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Winde transportieren den Staub aus der Sahara bis nach Mitteleuropa. Vermischt er sich mit Regenwasser, spricht man vom so genannten Blutregen. Bild: Pixabay
PV-Anlagen

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Photovoltaik im Blutregen

Staub aus der Sahara verschleiert nicht nur Himmel und Autos, sondern auch die Panels von PV-Anlagen. Inwiefern die Leistungsfähigkeit der Anlagen unter der Trübung leidet, untersuchen nun der Deutsche Wetterdienst (DWD), das KIT und das Unternehmen Meteocontrol im gemeinsamen Projekt Perdus.

Blutregen heißt der durch Regen ausgewaschene Saharastaub, der zum Beispiel Autos stark verschmutzt. Auch Photovoltaik-Anlagen leiden unter den Saharastaub-Ausbrüchen: Die PV-Leistung verringert sich nicht nur während des Ereignisses um 10 bis 20 Prozent aufgrund der atmosphärischen Trübung, sondern auch an den Folgetagen durch die Staubablagerung auf den PV-Modulen.

„Bei einem Saharastaub-Ausbruch transportieren atmosphärische Strömungen den aufgewirbelten Staub über sehr weite Strecken bis nach Mitteleuropa“, erläutert der Meteorologe Dr. Bernhard Vogel vom KIT. „Im langjährigen Mittel beobachten wir das über Deutschland im Frühjahr und im Sommer an vier Tagen pro Monat, in manchen Jahren an bis zu neun Tagen im Monat.“

Sechs Prozent betrug laut Statistischem Bundesamt im Jahr 2015 der Anteil der Photovoltaik an der Bruttostromerzeugung in Deutschland. Die installierte Kapazität aller PV-Anlagen beträgt bundesweit etwa 39 Gigawatt, damit können die Anlagen an wolkenfreien Tagen als Spitzenleistung mehr als 30 Gigawatt Strom produzieren. Das entspricht der Leistung von mehr als 20 deutschen Kernkraftwerken. Bislang können die PV-Leistungsvorhersagen den Effekt des Saharastaubs noch nicht realistisch berücksichtigen. Um die Netzstabilität zu gewährleisten, sei dies jedoch erforderlich, so das Projektteam von Perdus.

Kernziel des Projekts ist es, alle Komponenten, die für eine Berücksichtigung von Saharastaub-Ausbrüchen bei der Prognose der PV-Leistung notwendig sind, in einem Vorhersageverfahren zusammenzuführen. Dazu wird das numerische Wettervorhersagemodell ICON des DWD in Zusammenarbeit mit dem KIT um eine verbesserte Ausbreitungsprognose von Wüstenstaub erweitert. Das Vorhersagesystem ICON-ART wird dann bei zukünftigen Staubausbrüchen parallel zur üblichen numerischen Wettervorhersage eingesetzt. Das System wird somit Aussagen über die durch die simulierte Staubverteilung geminderte Sonneneinstrahlung liefern. Darauf aufbauend wird der Prognosedienstleister meteocontrol PV-Leistungsvorhersagen entwickeln und den technischen und wirtschaftlichen Nutzen des neuen Vorhersagesystems bewerten. Zusätzlich werden die zu erwartete Verschmutzung von PV-Anlagen durch den abgelagerten Saharastaub und das Abwaschen des Staubs durch spätere Regenfälle abgeschätzt.

Für die Erweiterung des Modellsystems ICON, das der DWD seit Januar 2015 für die tägliche Wettervorhersage einesetzt, hat das Institut für Meteorologie und Klimaforschung am KIT das Modul ART entwickelt (Aerosols and Reactive Trace Gases). Dieses erlaubt, die Ausbreitung von Partikeln wie Mineralstaub und Seesalz und deren Wechselwirkungen mit Wolken zu simulieren. In der Vergangenheit wurde Icon-ART, ebenfalls in Zusammenarbeit mit dem DWD, beispielsweise bei der Simulation der Ausbreitung von Aschepartikeln nach Vulkanausbrüchen für die Vorhersage eingesetzt. Forschungsschwerpunkte des KIT in Perdus sind die Weiterentwicklung der Beschreibung der Staubemissionen im Quellgebiet Sahara sowie die bessere Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Staubpartikeln und der atmosphärischen Strahlung.

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