Sonnenstunden nicht gleichbedeutend mit Energieausbeute

Dabei untersucht sie zum einen den Einfluss von atmosphärischen Aerosolen, insbesondere von Staubstürmen, auf die solare Energieproduktion. Zum anderen analysiert sie langfristige Veränderungen in der atmosphärischen Variabilität und die Konsequenzen für mögliche Photovoltaikerträge in Westafrika. Zudem spricht sie eine Empfehlung für den Netzausbau in Nord-Süd-Richtung aus. Die Energiemeteorologie ist ein anwendungsorientiertes Arbeitsgebiet, das sich an den Bedürfnissen einer nachhaltigen, effizienten und kostenoptimierten Energieversorgung orientiert und die dafür notwendige Forschung vorantreibt. Nachhaltig bedeutet im Zusammenhang mit Energieerzeugung immer auch erneuerbare Energie und damit eine Abhängigkeit vom Wetter. Die Arbeit Nehers verbessert nun das Verständnis der atmosphärischen Einflüsse auf Solarenergie in einer vielfältigen Region wie Westafrika. Die Bedeutung des Aerosoleinflusses wird deutlich, insbesondere in Wüstenregionen. Außerdem werden langzeitliche Veränderungen der Strahlung charakterisiert und deren Einfluss auf Photovoltaik (PV) aufgezeigt.

In Westafrika, wo im Jahr 2017 erst rund 55 Prozent der Haushalte überhaupt ans Stromnetz angeschlossen waren, könnte bei der Entwicklung des Netzes sofort auf erneuerbare Ressourcen gesetzt werden. Allerdings ist die Solarenergie mit ihrem Potential stark von atmosphärischen Bedingungen abhängig. Um diesbezüglich den Einfluss von atmosphärischen Aerosolen zu ermessen, stützte sich Ina Neher auf meteorologische Daten aus dem Jahr 2006.

Kraftwerkstypen im Vergleich

Anhand der Daten von sechs Messstationen modellierte sie den Ertrag zweier Kraftwerkstypen, die auf unterschiedliche Weise solaren Strom erzeugen: den eines Photovoltaik- und den eines Parabolrinnenkraftwerks. Beim ersten wird die Strahlung der Sonne direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Ein Parabolrinnenkraftwerk, auch Solarwärme- oder solarthermisches Kraftwerk, erzeugt hohe Temperaturen, die zum Betreiben einer Dampfturbine benötigt werden, indem es zunächst die Strahlung der Sonne über Spiegel fokussiert und dann absorbiert. Durch die Fokussierung der Solarstrahlung im Parabolrinnenkraftwerk, spielt die Veränderung der direkten Einstrahlung von der Sonne eine besondere Rolle, da diffuse Strahlung nicht gebündelt werden kann. Aerosole wirken aber wie ein Diffusor, so dass der Effekt von Aerosolen für diesen Kraftwerkstyp stärker ist als für die PV-Technologie, die neben der direkten Einstrahlung auch die diffuse Strahlung für die Stromerzeugung nutzt.

Die gängige Vorstellung, dass in Afrika immer die Sonne scheint und deshalb Solarenergie nahezu unbegrenzt zur Verfügung stehen muss, ist nur bedingt richtig: Im Modell zeigte sich stattdessen fast erwartungsgemäß, dass Aerosole während eines Sandsturms den Stromertrag eines Photovoltaikkraftwerks um bis zu fast 80 Prozent verringern kann. Bei einem Parabolrinnenkraftwerk kann es sogar zu einem Totalausfall der Produktion kommen. Doch auch an klaren Tagen reduzieren Aerosole den Ertrag von Photovoltaikanlagen um durchschnittlich 13 bis 22 Prozent und den von Parabolrinnenkraftwerken sogar um 22 bis 37 Prozent. Damit sind Parabolrinnenkraftwerke sehr viel anfälliger für hohe Aerosolkonzentrationen als Photovoltaikanlagen.