Ich bekomme ab und zu Anfragen, ob Photovoltaik nicht auch das Klima aufheizt. Solarpaneele sind ja schliesslich dunkel und heizen sich in der Sonne ordentlich auf. Ein guter Grund, mal einen Blick auf die Energiebilanz und Ausbauziele zu werfen, um zu verstehen, dass die möglichen Auswirkungen auf Temperatur gering sein werden.
An sich ist es schon so – Solarpaneele verändern die Oberfläche, die sie bedecken. Sie sind häufig dunkler: klar, sie sollen ja möglichst viel Solarstrahlung absorbieren, um daraus Strom zu erzeugen. Ihre Albedo, oder Reflektivität, ist entsprechend gering, sie beträgt typischerweise etwa 5%. Das ist so dunkel wie der Ozean. Die 95% des Sonnenlichts werden vom Paneel dann folglich absorbiert, wobei etwa 12% es nicht erwärmen, sondern als elektrische Energie ins Stromnetz fliessen. Diese 12% erhält man als typischen Wert, wenn man in Deutschland die Einspeisung aus Photovoltaik ins Verhältnis zur installierten Kapazität setzt (eine gute Quelle für Zahlen ist die Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen). Also führen letztendlich nur 83% des einfallenden Sonnenlichts zur Erwärmung der (Paneel)oberflächen.
Die Bilanzierung von Energieflüssen bestimmt die Temperatur
Das ist nichts anderes als was bei Wäldern passiert. Sie haben eine Albedo von 12-15%. Also erwärmen etwa 85-87% des einfallenden Sonnenlichts die Baumkronen. Andere Oberflächen wie Wiesen, Äcker, oder Asphalt haben typischerweise etwas höhere Albedos und absorbieren nicht ganz so viel Sonnenlicht. Die Erwärmung der Oberfläche durch Absorption von Sonnenlicht ist eine Komponente der sogenannten Oberflächenenergiebilanz. Mit ihr bestimmt man die Temperatur der Oberfläche, die aus den unterschiedlichen Erwärmungs- und Kühlungsprozessen entsteht.
Zusätzlich erwärmt wird die Oberfläche durch die atmosphärische Gegenstrahlung, also das, was die Atmosphäre nach Absorption wieder in Richtung der Oberfläche emittiert – also dem atmosphärischen Treibhauseffekt. Im Mittel trägt die Gegenstrahlung etwa zwei bis dreimal soviel zur Erwärmung der Oberfläche bei wie die Absorption von Solarstrahlung.
Diese Erwärmung wird dann bilanziert durch die Kühlung durch thermische Abstrahlung der jeweiligen Oberfläche, durch die Entstehung von Auftrieb, und durch Verdunstung. Dies trifft genauso zu für natürliche Flächen, Wälder, Weiden, und Äcker, für Siedlungsflächen oder Solarparks. Diese Bilanzierung reflektiert die Energieerhaltung, sie wird in der Klimatologie als Oberflächenenergiebilanz bezeichnet.
Effekte von Solarparks
Also was ist anders bei Solarparks? Welche Komponenten in der Energiebilanz ändern sich? Die Erwärmung durch Sonnenlicht ist gar nicht so anders wie bei Wäldern, dies ist also kein wesentlicher Punkt. Was anders ist sind im Wesentlichen zwei Aspekte: Zum einen sind Solarpaneele typischerweise gen Süden geneigt, zum anderen verdunsten sie kein Wasser. Durch ihre Neigung können sie mehr vom einfallenden Sonnenlicht einfangen – schliesslich steht die Sonne ja nicht senkrecht über uns. Wenn sie mehr absorbieren als eine ebene Fläche, werden sie entsprechend auch wärmer. Aber sie werfen dann auch notwendigerweise Schatten, wo es entsprechend kühler ist. Diese beiden Effekt sollten sich also mehr oder weniger kompensieren, wenn man Temperaturen über größere Flächen mittelt.
Da Solarpaneele nicht verdunsten, werden sie während des Tages auch wärmer, weil die Erwärmung nicht über das Verdunsten von Wasser abgeführt werden kann. Natürlich bewachsene und feuchte Flächen sind dann entsprechend kühler. Bei einem asphaltierten Parkplatz oder einem abgeernteter Acker im Sommer ist es jedoch genauso, wenn sie nicht verdunsten können. Der Einfluss ist allerdings lokal sehr begrenzt, er ist ja nur auf die mit Solarpaneelen bedeckte Fläche begrenzt. Und die Abschattung der Oberfläche unter den Paneelen kann durchaus auch positive Aspekte für die Landwirtschaft bedeuten – dies wird aktuell im Bereich der sogenannten Agri-Photovoltaik erforscht.
Die Größe des Effekts hängt also von der Fläche ab, die von der Photovoltaik überdeckt wird. Und es wird nicht viel Fläche gebraucht, um in Deutschland die Ausbauziele für 2050 zu erreichen. Ein typischer Wert für den Flächenbedarf von Photovoltaik sind 1 Hektar Fläche pro Megawatt an installierter Kapazität (also 1 ha/MW). Bei einem Ausbau auf 350 GW an installierter Kapazität sind das also etwa 3500 km2 an Fläche. Zur Einordnung: Dies sind etwa 1% der Fläche Deutschlands. Laut Umweltbundesamt sind in Deutschland im Jahr 2021 rund 18 000 km2 als Verkehrsflächen ausgewiesen, die ja auch überwiegend versiegelt sind. Mit anderen Worten: Die Solarparks werden wohl kaum einen wesentlichen Beitrag zu wärmeren Temperaturen in Deutschland beitragen.
Zudem muss man im Hinterkopf behalten, dass der Effekt durch Photovoltaik sich grundsätzlich von der Verbrennung fossiler Energieträger unterscheidet. Bei der Photovoltaik geht es lediglich um eine feste Temperaturänderung, die sie dort verursacht, wo die Paneele aufgebaut sind. Beim Klimawandel hingegen geht es um einen global wirkenden Klimatrend, der beim weiteren Verbrauch von fossilen Energieträgern immer stärker wird. Die Temperaturänderung bei fossiler Energie ist also nicht fest, sondern wächst mit der weiteren Nutzung fossiler Energien an. Bei Photovoltaik ist dies nicht der Fall – sie mag die Temperatur erhöhen, aber sie verursacht keinen Trend.
Photovoltaik auf bereits versiegelten Flächen ist besser
Allerdings sehe ich die zunehmende Bodenversiegelung durchaus als problematisch, auch bei Solarparks. Insbesondere ist dies problematisch, da wir durch den Klimawandel mehr Starkregenereignisse erwarten und schon beobachten können – da brauchen wir einen guten Boden, um Wasser puffern zu können statt schnell viel Abfluss zu bilden und Böden zu erodieren.
Insofern wäre es auf jeden Fall sinnvoller, Photovoltaik auf bereits versiegelten Flächen wie Dächern, Fassaden, oder Überbauung von Parkplätzen zu nutzen. Leider sind zur Zeit die ökonomischen Rahmenbedingungen so, dass solche Effekte nicht eingepreist sind, sodass die Photovoltaik auf dem Acker die günstigste Umsetzung ist. Aber dies ist ein allgemeines Problem, die fehlende Einpreisung der Gesamtkosten. Ein deutliches Beispiel dafür ist die Stromerzeugung aus Atomkraft – da ist die Endlagerung des Atommülls nicht im Strompreis enthalten, und verzerrt so das Bild der wahren Kosten.
Ansonsten ist die Photovoltaik absolut spitze – es ist bei weitem die effizienteste Weise, die Energie der Sonne als nutzbare Energie fuer die Menschheit zu nutzen (siehe auch hier und hier). Sie schlägt alle anderen Formen um Längen, und mittlerweile auch die günstigste Form, Strom zu erzeugen.
Earthsystem.org 