Hogeresolutie-voorspellingen zoninstraling onontbeerlijk voor optimale rol zonne-energie

In het Photovoltaic Power Systems Programme (PVPS) van het International Energy Agency (IEA) werken 32 landen samen aan het versterken van zonne-energie als de hoeksteen van het duurzame-energiesysteem van de toekomst. De pijlers van dit programma zijn gebaseerd op diverse onderzoeksvelden. Nederland kent verschillende officiële afgevaardigden voor deze zogenaamde taken. Wat doen zij en wat levert hun werk op? De redactie van Solar Magazine vraagt het hen in een serie artikelen. Na Task 1, 12, 13, 17 en 18 nu Wilfried van Sark, hoogleraar Integratie van zonne-energie aan het Copernicus Instituut voor Duurzame Ontwikkeling van de Universiteit Utrecht. Hij vertegenwoordigt Nederland in Task 16 – Solar Resource for High Penetration and Large Scale Applications.

Wat is de kern van Taak 16?
‘We werken aan het verlagen van barrières en de kosten voor netintegratie, en het verminderen van plannings- en investeringskosten van zonne-energiesystemen. Dat doen we middels het verbeteren van de kwaliteit van de zonne-instralingsdata en de daarop gebaseerde opbrengstvoorspellingen.’

Hoe belangrijk is dat?
‘Hoe meer zonnepanelen, hoe groter het belang van zeer nauwkeurige voorspellingen van de instraling van de zon, met name in real-time. Daarmee kun je immers de prestaties van pv-installaties binnen ons energiesysteem optimaliseren. Kijk naar Nederland. De helft van de elektriciteit die we hier consumeren, komt inmiddels uit zonnepanelen. We hebben inmiddels zo’n 20 gigawattpiek geïnstalleerd, waarvan ongeveer de helft op woningen. De exacte lokale, regionale en nationale opwekpatronen en pieken zijn echter nog niet goed voorspelbaar. Dat heeft nu al enorme gevolgen voor onze elektriciteitsnetten en het beheer daarvan.’ 

Wat is de scope van jullie activiteiten?
‘We onderzoeken methodologieën voor het verzamelen van data over zonne-instraling, bijvoorbeeld op basis van satelliet metingen en modellen. We kijken tevens hoe die gegevens kunnen worden verrijkt op basis van andere meteorologische parameters, ook met het oog op jaarlijkse variabiliteit en klimaatverandering bijvoorbeeld. Zo kunnen bestaande en toekomstige weersvoorspellingsproducten worden verbeterd. Een mooi voorbeeld is “solar nowcasting”. Daarmee zou je een zonvoorspelling, en dus pv-voorspelling, kunnen doen voor de komende 5 tot 30 minuten, in real-time. Een van onze activiteiten is gericht op het verbeteren van deze methode.’

Nederland speelt hier een belangrijke rol in?
‘Er zijn vele landen betrokken bij deze taak; Canada, de Verenigde Staten, China, Zweden, Duitsland, en Australië om er maar eens een paar te noemen. We werken samen met klinkende namen zoals NREL, NASA, Fraunhofer en een keur aan universiteiten. Maar ook Nederland heeft met instituten zoals KNMI, TNO en TU Delft veel te bieden, onder andere op het vlak van weersvoorspellingen, het gedrag van energiemarkten en de integratie van zon-pv in energiesystemen. Wij brengen dus hoogwaardige kennis in en halen die ook op.’

Waar staan we op dit moment wat betreft solar forecasting?
‘Dat doen we met behulp van satellietbeelden in combinatie met het KNMI-netwerk van sensoren. Het probleem is dat 1 pixel van zo’n beeld overeenkomt met een paar vierkante kilometer op aarde. Kleine wolken kun je daar niet goed mee zien. Daarom zie je dat er steeds vaker analyses van wolkenpatronen en wolkenvorming ingezet worden, iets waar ik me persoonlijk op richt. Deze analyses kennen een veel hogere ruimtelijke resolutie, en je kijkt vanaf de grond omhoog, terwijl je met de satellieten vanuit de ruimte naar wolken kijkt. De huidige ruimtelijke resoluties zijn echter nog volstrekt onvoldoende voor een goede voorspelling van de opwek van individuele zonne-energiesystemen en hun effecten op het energiesysteem. Bovendien neemt de nauwkeurigheid snel af als je verder dan 15 tot 60 minuten vooruit wilt voorspellen. Dat hangt natuurlijk wel af van het weer. Op een wolkeloze dag is voorspellen heel makkelijk bijvoorbeeld.’

Welke stappen zijn de komende jaren te verwachten?
‘De ruimtelijke resolutie van satellieten wordt steeds beter. Die is echter nog steeds veel slechter dan die van een wolkencamera. Er wordt daarom ook gedacht aan een combinatie van beide technieken. Je zou bijvoorbeeld een netwerk van wolkencamera’s in de stedelijke omgeving kunnen inzetten, maar voor het buitenstedelijk gebied is dat waarschijnlijk niet nodig. Artificial intelligence (ai)-technieken worden ook meer en meer ingezet om voorspelmethodes te verbeteren. Het is tenslotte een big-data-wereld aan het worden.’

Landt wat jullie leren ook in de markt, bij netbeheerders bijvoorbeeld?
‘Ons werk is grensverleggend en zeer uitdagend, fantastisch voor heel veel wetenschappers. Maar we bedrijven geen wetenschap om de wetenschap. We willen de energietransitie versnellen. Er zijn vele nieuwe en al redelijk gevestigde partijen die een verdienmodel maken van het voorspellen van de zon en de applicatie daarvan, bijvoorbeeld ten behoeve van netbeheer. Die zouden we graag meer bij ons werk betrekken. Zo zouden we ook direct economische waarde kunnen toevoegen aan onze resultaten. En wat betreft de netbeheerders zelf: zij worden pas sinds kort geconfronteerd met de gevolgen van de enorm snelle uitrol van zon. Echte calamiteiten hebben zich nog niet voorgedaan. Maar de spannings- en stroomproblemen worden snel groter. Ze gaan er niet komen met alleen maar dikkere kabels en meer trafo’s. Ze moeten het slim gaan doen en het werken met hogeresolutie-solardata gaat daar uiteindelijk onderdeel van zijn.’