Der Ausbau der erneuerbaren Energien erhöht die Nachfrage nach Stromnetzen. Genaue Vorhersagen darüber, wie viel Solarenergie ins Netz eingespeist wird, sind der Schlüssel zu einem effektiven Energiemanagement. Neben Wolken beeinflussen auch Aerosolpartikel stark die Stromerzeugung von Photovoltaikanlagen. Bestehende Luftqualitätsmodelle sind eine gute Grundlage, um die solare Stromproduktion abzuschätzen. Es sollte jedoch verbessert werden. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS), des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und des Internationalen Zentrums für Nachhaltige Entwicklung (IZNE) der Hochschule Bonn Rhein-Sage.
Im Verbundprojekt „MetPVNet“ verglichen sie die Reanalyse des Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) mit realen Sonnenstrahlungsmessdaten von 25 DWD-Stationen in Deutschland über einen Zeitraum von einem Jahr. Die Studie wurde jetzt im Journal veröffentlicht Atmosphärenphysik und -chemie (ACP).
Die Erwärmung oder Abkühlung der Atmosphäre hängt nicht nur von Wolken und Treibhausgasen ab. Auch Aerosolpartikel spielen eine wichtige Rolle. Feine Partikel (auch Partikel genannt) schweben in der Luft und reflektieren und absorbieren trotz ihrer geringen Größe einen Teil der Sonnenenergie. Inwieweit sich dieser Effekt auf die Stromerzeugung durch Photovoltaik (PV)-Anlagen auswirkt, ist derzeit noch sehr wenig bekannt. In dem interdisziplinären Forschungsprojekt „MetPVNet“ haben Experten aus der Atmosphärenforschung und dem Bereich der erneuerbaren Energien gemeinsam mit Geschäftspartnern innovative energiemeteorologische Methoden zur anlagenbezogenen Strahlungs- und Photovoltaikvorhersage und -prüfung (weiter)entwickelt und getestet.
Im Rahmen des Verbundprojekts, das von 2017 bis 2021 lief, wurde eine jetzt veröffentlichte Studie durchgeführt. Diese Studie untersuchte den Strahlungsantrieb von Aerosolen beispielhaft für Deutschland im Jahr 2015 auf der Erde und in der Atmosphäre mit zwei komplementären Modellierungsmethoden: Zum einen Daten zur Sonneneinstrahlung an wolkenfreien Positionen von 25 Stationen des Deutschen Wettermessnetzes (DWD). und ein Netzwerk von AERONET GLOBAL in ganz Deutschland. Andererseits wurde der Strahlungsantrieb durch explizite Strahlungstransportsimulationen geschätzt, die auf einer Neuanalyse des Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) (ESA) der Europäischen Union zur atmosphärischen Zusammensetzung basieren.
Die jetzt veröffentlichte Einschätzung zum Modelljahr 2015 zeigt, dass es in Deutschland einen deutlichen Gradienten der Solarenergie gibt: Aufgrund des hohen Sonnenstandes leuchtet sie im Süden der Bundesrepublik mit einem Jahresdurchschnitt von bis zu 0,5 MWh pro Quadratmeter im Vergleich zum Norden. Aufgrund von Aerosolen aus kontinentalen Quellen ist die Sonnenenergie in Ostdeutschland schwächer als im Westen. Beide Effekte überlagern sich und sorgen dafür, dass die durchschnittliche Jahresproduktion von PV-Anlagen an der Ness in Fernost um 0,05 Megawatt pro Quadratmeter niedriger ist als in den Alpen im äußersten Süden Deutschlands. In der Praxis spielen eine Vielzahl weiterer Einflussfaktoren von der Wolkenbedeckung bis zur solaren Aufstellhöhe eine Rolle.
„Der Strahlungsantrieb von Aerosolen muss bei den täglichen Solarprognosen unbedingt berücksichtigt werden. Das EMPRES Copernicus ECM-Modell ist eine gute Basis, muss aber auch verbessert werden, damit Netzbetreiber den steigenden Anteil von Strom aus PV-Anlagen in den Netzen besser steuern können.“ Damit stellt unsere Primärforschung einen wichtigen Baustein für die Energieübertragung dar und unterstreicht die gesellschaftliche Relevanz der Aerosolforschung über die Luftqualität hinaus“, betont Dr. Seine Gruppe nutzt vor allem Satellitendaten, um die Eigenschaften von Wolken und Aerosolen zu untersuchen und deren Einfluss auf die solare und terrestrische Strahlung zu bestimmen.
Die Studie betont auch, dass bodengebundene Messungen der Sonneneinstrahlung als Referenz wichtig sind, da die tatsächliche Sonnenenergie auf Solaranlagen stark variiert und bisher nur teilweise durch Luftqualitätsmodelle vorhergesagt werden kann. Die veröffentlichte Analyse ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines genauen Sonnenwetterberichts, aber der Weg nach vorne ist noch weit. „In unserer Studie konnten wir nur ein Jahr studieren. Allerdings schwanken Sonneneinstrahlung und Luftqualität zwischen den Jahren teilweise stark. Daher wollen wir im nächsten Schritt einen längeren Zeitraum, von 2003 bis 2021, betrachten. und wir sind gespannt, ob unsere Erkenntnisse aus 2015 auch auf andere Jahre zutreffen“, erklärt Jonas Whitton von TROPOS. Von den verbesserten Aussichten für die Photovoltaik-Produktion können nicht nur Stromnetzbetreiber in Deutschland, sondern weltweit profitieren. Tilo Arnhold
Quelle der Geschichte:
Materialien Einführung von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS). Original von Tilo Arnhold. Hinweis: Der Inhalt kann je nach Stil und Länge geändert werden.
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