Aerosole aus Kohle senken die globale Solarstromerzeugung

Jedes Jahr erfassen Regierungen und Investoren die neu installierte Solarleistung und passen ihre Klimaprognosen entsprechend an. Mehr Photovoltaik auf Freiflächen, weniger Kohle im Strommix – so lautet die Rechnung.

Eine neue Studie hat jedoch einen systematischen Fehler in dieser Bilanzierung aufgedeckt. Ausgelöst wird er durch einen Faktor, den herkömmliche Kapazitätsmodelle vollständig ausblenden: Er befindet sich in der Luft zwischen Sonne und Solarmodulen.

Was Aerosole der Solarenergie entziehen

Forschende der Universität Oxford (Oxford) und des University College London (UCL) kartierten die tatsächlichen Standorte der Solaranlagen weltweit – insgesamt mehr als 140.000 Anlagen.

Anschließend verknüpfte das Team jeden Standort mit Atmosphärendaten zu Aerosolen, also Schwebeteilchen, die Sonnenlicht streuen und absorbieren, bevor es ein Solarmodul erreicht.

2023 verringerten diese Aerosole die weltweite Solarstromerzeugung um 5,8 Prozent.

Das entspricht rund 111 Terawattstunden verlorener Erzeugung – ungefähr so viel, wie 18 mittelgroße Kohlekraftwerke pro Jahr produzieren.

Leiter der Untersuchung war Dr. Rui Song, Physiker in Oxford und am Mullard Space Science Laboratory des UCL.

Die Ergebnisse bedeuten nach Angaben von Dr. Song, dass saubere Energie weniger liefert als erwartet.

„Während Kohle und Solarenergie parallel wachsen, verändern Emissionen die Strahlungsumgebung und beeinträchtigen damit unmittelbar die Leistung der Solarstromerzeugung“, sagte er.

Emissionen neutralisieren Zuwächse bei Solarenergie

Die schwierigere Zahl lautet: Von 2017 bis 2023 brachten neue Solaranlagen dem weltweiten Stromnetz jährlich durchschnittlich 246,6 Terawattstunden zusätzlich.

Aerosole über bereits bestehenden Solarparks machten davon etwa 74 Terawattstunden zunichte – nahezu ein Drittel des Zuwachses.

Frühere Studien hatten das Problem bereits in stark belasteten Regionen belegt. Keine hatte es jedoch in diesem Maßstab standortgenau mit der tatsächlichen Stromerzeugung abgeglichen.

China erzeugte 2023 793,5 Terawattstunden Solarstrom – mehr als 41 Prozent der weltweiten Gesamtmenge – und war am stärksten betroffen.

Durch luftgetragene Partikel verlor das Land 7,7 Prozent seiner möglichen Erzeugung.

In manchen Jahren löschten Aerosolverluste mehr als 60 Prozent dessen aus, was neu installierte Solaranlagen hinzufügten. Der rechnerische Ausbau übertraf weiterhin den am Zähler sichtbaren Gewinn.

Sulfat aus Kohle

Sulfataerosole verursachten die größten Schäden. Sie entstehen in der Atmosphäre aus Schwefeldioxid, jenem Gas, das Kohlekraftwerke beim Verbrennen aus ihren Schornsteinen ausstoßen.

Das Oxford-UCL-Team errechnete, dass Sulfat allein 46,2 Prozent der aerosolbedingten Solarverluste Chinas ausmacht.

Eine gesonderte Analyse der Verschmutzungsquellen schätzte, dass etwa 29 Prozent dieser Verluste auf Strom aus Kohlekraftwerken zurückgehen.

Kohlekraftwerke setzen Feinstaub frei, der Sonnenlicht streut und absorbiert, ehe es die Oberfläche eines Solarmoduls erreicht. Weniger einfallendes Licht bedeutet weniger erzeugten Strom.

