KIT / Solarzellen / Saharastaub Staubige Grüße aus der Sahara

Messungen bestimmen, wie sich Verschmutzungen durch abgelagerten Mineralstaub auf Solarpanelen auf die PV-Leistung auswirken.
Messungen bestimmen, wie sich Verschmutzungen durch abgelagerten Mineralstaub auf Solarpanelen auf die PV-Leistung auswirken.

Das Projekt "PerduS" untersucht Ertragsminderungen von Solaranlagen durch Wüstenstaub. Voruntersuchungen gehen von Leistungseinbußen zwischen 10 und 20 Prozent aus.

Dunstiger Himmel - Sandige Autos

Über Luftströmungen gelangt in den Sommermonaten immer wieder Saharastaub nach Europa. Sandiger Staub in der Atmosphäre überzieht wie ein Schleier Autos oder Solarpanele. „Bei einem Saharastaub-Ausbruch transportieren atmosphärische Strömungen den in der Sahara aufgewirbelten Staub über sehr weite Strecken auch bis nach Mitteleuropa“, erläutert Dr. Bernhard Vogel (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.“

Projekt “PerduS”

Wie sich abgelagerter Staub aus Afrika auf die Leistungfähigkeit von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) auswirkt, untersuchen derzeit der Deutsche Wetterdienst (DWD), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Firma Meteocontrol in einem gemeinsamen Projekt. Durch „PerduS“ sollen bessere Vorhersagen bzgl. der Ausbreitung von Saharastaub möglich sein. Auch verlässliche Prognosen für etwaige Leistungseinbußen von PV-Anlagen infolge der Staubausbreitung werden erstellt.

Saharastaub vermindert die PV-Leistungsfähigkeit nicht nur durch erhöhte atmosphärische Trübung; auch Staubablagerungen auf den PV-Modulen verringern das Leistungsvermögen an Folgetagen. Voruntersuchungen der Projektpartner ergaben, dass im ungünstigsten Fall die PV-Leistungsfähigkeit um 10 bis 20 Prozent verringert wird.

Stromerzeugung mittels Photovoltaik

Laut Statistischem Bundesamt betrug der Anteil von Photovoltaik 6 Prozent an der Bruttostromerzeugung in Deutschland im Jahr 2015. Die Kapazität aller PV-Anlagen beträgt bundesweit etwa 39 GW. An wolkenfreien Tagen können Anlagen mehr als 30 GW Strom produzieren – das entspricht dem Leistungsvermögen von mehr als 20 deutschen Kernkraftwerken.

Kernziel des Forschungsvorhabens PerduS (Photovoltaikertragsreduktion durch Saharastaub) ist, 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 Deutschen Wetterdiensts in Zusammenarbeit mit KIT um eine verbesserte Ausbreitungsprognose erweitert. Das Vorhersagesystem “ICON-ART” wird 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 erwartende Verschmutzung von PV-Anlagen durch den abgelagerten Saharastaub und das Abwaschen des Staubs durch spätere Regenfälle abgeschätzt.

Modellsystem ICON-ART und Messsysteme

Für die Erweiterung des Modellsystems “ICON” hat das Institut für Meteorologie und Klimaforschung des KIT das Modul “ART” entwickelt (ART = Aerosols and Reactive Trace Gases). Das ART-Modul simuliert die Ausbreitung von Partikeln (z. B. Mineralstaub oder Seesalz) und deren Wechselwirkungen mit Wolken. In der Vergangenheit wurde ICON-ART beispielsweise zur Simulation der Ausbreitung von Aschepartikeln nach Vulkanausbrüchen eingesetzt.

Forschungsschwerpunkte von PerduS sind u. a. die Weiterentwicklung der Beschreibung der Staubemissionen im Quellgebiet Sahara sowie die Wechselwirkung zwischen Staubpartikeln und atmosphärischer Strahlung. Außerdem werden Messungen im Solarspeicherpark des KIT durchgeführt, um die Verschmutzung der Solarpanele durch abgelagerten Mineralstaub zu bestimmen. Dabei fokussieren sich die Forscher v. a. auf die negativen Auswirkungen bzgl. des PV-Leistungsvermögens. Durch diese Messungen erkannten die Wissenschaftler, dass Niederschläge die Solarpanele wieder reinigen. Sie setzen Niederschlagsradarsysteme und weitere Messgeräte zur Tropfengrößenverteilung und Niederschlagsmenge bzw. ein Aerosol-Lidar ein, um die aus den Messungen abgeleiteten relevanten Vorgänge im Modellsystem ICON-ART integrieren zu können.