Modelle für Aerosole sollen Prognosen für Photovoltaik-Ertrag verbessern

Aerosolpartikel, umgangssprachlich Feinstaub genannt, schweben in der Luft. Sie können trotz ihrer geringen Größe einen Teil der Sonnenenergie reflektieren oder absorbieren. Bisher kommen sie nur wenig in Ertragsprognosen vor. Der Weg zu einem exakten Solar-Wetterbericht sei noch lang, bilanzieren die Wissenschaftler:innen. Heutige Modelle für die Luftqualität und Aerosole müssten noch weiter verbessert werden, um den Photovoltaik-Ertrag tagesaktuell möglichst genau vorherzusagen.

Das war Thema des Verbundprojekts „MetPVNet“. Daran waren das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), der Deutsche Wetterdienst (DWD) und das Internationalen Zentrum für Nachhaltige Entwicklung (IZNE) der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg beteiligt.

Kontinentale Aerosole senken Photovoltaik-Ertrag im Osten

Eine Studie im Rahmen des Projektes widmete sich dem Vergleich von zwei Modellierungsansätzen für die Wirkung von Aerosolen. Die jetzt veröffentlichte Auswertung für das Beispieljahr 2015 zeigt einen deutlichen Effekt der Luftqualität. Im Osten Deutschlands schwächen Aerosole aus kontinentalen Quellen die Solarstrahlung stärker als im Westen. Dieser Effekt überlagert sich mit dem allgemein bekannten Nord-Süd-Gefälle durch den unterschiedlich hohen Sonnenstand. In der Summe führt das dazu, dass der Photovoltaik-Ertrag an der Neiße um bis zu 50 kW pro Quadratmeter niedriger ist als in den Alpen.

Für die Studie nutzten die Forschenden zwei Ansätze parallel. Zum einen analysierten sie Daten zur Sonneneinstrahlung in unbewölkten Situationen in ganz Deutschland von 25 Stationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und des globalen Aeronet-Netzwerkes. Zum anderen schätzten sie den Strahlungseffekt durch explizite Strahlungstransfersimulationen aus der Reanalyse des Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zu Spurengasen und Aerosol.

Wirkung der Aerosole wichtig für Prognose des Photovoltaik-Tagesertrags

„Die Strahlungswirkung von Aerosol sollte bei den tagesaktuellen Prognosen für Solarstrom unbedingt mit berücksichtigt werden,“, sagt Hartwig Deneke. Er leitet die Arbeitsgruppe Satellitenfernerkundung am Tropos. Das CAMS-Modell des Europäischen Klimabeobachtungsprogramms Copernicus sei eine gute Datengrundlage. Es sei aber nötig, sie zu verfeinern, um den steigenden Photovoltaik-Anteil in den Netzen besser steuern zu können.

Messungen am Boden weiter nötig

Zudem zeigte sich, dass Bodenmessungen weiterhin wichtig sind. Luftqualitätsmodelle könnten die tatsächliche Einstrahlung nur teilweise vorhersagen.

Die veröffentlichte Analyse sei ein wichtiger Schritt zu einem exakten Solar-Wetterbericht, der Weg dorthin aber noch lang. „In unserer Studie konnten wir nur ein Jahr auswerten. Sonneneinstrahlung und Luftqualität schwanken aber zwischen den Jahren mitunter deutlich. Wir wollen daher im nächsten Schritt mit den Jahren 2003 bis 2021 einen längeren Zeitraum auswerten und sind gespannt, ob unsere Erkenntnisse aus 2015 auch auf andere Jahre 1:1 übertragbar sind“, erklärt Jonas Witthuhn vom Tropos.

An der Wirkung von Aerosolen auf den Solarertrag forschen auch andere Gruppen. Im Projekt PermaStorm untersucht ein Team von KIT, DIW und meteocontrol die Auswirkungen von Aerosolen.

03.12.2021 | Quelle: Tropos | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH