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Bericht | Vulkanasche kann die Leistung von Solarzellen deutlich verringern

Bei Vulkaneruptionen gelangen oft große Mengen Asche in die Luft. Die feinen Partikel können über hunderte Kilometer vom Wind verweht werden, ehe sie zu Boden gehen. Kaum vergessen sind die am Boden verharrenden Flugzeuge, als im Frühjahr 2010 nahezu der gesamte europäische Flugverkehr durch einen vergleichsweise kleinen Vulkanausbruch des Eyjafjallajökull auf Island lahmgelegt wurde. Doch andere Konsequenzen beginnt man erst zu erforschen: Lagert sich Vulkanasche auf Photovoltaikanlagen (PV) ab, kann deren Leistung deutlich nachlassen. Das zeigen Versuche am GFZ.

Bei Vulkaneruptionen gelangen oft große Mengen Asche in die Luft. Die feinen Partikel können über hunderte Kilometer vom Wind verweht werden, ehe sie zu Boden gehen. Kaum vergessen sind die am Boden verharrenden Flugzeuge, als im Frühjahr 2010 nahezu der gesamte europäische Flugverkehr durch einen vergleichsweise kleinen Vulkanausbruch des Eyjafjallajökull auf Island lahmgelegt wurde. Doch andere Konsequenzen beginnt man erst zu erforschen: Lagert sich Vulkanasche auf Photovoltaikanlagen (PV) ab, kann deren Leistung deutlich nachlassen. Das zeigen Versuche am GFZ. So dürfte der Ausbruch des Eyjafjallajökull auch Solaranlagen auf dem europäischen Festland spürbar beeinträchtigt haben, schreiben die GFZ-Forscher Edgar Zorn und Thomas Walter. „Weltweit werden immer mehr PV-Anlagen errichtet, um klimafreundlich Strom zu gewinnen. Damit steigt die Gefahr, dass Vulkanausbrüche spürbare Effekte auf diese Form der Energiegewinnung haben“, sagt Walter. „Dies macht es erforderlich, die Ausbreitung vulkanischer Partikel besser zu überwachen und angemessene Strategien zur Wartung von PV-Anlagen zu entwickeln.“

Bei sehr feiner Asche ist der Verlust größer

Der Einfluss vulkanischer Asche auf die Leistung von Solarzellen ist bisher kaum untersucht worden. Daher machten Zorn und Walter etliche Experimente. Im Labor montierten sie Lampen über einem PV-Element und maßen Spannung und Stromstärke. Dann brachten sie vulkanischen Auswurf, der vom jüngsten Ausbruch des Eyjafjallajökull stammte, auf das PV-Element. Wie sie im Fachmagazin Journal of Applied Volcanology berichten, spielt die Korngröße eine entscheidende Rolle. Insbesondere bei sehr feinkörniger Asche war der Verlust an Stromausbeute deutlich.

Die Forscher kombinierten die Resultate der Experimente mit Daten, die zum Ausbruch des Eyjafjallajökull im Frühjahr 2010 verfügbar sind. Rund 500 Millionen Tonnen Material wurden damals ausgeworfen, schätzen Vulkanologen. Größere Körner und vulkanische Bomben gingen in der Nähe nieder, nur feines Material konnte sich länger in der Luft halten. Lediglich 0,2 Prozent des ausgeworfenen Materials erreichte Modellrechnungen zufolge das europäische Festland. Dennoch war diese Menge ausreichend, um die Leistung von Solarzellen deutlich zu mindern, berichten Zorn und Walter.

Weitreichende Auswirkungen

Ihren Berechnungen zufolge könnte der Verlust bis zu 30 Prozent betragen haben. Tatsächlich zeigen empirische Daten von Island bis nach Wien, dass es eine Beeinträchtigung der PV-Leistung gab. Eine systematische Auswertung dieser empirischen Daten steht aber noch aus. Weitaus dramatischer ist die Lage in der Nähe des Vulkans. In einem Gebiet bis zu 300 Kilometer vom Eyjafjallajökull entfernt hätte die Eruption das Potenzial gehabt, vorhandene Solarzellen so weit zu bedecken, dass sie gar keinen Strom mehr liefern. "Diese weitreichenden Effekte von Vulkanausbrüchen werden von der Ökostrom-Branche gemeinhin nicht in Betracht gezogen"., sagt Walter. Er empfiehlt, sowohl die Luftüberwachung als auch die Wartung – sprich regelmäßige Reinigung – der Anlagen darauf abzustimmen, um die volle Leistungsfähigkeit zu erhalten.

Wüstenstaub auf europäischen Solaranlagen

Doch nicht nur Vulkanasche setzt sich auf Solarzellen ab. Wüstenstaub aus der Sahara kann ebenfalls weit verbreitet werden und erreicht mehrmals im Jahr auch PV-Anlagen in Deutschland. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat deshalb das Projekt „Photovoltaikertragsreduktion durch Saharastaub (PerduS)“ gestartet. Gemeinsam mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) und dem Prognosedienstleister meteocontrol sollen die Verschmutzung von Solarpanelen genau untersucht und Leistungsvorhersagen entwickelt werden. Diese Informationen sind auch wichtig, um das zu erwartende Stromangebot aus PV abzuschätzen und Speichertechnologien effektiv zu nutzen.

27.02.2017, Ralf Nestler

Originalstudie: Zorn, E., Walter, T., „Influence of volcanic tephra on photovoltaic (PV)-modules: an experimental study with application to the 2010 Eyjafjallajökull eruption, Iceland“ in Journal of Applied Volcanology, 2016, DOI: 10.1186/s13617-015-0041-y

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