Die Bedeutung der geografischen Lage

In den Vereinigten Staaten zeigt sich ein anderes Bild. US-Solarparks verloren 2023 durch Aerosole lediglich 3,1 Prozent ihrer Erzeugung – weniger als die Hälfte des chinesischen Werts.

Das lässt sich geografisch erklären: Der Großteil der US-Solarkapazität befindet sich weit entfernt von aktiven Kohlekraftwerken.

Als die Forschenden Kohlekraftwerkskapazität und Solarverluste regional gegenüberstellten, fanden sie in den USA praktisch keinen Zusammenhang.

Für China fiel das Ergebnis desselben Tests deutlich positiv aus. Wo sich die Kohlekraftwerke am dichtesten konzentrieren, ist die Solarstromerzeugung am schwächsten.

Chinas stille Fortschritte

Hier liegt die Wendung: China steht zwar an der Spitze der Verlusttabelle, ist aber zugleich die einzige große Region, in der diese Verluste sinken.

Die aerosolbedingten Verluste der Solarenergie gingen von 2013 bis 2023 jährlich um etwa 1,4 Prozent zurück.

Diese Verbesserung beruhte nicht auf der Stilllegung von Kohlekraftwerken. Chinas Stromerzeugung aus Kohle stieg im selben Jahrzehnt von 4.093 auf 5.857 Terawattstunden.

Die Verringerung der Belastung erfolgte innerhalb des bestehenden Kraftwerksparks durch Nachrüstungen für extrem niedrige Emissionen: leistungsfähigere Rauchgaswäscher, intensive Filterung und strengere Schadstoffgrenzwerte.

Eine weitere Veröffentlichung dokumentierte diese Modernisierungen ausführlich. Auf Nachrüstungen entfallen 91 Prozent der Schwefeldioxidminderungen über Chinas Solarregionen; Kraftwerksstilllegungen trugen neun Prozent bei.

Kartierung jedes Solarmoduls

Um Solaranlagen überall auf der Erde zu identifizieren, führten die Forschenden Open-Source-Datenbanken, von Nutzern erfasste Daten und ein eigenes, mit Satellitenbildern trainiertes Modell für maschinelles Lernen zusammen.

Jeder erkannte Standort wurde danach durch ein KI-Modell ausgewertet, das präzise Grenzen um die Module zog – nicht um Zufahrtswege oder die unbefestigten Streifen zwischen den Reihen.

Gerade dieses Detail ermöglicht die neue Analyse. Ältere Untersuchungen schätzten Verschmutzungsverluste, indem sie von einer gleichmäßigen Verteilung der Solarenergie über Regionen ausgingen.

Der neue Datensatz zeigt hingegen, wo die Module tatsächlich stehen – in China häufig nur 32 bis 48 Kilometer von einem Kohlekraftwerk entfernt.

Weiterreichende Folgen der Studie

Forschende verfügen nun über eine Kennzahl, die bislang fehlte. Luftverschmutzung durch Kohlekraftwerke macht nicht nur Menschen in der Umgebung krank – sie drosselt unmittelbar die Leistung jener Module, die diese Kraftwerke ersetzen sollen.

Der weltweite Rückgang um 5,8 Prozent reicht aus, um Klimaprognosen zu verfälschen, die allein installierte Kapazität berücksichtigen. Wie das Beispiel China zeigt, hilft es, bestehende Kohlekraftwerke sauberer zu machen.

Doch dieselben Anlagen, die als Reserve für das Stromnetz weiterlaufen, stoßen weiterhin die Partikel aus, welche den Wert der Solarenergie mindern. Werden diese Verluste nicht berücksichtigt, wird der Fortschritt der Welt bei sauberer Energie wahrscheinlich überschätzt.

Für Aufsichtsbehörden und Netzplaner stellt sich nun die Frage, wo neue Solaranlagen errichtet werden – und wie schnell die benachbarte Kohlekraftwerkskapazität vom Netz geht.