Chinas Luftverschmutzung reduziert das Potenzial der Photovoltaik-Produktion um bis zu 13 Prozent

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von pv magazine International

Da die Luftverschmutzung in einigen Regionen in China trotz staatlicher Bemühungen zur Verbesserung der Luftqualität weiter zunimmt, scheinen die Veränderungen der Oberflächensolarstrahlung die riesige chinesische Photovoltaik-Flotte zu belasten. Angesichts der großen Besorgnis über die schädlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die menschliche Gesundheit und die Ökosysteme Chinas hat eine Studie ergeben, dass neue Maßnahmen zur Verringerung der Luftverschmutzung China auch helfen würden, das volle Potenzial seiner Photovoltaik-Anlagen auszuschöpfen.

Nachdem China sein Photovoltaik-Zubauziel des nächsten Jahres von 110 Gigawatt längst übertroffen hat, erreichte es Ende letzten Jahres kumuliert 174,63 Gigawatt installierte Leistung. Im derzeitigen Tempo ist der größte Photovoltaik-Markt der Welt auf dem besten Weg, sein Ziel von 400 Gigawatt installierter Leistung bis 2030 zu erreichen und damit 10 Prozent seiner Primärenergie bereitzustellen sowie zur Erfüllung seiner Verpflichtung aus dem Pariser Abkommen beizutragen, 20 Prozent der Energie aus nicht fossil befeuerten Quellen zu erzeugen.

Der Anteil der Solarenergie am nationalen Energiemix hängt jedoch nicht nur vom Tempo des Zubaus, sondern auch von der Luftverschmutzung ab, wie eine Studie von Wissenschaftlern der ETH Zürich und der Universität Amsterdam ergab. Die Forscher analysierten von 1960 bis 2015 Beobachtungsdaten des Sonnenlichts von 119 Messstationen in ganz China, um abzuschätzen, wie stark sich der Himmel in diesem Zeitraum verdunkelt hat. Der Montagewinkel der Solarmodule – wie sie zur Gewinnung der Sonneneinstrahlung geneigt werden – wurde in die Datenerfassung einbezogen. Nachdem sie den Grad der Dimmung mit industriellen Emissionsdaten korreliert hatten, um die Rolle der Luftverschmutzung bei der Reduzierung des Sonnenlichts zu quantifizieren, fanden die Forscher heraus, dass die Sonneneinstrahlung in den 55 untersuchten Jahren um 11 bis 15 Prozent abnahm.

Alternative Szenarien

Wenn China wieder auf die Strahlungswerte der 1960er Jahre zurückkehren könnte, könnte mit seinen Photovoltaik-Erzeugungskapazität 2016 etwa 12 bis 13 Prozent mehr Strom liefern, was zusätzlichen 14 Terawattstunden Solarstrom entspricht, wie die Studie zeigt. Das Land könnte zusätzliche 51-74 Terawattstunden Solarstrom aus seiner erwarteten solaren Erzeugungskapazität für 2030 erhalten, schrieben die Autoren der Studie. Sie fügten hinzu, dass sich der entsprechende wirtschaftliche Nutzen auf 1,9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2016 und 4,6 bis 6,7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 belaufen könnte.

Menschlich bedingte Aerosolemissionen und Veränderungen der Wolkendecke wurden als zwei Hauptfaktoren identifiziert, die für das Dimmen der Sonneneinstrahlung in China verantwortlich sind. Die Luftverschmutzung kann die solare Stromerzeugung auf drei Arten beeinflussen: durch Partikel, die sich auf Solarmodulen ansammeln; durch Aerosolpartikel, die auf eine Weise interagieren, die Sonnenstrahlung streuen oder absorbieren; sowie durch Wolkenbildung, die beispielsweise durch die Reaktion von Schwefeldioxid (SO2) mit anderen Schadstoffen verursacht wird, die die Reflexionsfähigkeit und Dauer der Wolken erhöhen und die Sonneneinstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, verringern kann.

