In einem bahnbrechenden Forschungsprojekt haben das Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie (IDMT) und die Pan Acoustics GmbH eine neuartige Sensorik entwickelt, um Niederschläge präzise und wartungsarm zu messen. Diese Technologie nutzt die Schwingungen, die durch Regentropfen auf Oberflächen, wie beispielsweise Photovoltaikmodulen, ausgelöst werden. Ziel ist es, die Regenintensität an verschiedenen Standorten genau zu erfassen und ein umfassendes Messnetz aufzubauen.
Die Frage, wie stark es an einem bestimmten Ort regnet, könnte bald wesentlich einfacher zu beantworten sein. Durch die innovative Methode, die im Rahmen des Projekts „lokalRAIN“ erprobt wurde, können die Schwingungen, die Regentropfen verursachen, zur Bestimmung der Niederschlagsmenge verwendet werden. Diese Technik hat den Vorteil, dass sie auf energieeffizienten Sensoren basiert, die ohne bewegliche Teile auskommen, und somit besonders langlebig und wartungsarm sind.
Im Verlauf des Projekts haben die Forscher verschiedene Niederschlagsintensitäten und Tropfengrößen in einem Regensimulator getestet. Anschließend wurden die Messsysteme unter realen Wetterbedingungen in verschiedenen Städten installiert, um die gesammelten Daten mit Referenzwerten abzugleichen. Diese Daten wurden dann verwendet, um Machine-Learning-Modelle zu trainieren, die zur Berechnung der Niederschlagsintensität eingesetzt werden.
Die Sensoren fungieren als Körperschallsensoren, die die Schwingungen der Photovoltaikmodule erfassen. Ein Mikrocontroller wertet diese Schwingungen direkt vor Ort aus und überträgt die kompakten Ergebnisdaten über ein speziell entwickeltes Funknetzwerk. In städtischen Gebieten erreichten die Tests Funkreichweiten von bis zu vier Kilometern und in ländlichen Gebieten sogar mehr als 35 Kilometer. Diese Technologie ermöglicht es, ein dichtes Netzwerk von Messpunkten zu schaffen, das die lokale Niederschlagsverteilung präziser abbildet.
Die ersten Ergebnisse des Projekts zeigen bereits vielversprechende Fortschritte. Innerhalb eines Bereichs von 2 bis 5 Millimetern Niederschlag pro Stunde betrug die mittlere Abweichung von Referenzwerten lediglich 1,88 Millimeter pro Stunde, was die Genauigkeitsklasse C der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) erreicht. Dies ist besonders wichtig, da gerade bei Starkregenereignissen die Niederschlagsmenge auf kurzen Distanzen erheblich variieren kann.
Die Forscher beabsichtigen, die Technologie weiter zu optimieren, insbesondere um auch seltener vorkommende Starkregenereignisse zu messen. In diesem Zusammenhang suchen sie nach weiteren Praxispartnern, um die Sensorik unter verschiedenen Bedingungen zu testen und weiterzuentwickeln. Anfragen von kommunalen Infrastrukturanbietern und Feuerwehren zeigen bereits ein großes Interesse an einer flächendeckenden, Echtzeit-Niederschlagsmessung.
Ein mögliches Anwendungsfeld dieser Technologie liegt in der Integration von Niederschlagsdaten in digitale Zwillinge von Städten. Diese digitalen Modelle könnten nicht nur Informationen über die Niederschlagsverteilung liefern, sondern auch mit weiteren Daten kombiniert werden, um die Reaktionsfähigkeit von kommunalen Leitstellen bei Starkregenereignissen zu erhöhen. Langfristig könnten die gewonnenen Daten auch zur Verbesserung von Entwässerungssystemen und zur Risikobewertung von Überschwemmungen verwendet werden.
Für die Landwirtschaft könnten die präzisen Niederschlagsdaten eine Grundlage für eine bedarfsgerechtere Bewässerung bieten. Aktuell wird an einem weiteren Forschungsprojekt gearbeitet, in dem Sensorknoten für die Agri-Photovoltaik entwickelt werden, um die Anwendungsmöglichkeiten in der Landwirtschaft zu erweitern.
Die nächsten Schritte umfassen die Erhebung weiterer Daten, insbesondere für intensive Niederschläge, und die Umsetzung zusätzlicher Pilotinstallationen, um die Technologie auf breiter Basis zu testen. Während dieser Phase wird auch an der Serienreife der Systeme gearbeitet, einschließlich der Optimierung von Sensorik und Elektronik sowie der Einhaltung von Qualitätsstandards.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Projekt „lokalRAIN“ nicht nur innovative Ansätze zur Niederschlagsmessung bietet, sondern auch das Potenzial hat, die Art und Weise, wie wir Niederschlagsdaten erfassen und nutzen, erheblich zu verändern.
