Studie zeigt: Verschmutzung durch Kohle beeinträchtigt Solarstromertrag

Eine neue Studie unter der Leitung der University of Oxford und des University College London (UCL) hat ergeben, dass die Verschmutzung durch Kohlekraftwerke den Energieertrag von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) erheblich verringert, insbesondere dort, wo diese nebeneinander ausgebaut werden. Die Ergebnisse wurden in Nature Sustainability veröffentlicht.

Die neue Studie kartierte und bewertete weltweit mehr als 140.000 Solar-PV-Anlagen mithilfe von Satellitendaten. Durch die Kombination dieser Daten mit atmosphärischen Daten zur Luftverschmutzung berechneten die Forscher, wie viel Sonnenlicht verloren geht und inwieweit dies die Stromerzeugung verringert. Sie stellten fest, dass Aerosole – winzige, in der Luft schwebende Partikel – die weltweite Solarstromproduktion im Jahr 2023 um 5,8 % reduzierten. Dies entspricht einem Energieverlust von 111 Terawattstunden (TWh) – der Menge, die von 18 mittelgroßen Kohlekraftwerken erzeugt wird.

Entscheidend ist, dass diese Verluste eine erhebliche und oft übersehene Einschränkung für die Energiewende darstellen. Zwischen 2017 und 2023 trugen neue PV-Anlagen jährlich durchschnittlich 246,6 TWh Strom bei, während die aerosolbedingten Verluste aus bestehenden Anlagen jährlich 74,0 TWh erreichten – was fast einem Drittel der Gewinne aus neuen Kapazitäten entspricht. Dies verdeutlicht eine bisher nicht erkannte Wechselwirkung zwischen der Nutzung fossiler Brennstoffe und erneuerbaren Energien, bei der Emissionen des einen Systems die Leistung des anderen direkt beeinträchtigen. — Hauptautor Dr. Rui Song, Fachbereich Physik, Universität Oxford, und Mullard Space Science Laboratory, UCL

„Wir beobachten eine rasante weltweite Ausweitung der erneuerbaren Energien, doch die Wirksamkeit dieses Übergangs ist geringer als oft angenommen. Da Kohle und Solarenergie parallel ausgebaut werden, verändern die Emissionen die Strahlungsbedingungen und beeinträchtigen damit direkt die Leistung der Solarstromerzeugung.“ — Hauptautor Dr. Rui Song, Fachbereich Physik, Universität Oxford, und Mullard Space Science Laboratory, UCL

Um die Ursachen dieser aerosolbedingten Verluste zu ermitteln, verfolgten die Forscher deren Ursprünge zurück und stellten fest, dass die Stromerzeugung aus Kohle einen wesentlichen Beitrag dazu leistet. Dieser Effekt ist besonders deutlich in China zu beobachten, wo Solar- und Kohlekraftkapazitäten parallel ausgebaut wurden und oft am selben Standort liegen. Regionen mit hoher Kohlekapazität deckten sich weitgehend mit Gebieten, in denen die größten Verluste bei der Solar-PV-Stromerzeugung zu verzeichnen waren.

China ist der weltweit größte Solarproduzent und erzeugte im Jahr 2023 793,5 TWh Solar-PV-Strom (41,5 % des weltweiten Gesamtvolumens). Das Land verzeichnete jedoch auch die größten Verluste durch Aerosole, wobei die Gesamtleistung um 7,7 % zurückging. Die Forscher schätzen, dass rund 29 % der aerosolbedingten Solar-PV-Verluste in China speziell von Kohlekraftwerken stammen. Kohlekraftwerke stoßen feine Schadstoffpartikel aus, die das Sonnenlicht streuen und absorbieren, wodurch weniger Licht die nahegelegenen Solarmodule erreicht. Infolgedessen erzeugen die Module weniger Strom, als sie es sonst könnten. — Hauptautor Dr. Rui Song, Fachbereich Physik, Universität Oxford, und Mullard Space Science Laboratory, UCL

Interessanterweise stellte sich heraus, dass China die einzige große Region war, die eine anhaltende Verbesserung aufwies. Die durch Aerosole verursachten Verluste bei der Solar-PV-Energieerzeugung gingen zwischen 2013 und 2023 um durchschnittlich 0,96 TWh pro Jahr (−1,4 % jährlich) zurück. Dies ist wahrscheinlich eher auf strengere Emissionsstandards und den flächendeckenden Einsatz von Technologien mit extrem niedrigen Emissionen in Kohlekraftwerken zurückzuführen als auf eine Verringerung der Kohlekapazität an sich.

Für die Analyse kombinierten die Forscher Satellitenbilder und maschinelles Lernen, um weltweit mehr als 140.000 Solaranlagen zu identifizieren und zu kartieren. Anschließend integrierten sie diese Daten mit atmosphärischen Beobachtungen und einem validierten Solarenergiemodell, um abzuschätzen, wie viel Strom jeder Standort erzeugt und wie viel durch Luftverschmutzung verloren geht.

Der korrespondierende Autor Professor Jan-Peter Muller (Mullard Space Science Laboratory an der UCL) sagte: „Globale Satellitenbilder ermöglichten es uns, den unaufhaltsamen Anstieg billiger, umweltfreundlicher Solarenergie während der Tagesstunden zu kartieren. In naher Zukunft werden wir in der Lage sein, die Auswirkungen von Staub- und Rauchpartikeln auf die Verringerung der Sonnenenergie an der Erdoberfläche in Echtzeit alle 10 Minuten von geostationären Satelliten aus zu beobachten, die die Erde umkreisen.“

Mitautor Dr. Chenchen Huang (School of Management, University of Bath) sagte: „Unsere Ergebnisse sind eine klare Warnung an die Ziele für nachhaltige Entwicklung: Werden durch Verschmutzung verursachte Verluste an Sonnenenergie übersehen, kann dies zu einer systematischen Überschätzung der Erträge aus erneuerbaren Energien durch Regierungen, Unternehmen und die breite Öffentlichkeit führen. Um auf Kurs zu bleiben, müssen politische Maßnahmen diesen versteckten Hemmfaktor berücksichtigen und Subventionen für fossile Brennstoffe weg von der Kohle verlagern.“

Professor Myles Allen (Department of Physics, University of Oxford, und Gründer von Oxford Net Zero, der nicht an der Studie beteiligt war) fügt hinzu: „Alle Szenarien, die die Ziele des Pariser Abkommens erfüllen, zeigen einen raschen Ausstieg aus der unverminderten Kohle, was derzeit nicht geschieht. Der Grund dafür ist, dass Kohlekraft immer noch bemerkenswert billig ist – wie diese Studie zeigt, liegt das daran, dass die tatsächlichen Kosten verborgen sind.“

Die Studie „Coal plants persist as a large barrier to the global solar energy transition“ wird in Nature Sustainability veröffentlicht.

Ein von Dr. Rui Song entwickeltes interaktives Dashboard ist hier verfügbar. Damit können Sie erkunden, wo sich Solaranlagen befinden, wann sie gebaut wurden und wie viel Energie sie unter realen atmosphärischen Bedingungen erzeugen.

Quelle

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