Erhöhte Stromproduktion im Winter – Versorgunglücke schrumpft
Will die Schweiz ihre Stromproduktion vollständig auf erneuerbare Energieträger umstellen, wie es die Energiestrategie 2050 vorsieht, entsteht mittelfristig im Winter eine Versorgungslücke. Wie eine neue Studie des WSL-Instituts für Schnee- und Lawinenforschung SLF und der Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) zeigt, könnte diese Lücke deutlich verringert werden, wenn Photovoltaikanlagen im Hochgebirge installiert werden.
Photovoltaik-Testanlage auf der Totalp – Foto © Annelen Kahl, SLF
Mit der Energiestrategie 2050 hat die Schweiz entschieden, mittelfristig aus der Atomenergie auszusteigen. Die dadurch wegfallende Strommenge muss in den nächsten Jahrzehnten sukzessive durch Elektrizität aus anderen Quellen ersetzt werden. Damit das Klima nicht mit zusätzlichen Kohlendioxid-Emissionen belastet wird, kommen dafür in erster Linie die erneuerbaren Energieträger Sonne, Wind und Geothermie in Frage.
Versorgungslücke im Winter
Vor allem die aus Sonnenenergie erzeugte Strommenge unterliegt starken saisonalen Schwankungen. Während des Sommers wird in der Regel mehr Elektrizität aus Photovoltaik erzeugt, als auf dem Markt nachgefragt wird. Im Winter hingegen besteht eine Versorgungslücke, weil die Sonneneinstrahlung geringer ist. So sind die Tage kürzer, die Sonne steht tiefer am Himmel und insbesondere in tiefen Lagen liegt häufig Nebel und Hochnebel. Um das Missverhältnis zwischen Produktion und Nachfrage auszugleichen, müsste Sommerstrom für den Winter gespeichert werden. In grösserem Umfang ist dies zurzeit nur in Pumpspeicherkraftwerken möglich, wobei die vorhandene Kapazität aber nicht ausreicht. Ausserdem geht bei dieser Option viel Energie verloren. Sinnvoller wäre es daher, wenn im Winter mehr Solarstrom produziert werden könnte.
Photovoltaik im Hochgebirge
In einer eben in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichten Studie haben Annelen Kahl und ihre Kollegen von der Forschungsgruppe Schneeprozesse am SLF und vom Laboratory of Cryospheric Science (CRYOS) an der Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) untersucht, ob insbesondere im Winter mehr elektrische Energie produziert werden kann, wenn Photovoltaikanlagen im Hochgebirge anstatt im Mittelland installiert werden. Um diese Frage zu beantworten, nutzten sie unter anderem Daten aus der Satellitenfernerkundung, die flächendeckend für die gesamte Schweiz die Sonneneinstrahlung am Boden schätzen. Daraus berechneten die Forschenden die potentielle Stromproduktion aus Photovoltaik. Die Untersuchung zeigt nun, dass Photovoltaikanlagen im Hochgebirge die saisonale Versorgungslücke im Winter deutlich verkleinern können, weil dort die Sonneneinstrahlung während dem Winter grösser ist als in den häufig nebelbedeckten Gebieten im Mittelland.
Schnee erhöht die Stromproduktion
Die Wissenschaftler untersuchten auch wie schneebedeckter Boden und die Neigung der Solarmodule die Stromproduktion beeinflussen. Kahl erklärt: „Werden Photovoltaikanlagen im Gebirge installiert, kann zusätzlich die vom Schnee reflektierte Sonnenstrahlung für die Stromproduktion genutzt werden.“ Gemäss der Studie ist dies am effizientesten, wenn die Module steil ausgerichtet werden. Dadurch kann die Stromproduktion im Winter zusätzlich erhöht werden. „Unsere Studie zeigt, dass die Versorgungslücke, die durch den Ausstieg aus der Atomenergie entstehen wird, durch die Installation von Photovoltaikanlagen im Gebirge deutlich besser gedeckt werden kann als von Installationen auf Hausdächern im Mittelland, weil pro Quadratmeter Photovoltaik-Module nicht nur mehr Strom produziert wird, sondern auch zu einem passenderen Zeitpunkt“, so Kahl.
Testanlage oberhalb Davos
Mit einer Testanlage auf der Totalp im Davoser Parsenn-Skigebiet untersuchen SLF und EPFL zusammen mit dem Elektrizitätswerk des Kantons Zürich (EKZ) und der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) derzeit zudem technische und praktische Fragen, die sich bei der Installation von Photovoltaikanlagen im Gebirge ergeben, zum Beispiel welche Neigung die Solarpanels haben müssen, damit der Schnee von selbst abrutscht.
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