Windkanal zur Kalibrierung und präzisen Bestimmung von LIDAR-Systemen.

  • Entwicklung einer Prognosemethode zur Vorhersage von Störungen auf Einrichtungen der Flugsicherheit durch Windenergieanlagen. Diese ist seit Juni 2020 offizieller Standard und Teil der Genehmigungsverfahren.

Darüber hinaus entwickelt die PTB gemeinsam mit europäischen Partnern erstmals einen Leitfaden, mit dessen Hilfe sich der Wirkungsgrad von Windenergieanlagen standardisiert prüfen lassen wird. Details über dieses europäische Projekt lesen Sie in der Opens external link in new windowForschungsnachricht über 19ENG08 WindEFCY. Auch die Wechselwirkung von Windenergieanlagen mit dem Drehfunkfeuer der Flugsicherung sind Bestandteil umfangreicher Forschung. Lesen Sie mehr in der Presseinformation Windkraft und Flugsicherheit (13.5.2020).

Kompetenz: Photovoltaik

Der LED-basierte Sonnensimulator ist mit 16.320 Hochleistungs-LEDs bestückt, die in 18 individuell ansteuerbaren Farben zur Verfügung stehen.

Der Anteil der Photovoltaik (PV) an der gesamten deutschen Stromerzeugung könnte bis zum Jahr 2035 bei rund 20 Prozent liegen. Dazu müssen bis zu 100 Mrd. Euro in Deutschland investiert werden. Jedes Prozent Messunsicherheit in der Effizienz der Solarmodule führt dabei direkt zu einer finanziellen Unsicherheit von einer Milliarde Euro. Die PTB hat daher das Opens internal link in new windowKompetenzzentrum für PV-Metrologie eingerichtet. Es bietet eine einmalige Infrastruktur aus Labor- und Freifeldkalibrierverfahren mit weltweit geringsten Messunsicherheiten. Die PTB ist das einzige nationale Metrologieinstitut in Europa, das eine primäre Rückführung der Messergebnisse für Referenzsolarzellen durchführen kann, und rund 50 Prozent aller weltweit installierten Anlagen sind bereits jetzt auf die PTB zurückgeführt.

Seit 2019 wird an der PTB die benötigte Messinfrastruktur aufgebaut, um auch für Solarmodule eine umfangreiche Kalibrierung anbieten zu können. Diese umfasst die notwendigen Parameter für eine umfassende energiebasierte Bewertung von Solarmodulen in Bezug auf alle ertragsrelevanten Einflussgrößen. Die PTB konzentriert sich dabei auf die schwierig zu bestimmenden Größen Leistung unter Standardtestbedingungen, Winkelabhängigkeit, Abhängigkeit vom Spektrum und Windgeschwindigkeitsabhängigkeit der Solarmodultemperatur. Ein LED-basierter Sonnensimulator ist das Herzstück der Modulmessplätze. Mit ihm lässt sich das Verhalten von Solarmodulen mit einer Größe von bis zu 2 m × 1 m unter verschiedenen Einstrahlungsverhältnissen der Umwelt simulieren, um damit den Normjahresertrag von Solarmodulen (nach der Energy-Rating-Normenreihe IEC 61853) zu bestimmen.