Zwischen 1996 und 2010 stammten schätzungsweise 91 Prozent der SO2-Emissionen in China aus der Kohleverbrennung – hauptsächlich in der Industrie und der Energieerzeugung, heißt es in der Studie. Im gleichen Zeitraum wurde schwarzer Kohlenstoff – ein wesentlicher Bestandteil des Feinstaubs PM2,5 – durch den Verbrauch von Wohn- und Industriekohle (41 Prozent) und Biomasse (33 Prozent) freigesetzt. Seit Anfang der 1990er Jahre sind die Aerosol-Emissionsfaktoren von SO2 und schwarzem Kohlenstoff jedoch aufgrund der chinesischen Luftreinhaltepolitik und des demografischen Wandels gesunken.

Da Anfang 2013 Dutzende von chinesischen Städten unter einer Smogwolke erstickten, erklärte die Regierung in Peking der Luftverschmutzung den Kampf und intensivierte die Maßnahmen zur Regulierung der PM2,5-Emission. Von 2013 bis 2018 sank das Volumen der gefährlichen Luftpartikel von PM2,5 in 74 Großstädten um 33 Prozent, wie die Analyse von Greenpeace East Asia ergab. Allerdings stiegen die Schadstoffwerte in der smoggefährdeten nordchinesischen Region, die die Provinz Hebei und die Städte Peking und Tianjin umfasst, von Januar bis April um 8 Prozent, so die Daten des Ministeriums für Ökologie und Umwelt.

Während solche gemischten Ergebnisse die Befürchtung geweckt haben, dass Chinas Kampf gegen die Umweltverschmutzung an Dynamik verliert, hat die Zentralregierung darum gekämpft, die Beobachter davon zu überzeugen, dass die Bemühungen zur Verringerung der Umweltverschmutzung in diesem Jahr nicht gelockert werden, zumal die chinesische Wirtschaft auf ihre niedrigste Wachstumsrate seit 1990 fällt.

Mehr Gewinn

Während die Luftreinigung erhebliche Investitionen erfordert, schlugen die Autoren der Studie der ETH Zürich/Universität Amsterdam vor, dass bei einer breiteren Anwendung solcher Umweltschutzmaßnahmen die Produktionskapazität der Photovoltaik erhöht und die Kosten des Umweltschutzes deutlich reduziert werden könnten. „Die Beziehung zwischen beobachteter Oberflächenstrahlung und den Emissionen von Schwefeldioxid und schwarzem Kohlenstoff deutet darauf hin, dass strenge Maßnahmen zur Luftreinhaltung, kombiniert mit einem reduzierten Verbrauch an fossilen Brennstoffen, eine Zunahme der Oberflächenstrahlung ermöglichen würden“, so die Studie, die in Nature Energy veröffentlicht wurde.

Das Thema Luftverschmutzung und ihre Auswirkungen auf die solare Leistung haben in jüngster Zeit die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen. Eine von Wissenschaftlern der Duke University veröffentlichte Studie – mit Kollegen des Indian Institute of Technology-Gandhinagar und der University of Wisconsin in Madison – ergab, dass die Anhäufung von luftgetragenen Partikeln auf Solarmodulen die Energieproduktion in einigen Teilen der Welt um mehr als ein Viertel reduzieren könnte, darunter in China und Indien, wo die Luftverschmutzung extrem hoch ist.

Frühere Forschungen der Arbeitsgruppe Klimapolitik der ETH Zürich haben ergeben, dass die vollständige Eliminierung von Emissionen aus den Bereichen Strom, Verkehr, Industrie und Haushalt es allen Photovoltaik-Anlagen in China im Jahr 2040 ermöglichen würde, zusätzliche 85 bis 158 Terawattstunden Strom pro Jahr zu erzeugen. Die Studie ergab, dass diese zusätzliche Solarstromleistung bis zu 10,1 Milliarden US-Dollar mehr für die chinesische Stromindustrie generieren würde.