Reflektoren könnten Solarenergie-Ernte verbessern – Künftige gigantische Solarparks könnten bewirken, wie viel Solarstrom auf der anderen Seite der Welt erzeugt werden kann
Wer in einer kalten Nacht 1993 zufällig in den Himmel über Europa schaute, sah möglicherweise einen schwachen Lichtblitz. Dieser stammte von dem russischen Weltraumspiegelexperiment namens Znamya-2, einer 20 Meter langen, reflektierenden Struktur, die einer Aluminiumfolie ähnelte (Znamya ist Russisch und heißt auf Deutsch „Banner“) und von einem Raumschiff entfaltet wurde, das gerade von der russischen Raumstation Mir abgedockt hatte. Es sollte demonstrieren, dass Sonnenenergie aus dem Weltraum auf die Erde reflektiert werden kann, schreibt Onur Çelik, Postdoktorand im Bereich Raumfahrttechnik der Universität Glasgow, am 11.01.2024 in The Conversation.
Znamya-2 – erzeugte einen 5 km breiten hellen Fleck, der quer durch Europa von Frankreich nach Russland wanderte © RSC Energia (PKK – CC BY-SA)
Ab einer bestimmten Größe werden Solarparks groß genug, um Wetter und Klima zu beeinflussen. In einer neuen Forschungsarbeit wurde untersucht, welche Auswirkungen solche PV-Parks auf die Solarstromproduktion in anderen Teilen der Welt haben könnten. Langfristig könnte sich der Klimawandel auf bestimmte Regionen auswirken und damit auch darauf, wie viel Solarstrom erzeugt werden kann, so Zhengyao Lu (Universität Lund) und Jingchao Long (Guangdong Ocean University) am 08.01.2024 in The Conversation.
Znamya-2 war das einzige Mal, dass ein Spiegel zu diesem Zweck ins All geschossen wurde. Doch drei Jahrzehnte später sind Çelik und Kollegen der Meinung, dass es an der Zeit ist, diese Technologie zu überdenken. Im Gegensatz zu Vorschlägen, Solarkraftwerke im Weltraum zu bauen und die Energie auf die Erde zu übertragen, würde die gesamte Energieerzeugung immer noch hier unten stattfinden. Entscheidend ist, dass diese Reflektoren dazu beitragen könnten, dass Solarfarmen auch dann Strom erzeugen, wenn kein direktes Sonnenlicht vorhanden ist, insbesondere in den Abend- und frühen Morgenstunden, wenn die Nachfrage nach sauberer Energie am größten ist. Çelik und seine Kollegen nennen dieses Konzept „kreisende Solarreflektoren“.
Satellit mit reflektierendem Material
Der bahnbrechende Raketenforscher Hermann Oberth erkannte das Potenzial bereits 1929, als er sich Reflektoren im Weltraum vorstellte, die Sonnenlicht zur Beleuchtung von Großstädten und Schiffsrouten weiterleiten sollten. Er sagte voraus, dass diese Reflektoren sehr groß, dünn und ultraleicht wären und im Weltraum von Astronauten in Taucheranzügen gebaut werden würden.
Çelik: „Meine Kollegen und ich haben vor kurzem eine Arbeit veröffentlicht, in der wir die Möglichkeit von Sonnenreflektoren im Orbit in naher Zukunft untersucht haben. Wir sind der Meinung, dass Oberths Vision dank aufstrebender Technologien, wie z. B. robotischer Raumfahrzeuge, die Strukturen im Weltraum herstellen und montieren können, nun realisierbar wäre. Die Reflektoren und andere, für den Bau solch großer Strukturen erforderlichen Materialien könnten mit modernen Raketen wie dem kolossalen Raumschiff von SpaceX gestartet werden.“ Jedes Mal, wenn ein Reflektor eine Solarfarm überfliegt, könnte er sich so ausrichten, dass er die Solarfarm und ihre unmittelbare Umgebung beleuchtet. Jeder Überflug würde den „Tag“ des Solarparks und damit die Stunden der Stromerzeugung verlängern.
Ausleuchtung eines 10 km großen Gebiets
Da die Reflektoren in einer Höhe von 900 km über uns kreisen – etwa doppelt so hoch wie die Internationale Raumstation – schätzen wir, dass die beleuchtete Fläche auf der Erde bei maximaler Helligkeit etwa 10 km groß wäre. Daher wäre ein solches System nicht auf einzelne Solarmodule auf Dächern ausgerichtet, sondern auf große Solarparks, die in der Regel weit entfernt von bewohnten Gebieten liegen.
Jeder Durchgang würde die Energieerzeugung um etwa 15 bis 20 Minuten in der Morgen- oder Abenddämmerung verlängern. In diesen Stunden ist die Stromnachfrage am höchsten und übersteigt oft die durch Wind- und Sonnenenergie erzeugte Menge, so dass Kohle- und Gaskraftwerke zur Kompensation eingesetzt werden müssen. Reflektoren können daher dazu beitragen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu verringern, ohne dass tagsüber Energie gespeichert werden muss.
Drei Tage nach der Veröffentlichung der Nachricht über das Znamya-2-Experiment in der New York Times schrieb ein Leser an den Herausgeber und fragte, ob wir unsere Nächte aufgeben würden. Die kurze Antwort lautet nein. Selbst bei maximaler Helligkeit würden die Beleuchtungsstärken nach unserer Einschätzung nur wenige Minuten pro Reflektor andauern und einen bedeckten Tag nicht überschreiten. Das bedeutet, dass die Beleuchtung die meiste Zeit über nicht einmal wahrnehmbar ist, es sei denn, man befindet sich ganz in der Nähe des Solarparks, vor allem in der Morgen- und Abenddämmerung, wenn der Himmel im Vergleich zur Nacht bereits recht hell ist.
