Studie von Oxford und UCL: Aerosole mindern Solarstrom um 5.8 Prozent

Jedes Jahr erfassen Regierungen und Investoren die neu installierte Solarkapazität und passen darauf basierend ihre Klimaprognosen an. Mehr Module im Boden und weniger Kohle im Strommix – so funktioniert die Rechnung.

Eine neue Studie zeigt jedoch, dass in dieser Bilanzierung ein systematischer Fehler steckt, ausgelöst durch einen Faktor, den klassische Kapazitätsmodelle komplett ausblenden. Die Ursache befindet sich in der Luft zwischen Sonne und Solarmodulen.

Was Aerosole abziehen

Forschende der University of Oxford (Oxford) und des University College London (UCL) haben kartiert, wo Solaranlagen weltweit tatsächlich stehen – insgesamt mehr als 140,000 Standorte.

Anschliessend verknüpfte das Team jeden einzelnen Standort mit atmosphärischen Daten zu Aerosolen: schwebenden Partikeln, die Sonnenlicht streuen und absorbieren, bevor es überhaupt ein Modul erreicht.

Im Jahr 2023 reduzierten diese Aerosole die globale Solarstromproduktion um 5.8 percent.

Umgerechnet entspricht das rund 111 terawatt-hours an entgangener Erzeugung – in etwa so viel, wie 18 mittelgrosse Kohlekraftwerke pro Jahr liefern.

Geleitet wurde die Untersuchung von Dr. Rui Song, Physiker bei Oxford und am Mullard Space Science Laboratory des UCL.

Die Ergebnisse bedeuten laut Dr. Song, dass saubere Energie weniger liefert, als vielerorts erwartet wird.

„Wenn Kohle und Solarenergie parallel wachsen, verändern Emissionen die Strahlungsumgebung und untergraben damit direkt die Leistung der Solarstromerzeugung“, sagte er.

Solargewinne werden durch Emissionen neutralisiert

Die deutlichere Zahl steckt im Vergleich über mehrere Jahre. Zwischen 2017 und 2023 brachten neue Solaranlagen dem weltweiten Stromnetz im Schnitt jedes Jahr 246.6 terawatt-hours zusätzlich.

Gleichzeitig machten Aerosole auf bereits bestehenden Solarparks etwa 74 terawatt-hours dieser Zunahme wieder zunichte – also fast ein Drittel des jährlichen Zuwachses.

Frühere Arbeiten hatten das Problem in stark verschmutzten Regionen bereits beschrieben. Allerdings hatte bislang keine Studie den Effekt in dieser Grössenordnung standortgenau mit realer Erzeugung verknüpft.

China produzierte 2023 insgesamt 793.5 terawatt-hours Solarstrom – mehr als 41 percent der weltweiten Menge – und war am stärksten betroffen.

Dort gingen 7.7 percent der potenziellen Solarproduktion durch Partikel in der Luft verloren.

In manchen Jahren löschten Aerosolverluste sogar mehr als 60 percent dessen aus, was neue Solaranlagen zusätzlich beitrugen. Der Zuwachs auf dem Papier blieb dem Zuwachs am Zähler voraus.

Sulfat aus Kohle

Den grössten Anteil am Schaden hatten Sulfat-Aerosole. Sie entstehen in der Atmosphäre aus Schwefeldioxid – jenem Gas, das Kohlekraftwerke beim Verbrennen über ihre Schornsteine ausstossen.

Das Oxford-UCL-Team berechnete, dass allein Sulfat 46.2 percent der aerosolbedingten Solarverluste in China verursacht.

Eine separate Auswertung der Verschmutzungsquellen schätzte, dass etwa 29 percent dieser Verluste auf kohlebefeuerte Stromerzeugung zurückgehen.

Kohlekraftwerke setzen feine Partikel frei, die das Sonnenlicht streuen und absorbieren, bevor es die Oberfläche eines Solarmoduls erreicht. Weniger einfallendes Licht bedeutet weniger erzeugten Strom.

Die Rolle der Geografie

In den Vereinigten Staaten sieht das Muster anders aus. US-Solarparks verloren 2023 durch Aerosole lediglich 3.1 percent ihrer Produktion – also weniger als die Hälfte der chinesischen Rate.

Erklären lässt sich das vor allem mit der Geografie: Ein grosser Teil der Solarkapazität in den USA liegt weit entfernt von aktiven Kohlekraftwerken.

Als die Forschenden Kohlekapazität und Solareinbussen Region für Region gegenüberstellten, zeigte sich in den USA praktisch kein Zusammenhang.

In China fiel derselbe Test dagegen deutlich positiv aus: Wo die Dichte der Kohleschornsteine am höchsten ist, ist die Solarleistung am schwächsten.

Chinas stille Fortschritte

Der überraschende Punkt: China führt zwar die Verluststatistik an, ist aber zugleich die einzige grosse Region, in der diese Einbussen zurückgehen.

Die aerosolgetriebenen Solarverluste sanken von 2013 bis 2023 um etwa 1.4 percent pro Jahr.

Diese Verbesserung kam nicht durch die Stilllegung von Kohlekraftwerken zustande. Chinas kohlebefeuerte Stromerzeugung stieg im gleichen Jahrzehnt von 4,093 auf 5,857 terawatt-hours.

Stattdessen erfolgte die Reinigung innerhalb des bestehenden Kraftwerksparks – durch Ultratief-Emissions-Nachrüstungen: leistungsfähigere Abgaswäschen, konsequente Filtertechnik und strengere Grenzwerte für Schadstoffe.

Ein separates Paper dokumentierte diese Modernisierungen im Detail. Den Nachrüstungen werden 91 percent der Schwefeldioxid-Reduktionen über Chinas Solarregionen zugeschrieben; Kraftwerksschliessungen trugen 9 percent bei.

Kartierung jeder Solaranlage

Für die Standortdaten kombinierten die Forschenden Open-Source-Datenbanken, Crowd-Sourcing-Register und ein eigenes Machine-Learning-Modell, das mit Satellitenbildern trainiert wurde, um Solarparks weltweit aufzuspüren.

Jeder gefundene Standort wurde anschliessend durch ein KI-Modell verarbeitet, das präzise Umrisse um die Modulflächen zog – und dabei Zufahrtswege oder die unbebauten Streifen zwischen Reihen nicht als Anlage mitzählte.

Genau diese Präzision macht die neue Auswertung möglich. Frühere Studien schätzten Verschmutzungsverluste, indem sie annahmen, Solarenergie sei gleichmässig über Regionen verteilt.

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

Breitere Folgen der Studie

Damit liegt nun eine Kennzahl vor, die es in dieser Form bisher nicht gab. Luftverschmutzung aus Kohlekraftwerken macht nicht nur Menschen in der Umgebung krank – sie drückt auch unmittelbar die Leistung der Solaranlagen, die diese Kraftwerke ersetzen sollen.

Diese globale Bremse von 5.8 percent reicht aus, um Klimaprognosen zu verzerren, die lediglich die installierte Kapazität zählen. Das Reinigen bestehender Kohlekraftwerke hilft, wie Chinas Entwicklung zeigt.

Doch solange dieselben Anlagen als Netzreserve weiterlaufen, emittieren sie weiterhin Partikel, die den Solarertrag mindern. Werden diese Verluste nicht mitgerechnet, fällt der Fortschritt der weltweiten Energiewende wahrscheinlich zu optimistisch aus.

Für Regulierungsbehörden und Netzplaner stellt sich damit vor allem die Frage, wo neue Solaranlagen entstehen – und wie schnell die Kohlekapazität in ihrer Nähe vom Netz geht.