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Exaktere Prognosen: Meteorologen wollen Vorhersagen für Solarstromerträge verbessern

© https://worldview.earthdata.nasa.gov
Aerosolwolken über Deutschland wie nach den Waldbränden in Portugal und Spanien am 17.10.2017 können die Erzeugungsleistung von Solaranlagen beeinflussen. © https://worldview.earthdata.nasa.gov

| Kira Crome |

Wie wirken sich Saharasand oder Rußpartikel von Waldbränden in höheren Luftschichten auf die Sonneneinstrahlung aus? Wissenschaftler untersuchen in einem neuen Forschungsprojekt die Auswirkungen von Aerosolen auf die Wolkenbildung. Die Erkenntnisse sollen die Ertragsprognosen von Solaranlagen verbessern. Die exakteren Vorhersagen helfen auch dem Netzmanagement.

Wenn die Sonne wie durch Milchglas scheint, liegt Saharastaub in der Luft. Strömungen in zwei bis drei Kilometern Höhe tragen die winzig kleinen Partikel aus der afrikanischen Wüstenregion bis nach Europa. Im Durchschnitt nur fünf bis zehn Mikrometer groß, fallen sie meist nicht besonders auf. Doch bei außergewöhnlich hohen Konzentrationen wirken sich die Schwebeteilchen auf das Wetter aus. Denn wenn besonders viele davon die Atmosphäre trüben, bilden sich Wolken. Aber auch Rußpartikel, die bei Waldbränden entstehen und in höhere Luftschichten getragen werden, trüben den Himmel ein. Das beeinflusst die Sonneneinstrahlung – und damit die Erzeugungsleistung von Solaranlagen. Meteorologen untersuchen jetzt in einem Forschungsprojekt, wie genau solche Aerosolpartikel in der Luft das Wetter verändern und wie sie besser in der Wettervorhersage berücksichtigt werden können. Die Erkenntnisse aus dem Projekt „PermaStrom“ des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und den Forschungspartnern Deutscher Wetterdienst (DWD) und der Solarenergie-Dienstleistungsgesellschaft meteocontrol helfen, künftig exaktere Ertragsprognosen für Solaranlagen zu erstellen.

Netzbetreiber benötigen genaue Wettervorhersagen
Davon profitieren sollen vor allem Netzbetreiber. Sie sind auf möglichst genaue Wettervorhersagen angewiesen, um die Einspeisemengen aus Solar- und Windenergieanlagen zu steuern und die Netze stabil zu halten. Annahmen, wieviel Strom aus einspeisenden Solaranlagen zu erwarten ist, bauen auf der Vorhersage der Sonneneinstrahlung auf. Liegen die tatsächlichen Werte unter den Prognosewerten, müssen die Netzbetreiber reagieren und die fehlende Energie kurzfristig anderweitig bereitstellen, oft zu hohen Ausgleichsenergiekosten.

Partikel lagern sich auf Solaranlagen ab
Solche Wetterereignisse, die die Sonneneinstrahlung verändern, sind kein seltenes Phänomen. Saharastaub kann nach Angaben des DWD je nach Region in Deutschland an bis zu 60 Tagen im Jahr auftreten. In Bayern wurde der Grenzwert für die Verschmutzung der Luft im April 2014 um das Doppelte und Dreifache überschritten. Aber auch die Waldbrandgefahr steigt infolge längerer Trockenperioden in Europa. Als im Oktober 2017 in Spanien und Portugal großflächig Wälder brannten, zog eine breite Aerosolwolke über Deutschland. Die Partikel lagern sich auf den Solarpanelen ab und können die Leistung der Anlage schmälern. Diesen direkten Effekt solcher Ablagerungen schätzen die Forscher jedoch als äußerst gering ein. „Die Verschmutzung kann temporär drei bis fünf Prozent Leistungseinbußen bedeuten, bis der nächste Regen die Anlage wieder reinigt“, sagt Lassahn. Das hätten frühere Forschungen im Vorgängerprojekt „PerduS“ gezeigt, bei dem die Auswirkungen von hohen Wüstenstaubkonzentrationen über Deutschland erstmals untersucht und Tools für Ausbreitungsprognosen entwickelt wurden. Noch aber weiß die Meteorologie wenig über die indirekten Effekte von Aerosolpartikeln in der Luft.

„Noch verstehen wir die Prozesse in Wolken und deren Wechselwirkung mit Aerosolpartikeln nicht vollständig“, sagt Axel Seifert vom DWD. Das erschwert die exakte Modellierung und präzise Vorhersage der Wolkenbildung infolge von Aerosolpartikeln in der Luft. Die bislang angewandten Tools können die Schwebeteilchen noch nicht realistisch in den Ertragsprognosen für Solaranlagen berücksichtigen. „Die in numerischen Wettervorhersagen bisher unzureichende oder völlig vernachlässigte Berücksichtigung von erhöhten Aerosolpartikelkonzentrationen, wie sie durch großflächige Waldbrände oder Saharastaub entstehen, kann an einzelnen Tagen zu deutlichen Fehlvorhersagen der solaren Einstrahlung führen“, erklärt Daniel Lassahn, Projektleiter beim Projektpartner meteocontrol. Zum Nachteil für das Netzmanagement, das mit steigenden Anteilen von Strom aus Solaranlagen zunehmend auf exaktere Vorhersagen angewiesen sein wird.

Forscher erhoffen sich exaktere Prognose der Sonneneinstrahlung
Jetzt wollen die Forschungspartner die Prognose der Auswirkungen von Aerosolpartikeln in der Luft präzisieren. Notwendig sei auch, den Fokus zu erweitern und neben Saharastaub auch weitere Aerosolarten zu berücksichtigen, wie beispielsweise Ruß und Staub, der durch Waldbrände entsteht. Dafür erweitern die Forschungspartner das im Vorgängerprojekt entwickelte Wettervorhersagesystem Icon-ART. „Für unsere Untersuchungen nutzen wir sowohl Messdaten von Wetterstationen als Satellitendaten“, sagt Bernhard Vogel, Leiter des Verbundprojekts am KIT. Durch die Kombination von Beobachtungsdaten und einer verbesserten, physikalisch-basierten Modellierung versprechen sich die Forschungspartner ein besseres Verständnis der Zusammenhänge und eine exaktere Prognose der täglichen Sonneneinstrahlung.

„Damit können Netzbetreiber die Forschungsergebnisse zukünftig in Form neuer Prognose-Modelle einsetzen und verlässlicher planen“, sagt Lassahn. Um zu gewährleisten, dass die Nutzer der neuen, speziell auf die Energiemeteorologie optimierten Vorhersagen bereits frühzeitig in die Entwicklung eingebunden sind, wird das Projekt von den assoziierten Partnern Amprion, 50Hertz und EnBW begleitet und unterstützt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Forschungsprojekt „PermaStrom“ über einen Zeitraum von vier Jahren mit 2,5 Millionen Euro.