Sonnenreflektoren in der Umlaufbahn sind noch in weiter Ferne. Aber sie stellen eine Möglichkeit dar, den Weltraum- und den Energiesektor miteinander zu verbinden, um den Übergang zu sauberer Energie zu beschleunigen und den Klimawandel zu bekämpfen.
Gigantische Solarparks der Zukunft könnten sich darauf auswirken, wie viel Solarstrom auf der anderen Seite der Welt erzeugt werden kann
Zhengyao Lu, Forscher in Physischer Geographie, Universität Lund und Jingchao Long, Außerordentlicher Professor der Abteilung für Atmosphärische Wissenschaften der Guangdong Ocean University, schrieben am 08.01.2024 in The Conversation: Die Energie der Sonne sei zwar praktisch unbegrenzt. Während Ressourcen wie Kohle oder Gas endlich sind, hindert die Möglichkeit, Sonnenenergie einzufangen, niemanden daran, so viel Solarstrom zu nutzen, wie er braucht. Lu und Long: „Aber das sei nicht die ganze Geschichte. Ab einer bestimmten Größe würden die Solarparks groß genug, um das Wetter in ihrer Umgebung und letztlich das Klima insgesamt zu beeinflussen. In unserer neuen Forschungsarbeit haben wir untersucht, welche Auswirkungen solche klimaverändernden Solarparks auf die Solarstromproduktion in anderen Teilen der Welt haben könnten.“
In unserer jüngsten Studie haben wir ein Computerprogramm verwendet, um das Erdsystem zu modellieren und zu simulieren, wie sich hypothetische riesige Solarparks, die 20 % der Sahara bedecken, auf die Solarstromerzeugung auf der ganzen Welt auswirken würden.
Ein PV-Panel hat dunkle Farbe und absorbiert daher viel mehr Wärme als reflektierender Wüstensand. Obwohl nur ein Bruchteil der Energie in Strom umgewandelt wird, heizt ein Großteil der Energie die Platte auf. Und wenn man Millionen dieser Paneele aneinanderreiht, erwärmt sich das gesamte Gebiet. Unsere Simulationen zeigen, dass diese neue Wärmequelle in der Sahara die globalen Klimamuster neu ordnen würde, indem sie die Niederschläge von den Tropen weg verlagert und dazu führt, dass die Wüste wieder grüner wird, so wie sie es noch vor etwa 5.000 Jahren war.
Dies hätte wiederum Auswirkungen auf die Bewölkungsmuster und darauf, wie viel Sonnenenergie auf der ganzen Welt erzeugt werden könnte. Zu den Regionen, die wolkiger werden und weniger Sonnenenergie erzeugen können, gehören der Nahe Osten, Südeuropa, Indien, Ostchina, Australien und der Südwesten der USA. Zu den Gebieten, die mehr Solarstrom erzeugen würden, gehören Mittel- und Südamerika, die Karibik, die zentralen und östlichen USA, Skandinavien und Südafrika.
Etwas Ähnliches geschah, als wir die Auswirkungen riesiger Solarparks in anderen Hotspots in Zentralasien, Australien, dem Südwesten der USA und dem Nordwesten Chinas simulierten – jeder führte zu Klimaveränderungen in anderen Gebieten. So würden beispielsweise riesige Solarparks, die einen großen Teil des australischen Outbacks bedecken, dazu führen, dass es in Südafrika sonniger, in Großbritannien jedoch bewölkter wird, insbesondere im Sommer.
Es gibt allerdings einige Vorbehalte. Die Dinge würden sich höchstens um ein paar Prozent verschieben – egal wie viel Solarenergie wir bauen, in Skandinavien wird es immer noch kühl und bewölkt sein, in Australien immer noch heiß und sonnig.
Und in jedem Fall basieren diese Auswirkungen auf hypothetischen Szenarien. Unser Sahara-Szenario basierte beispielsweise auf einer Bedeckung von 20 % der gesamten Wüste mit PV-Solarparks, und obwohl es ehrgeizige Vorschläge gab, ist es unwahrscheinlich, dass etwas in dieser Größenordnung in naher Zukunft realisiert wird. Wird die bedeckte Fläche auf die plausibleren (wenn auch immer noch unwahrscheinlichen) 5 % der Sahara reduziert, werden die globalen Auswirkungen weitgehend vernachlässigbar.
Warum dieses Gedankenexperiment wichtig ist
Aber in einer zukünftigen Welt, in der fast jede Region in mehr Solarprojekte investiert und stärker von ihnen abhängig wird, kann das Zusammenspiel der Solarenergieressourcen die Energielandschaft potenziell prägen und ein komplexes Geflecht aus Abhängigkeiten, Rivalitäten und Chancen schaffen. Das geopolitische Manövrieren beim Bau von Solarprojekten durch bestimmte Länder kann das Potenzial der Solarenergieerzeugung weit über die Landesgrenzen hinaus erheblich beeinflussen.
Deshalb ist es wichtig, die Zusammenarbeit zwischen den Nationen zu fördern, um sicherzustellen, dass die Vorteile der Solarenergie auf der ganzen Welt gerecht verteilt werden. Durch den Austausch von Wissen und die Zusammenarbeit bei der Raumplanung für künftige Solargroßprojekte sollten die Nationen faire und nachhaltige Energielösungen entwickeln und umsetzen und unbeabsichtigte Risiken für die Solarstromerzeugung weit entfernt vermeiden.
->Quellen: