Magazin Rubriken Solarenergie
Porträt von Christof Drexel

Urbane Hitze – und was Photovoltaik und E-Mobilität damit zu tun haben (sollen)

Kolumne von christof drexel, 21.07.2022

Die globale Erwärmung schreitet (scheinbar) unaufhaltsam voran. Es wird wärmer, auf der ganzen Welt; auf dem Festland noch mehr als im Durchschnitt (weil die Ozeane einen riesigen Wärmespeicher darstellen, der sich viel langsamer erwärmt), und in den Städten merken wir es noch deutlicher als auf dem Land – man spricht von urbanen Hitzeinseln.

Mehr Photovoltaik = mehr urbane Hitze?!

Ich weiss nicht, woher es kam, aber es gibt ein Gerücht, dass Photovoltaikanlagen zur urbanen Erwärmung beitragen. Das ist eindeutig den Fake News zuzuordnen.

Physikalisch ist die Sache recht einfach: Dunkle Flächen absorbieren den Grossteil der Sonnenstrahlung (und geben die Wärme zeitverzögert an die Umgebung ab), helle Flächen reflektieren den Grossteil der Strahlung; man spricht vom Albedo-Effekt.

Nun weisen Dachflächen in aller Regel einen sehr geringen Reflexionsgrad auf, ebenso wie PV-Module – absorbiert wird also in etwa dieselbe Energiemenge. Allerdings wird ein Teil davon bei der PV gleich in elektrische Energie umgewandelt; dieser Teil bleibt der Umgebung als Wärmeenergie erspart.

Insofern wirkt sich PV auf Dächern dieser Studie zufolge sogar positiv auf die Temperatur in Städten aus. Mit Hilfe von Simulationen fanden die Forschenden heraus, dass die Temperaturen auf Plätzen und Strassen um bis zu 1,5 °C geringer sein können.

Fazit: Es gibt also auch aus dieser Perspektive keinen Grund, auf PV zu verzichten; im Gegenteil.

Energieverbrauch senken = unnötige Wärme vermeiden!

Aber nicht nur bei der Energieerzeugung, auch beim Verbrauch gibt es einen Hebel: In der Regel verbrennen wir Öl oder Gas, wenn wir es warm haben wollen, also im Winter.

In unseren Verbrennungsmotoren verbrennen wir aber das ganze Jahr Öl bzw. Benzin oder Diesel. Aufgrund des sehr schlechten Wirkungsgrads werden nur ca. 30% des Energieinhalts in Bewegungsenergie umgesetzt, der Rest gelangt als Abwärme in die Umgebung.

Sie haben das sicher schon wahrgenommen – vielleicht nur nicht bewusst: Wenn Sie an einem heissen Sommertag in einer engen Strasse an langsam fahrenden Autos vorbeispazieren, spüren Sie die Abwärme auf sehr unangenehme Art und Weise.

Elektromobilität statt Verbrennungsmotoren = weniger Abwärme

Ein weiterer Vorteil der Elektromobilität (sofern man nicht mit dem ÖV oder Velo unterwegs sein kann): Aufgrund des hohen Wirkungsgrads des Elektromotors gelangt rund 95% weniger Autoabwärme in unsere Städte.

Abgesehen davon bringen Beschattungen und vor allem Bäume viel für ein kühleres urbanes Klima. Womit gleich noch ein relevanter Zusatznutzen verbunden ist: Mehr Bäume entziehen der Atmosphäre mehr CO2 – auch die negativen Emissionen helfen im Kampf gegen die globale Erwärmung.

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Bisherige Kommentare (10)
German sagt:

Die Diskussion um die Auswirkungen von Photovoltaikanlagen auf städtische Wärmeentwicklung ist komplex. Dunkle Oberflächen absorbieren Sonnenstrahlung, während helle reflektieren, ein Phänomen bekannt als Albedo-Effekt. Forschung legt nahe, dass PV-Anlagen auf Dächern sogar zu einer Verringerung der städtischen Temperaturen beitragen können, da ein Teil der absorbierten Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Gleichzeitig ist es wichtig, den Energieverbrauch insgesamt zu reduzieren, da beispielsweise Verbrennungsmotoren ganzjährig Wärme abgeben. [Werbeverlinkung von der Redaktion entfernt]

Josef Winkler sagt:

@powernews-Team 27.10 2023
Mit dem genannten Albedo liegen Sie nicht ganz richtig.
Der Albedo von Wasser hängt sehr stark vom Einfallswinklel ab, siehe Link..
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Reflexionsgrad_an_der_Grenzflaeche_Wasser-Luft.svg
Ist der Einfallswinkel >48° (niedriger Sonnenstand) wird nahezu die gesamte Strahlung reflektiert.
Lediglich in den Sommermoanaten in den Mittagsstunden liegt der Albedo in dem von Ihnen genannten Bereich.
Insofern ist schon sehr nützlich wenn man die Solarmodule bei Stromüberproduktion um 180° verdreht.
Nach meinen Berechnungen könnte man damit das Erwärmungsproblem Deutschlands um 13% senken, statt zu erhöhen. Nach Agorameter werden wir in Deutschland im Jahr 2030 in den Sommermonaten eine Stromüberproduktio vonn 300 TWh bekommen
Gerne kann ich Ihnen dazu nähere Unterlagen schicken

powernewz-Team sagt:

Grüezi Herr Winkler. Sehr gerne können Sie uns weitere Unterlagen dazu an kontakt@powernewz.ch zukommen lassen. Wichtig zu verstehen ist, dass wir keine Herstellerfirma von Solarpanels sind, die Entwicklung interessiert uns natürlich in alle Richtungen. Freundliche Grüsse aus der Redaktion.

Josef Winkler sagt:

PV-Freiflächenanlagen haben ungefähr den gleichen Erwärmungseffekt wie eine grüne Wiese.
PV Module absorbieren zwar 97% de Sonnenlichts und wandeln ca 20% in Strom um. Verbleiben ca 23% für Erwärmung.
Anders sieht es aus wnn Solarmodule, z, B. wg Stromüberangebot, abgeschaltet werden. Dann wandeln sie 97% des Sonnenlichts in Wärme um und verstärken die Klimaerwärmung. Abgeschaltete Solaranlagen werden künftig in den Mittagsstunden, wenn die Sonneneinstrahlung am höchsten ist, auf der Tagesordnung stehen. Den Solarbetreibern ist es egal, ob die Anlagen abgeschaltet werden, denn sie bekommen für nichgelieferten Strom eine Entschädigung.
Die Regierung fördert damit indirekt die Klimaerwärmung!
Wenn man hingegen die Solarmodule bei Stromüberangebot um 180° verdrehen und die reflektierende Rückseite der Sonne zuwenden würde, könnte man die Kliaerwärmung merklich eindämmen, ähnlich einem Gletscher.
Ich habe dies an einem Prototypen mit Oberflächentemperaturmessungen nachgewiesen. TU =25°C:
Solarmodul eingeschaltet: T =50°C
Solarmodul ausgeschaltet: T= 60°C
Solarmodul gewendet: T= 30°C

powernewz-Team sagt:

Grüezi Herr Winkler. Ihre Überlegungen stimmen zwar prinzipiell: wenn PV-Anlagen abgeregelt werden, wird nichts von der absorbierten Strahlung in Strom umgewandelt und (minimal) mehr Wärme wieder an die Umgebung abgegeben. -Das ist aber erstens ein sehr kleiner Teil und zweitens wirkt sich das – wenn überhaupt – nur auf die unmittelbare Umgebung aus; der Effekt auf die globale Erwärmung ist nur rein theoretisch gegeben: Die meisten Oberflächen, auf denen PV installiert wird, weisen ebenfalls sehr niedrige Reflexionswerte auf (Ackerland 7-10%, Wald 15-18%, Wiesen 15-25%, Wasser (also 2/3 der Erdoberfläche) z.B. nur 3-10%). Das bedeutet: Auf all diesen Oberflächen (und auf dunklen Dächern sowieso) wirkt das PV-Modul zunächst gegen die globale Erwärmung, wenn 20% der aufgenommenen Energie in Strom umgewandelt werden. Und nur in sehr geringem Mass wird die globale Erwärmung unterstützt, wenn keine Strahlung in Strom umgewandelt wird, das steht aber in keinerlei Relation zum Nutzen der PV. Wobei wir hierzu keine konkreten Zahlen kennen; das ist eine Einschätzung von Christof Drexel, dem Autoren der Kolumne. Aus diesem Grund drehbare Module zu installieren wäre vollkommen unverhältnismässig.

Peter Müller sagt:

Es ist richtig, dass ein kleiner Teil der Wärme in elektrische Energie umgewandelt wird, aber diese elektrische Energie erzeugt im Verbraucher (Kühlschrank, Motor, TV usw.) wieder Wärme.

Andree Herbrich sagt:

Selbstverständlich erwärmen PV – Anlagen die Umgebung !
PV – Anlagen sind immer dunkler als andere Untergründe !
Sie absorbieren also vielmehr Sonnenenergie ,wobei sie nur 15 – 20 % davon in elektrische Energie umwandeln !
Bei Dachanlagen erwärmen PV- Anlagen nicht nur sich selbst auf 70 Grad Celsius ,sondern erwärmen auch die Dacheindeckung darunter !
Die gespeicherte Wärmeenegie nimmt zu !
Die Abgabe in der Nacht verlangsamt sich!

J. Landers sagt:

Nun die Temperaturdifferenz zwischen einem dunklen Dachziegel ( 70° Celsius ) und einem modernen Solar Panel (90° Celsius) beträgt 20 Grad diese 20 Grad erwärmen die Umwelt zusätzlich. Außerdem arbeiten die Solarpanels weit weniger effizient bei 90 Grad.

Das es im Schatten eines Solarpanels, wie auch im Schatten eines Dachziegels kühler ist als in der prallen Sonne gibt keinen Anlass darauf zu schließen das die Atmosphäre nicht erwärmt würde.

Darüber hinaus werden Solarpanels nicht nur über dunklen Dachflächen montiert sonder auch auf Wiesen und dort macht der Temperaturunterschied 65 Grad aus.

Ein weiteres Problem das damit einhergeht ist das warme Luft aufsteigt und somit Hochdruckgebiete fördert die Niederschläge fern halten. Das gilt natürlich für alle nicht begrünten Flächen aber eben auch für Photovoltaik.

Ich halte es für wenig Ziel führend vor Problemen die Augen zu verschließen anstatt sie anzugehen.

M.fr. Gr.

Christof Drexel sagt:

Da haben Sie sicher recht – wenn PV-Module auf Flächen angebracht werden, die vorher mehr Strahlung reflektiert haben, verschlechtert sich die Situation tendenziell. Weil die Zusammenhänge oft komplizierter sind. als sie scheinen, bin ich ein Freund von wissenschaftlichen Untersuchungen, die der Sache hoffentlich umfassend auf den Grund gehen. Deshalb der Verweis auf die Studie, die uns sagt, dass sich PV in Städten eher positiv auf das Mikroklima auswirken, eben weil ein Teil der Strahlungsenergie in Strom umgewandelt und somit nicht absorbiert wird. Falls Sie andere Studien zu diesem Thema kennen, wäre ich sehr daran interessiert.

Markus D. sagt:

Ich bin auch der Meinung, dass die PV Module die Erwärmung fördern. Ein Dachziegel speichert die Wärme und gibt über die Nacht ab. Ein PV Modul speichert die Wärme nicht. Durch den Auftrieb könnte es einen Einfluss auf den Niederschlag geben. Dieser Effekt kennt man schon Kaminen von Fernheizzentralen in Tälern, wo sich der Niederschlag dadurch reduzierte.