Können Sonnenkollektoren die Atmosphäre kühlen? [Duplikat]

Das ist also eine interessante Frage, denke ich, und die Antwort lautet „nein“ und tatsächlich, dass sie die Atmosphäre etwas wärmer machen könnten (aber eine solche Erwärmung wäre winzig im Vergleich zu den Auswirkungen der Reduzierung der Kohlenstoffemissionen natürlich).

Eine gute Möglichkeit, darüber nachzudenken (siehe den Kommentar von JMac), ist, dass das Ziel von Sonnenkollektoren darin besteht, Energie von der Sonne einzufangen , die sonst zumindest teilweise durch Reflexion in den Weltraum entweichen würde. Im Wesentlichen endet diese gesamte eingefangene Energie als Wärme, und daher wird der Effekt eine gewisse Erwärmung sein.

Wenn Sie also einfach darüber nachdenken: Wenn es keine Sonnenkollektoren gäbe, würde ein Teil der Sonnenstrahlung den Boden erreichen, und an diesem Punkt passieren zwei Dinge: Ein Teil davon wird zurückreflektiert und ein Teil davon wird den Boden erwärmen. Ein Teil der reflektierten Strahlung wird wiederum von der Atmosphäre absorbiert und erwärmt sie, während ein Teil davon in den Weltraum entweicht, wo wir uns keine Sorgen mehr darüber machen müssen. Es gibt also zwei Erwärmungseffekte durch die Strahlung:

• der Boden erwärmt sich ein wenig und wird dadurch die Atmosphäre erwärmen;
• ein Teil der reflektierten Strahlung wird von der Atmosphäre absorbiert und erwärmt diese.

(Die Modellierung dieser Phänomene gehört zu den einfacheren Aufgaben von Klimamodellen: Auch hier kann es spannend werden, weil sich die Albedo – das Reflexionsvermögen – des Bodens auf komplizierte Weise ändert, je nachdem, was sonst noch vor sich geht.)

Wenn ein Solarpanel vorhanden ist, absorbiert das Panel einen Teil der einfallenden Strahlung und wandelt sie in Elektrizität um. Damit die Strahlung dann nicht auf den Boden trifft oder reflektiert wird, entsteht ein leichter Kühleffekt.

Aber warten Sie, wir speichern diesen Strom nicht nur in Batterien: Wir verwenden ihn, um zu arbeiten. Und diese Arbeit endet fast vollständig als Wärme (ein Teil dieser Arbeit könnte Lauflichter sein, und ein Teil dieses Lichts könnte in den Weltraum entweichen und somit nicht zum Heizen beitragen, aber dies wird wahrscheinlich ein sehr kleiner Teil sein.

Obwohl die Sonnenkollektoren also direkt ein wenig Abkühlung bewirken könnten, bewirkt der von ihnen erzeugte Strom eine Erwärmung. Und mit ziemlicher Sicherheit ist diese Erwärmung größer als die unmittelbare Abkühlung (weil mehr Energie in Wärme umgewandelt wird und weniger als sichtbares Licht in den Weltraum entweicht, als dies ohne Sonnenkollektoren durch Reflexion der Fall gewesen wäre).

Beachten Sie jedoch erneut, dass diese Effekte winzig sind : Sonnenkollektoren können eine geringfügige Erwärmung verursachen, aber sie ist völlig vernachlässigbar im Vergleich zu der kohlenstoffinduzierten Erwärmung, die nicht wegen ihnen auftritt.

Eine Frage, die es wert ist, gestellt zu werden, ist, wie gering die Auswirkungen sind. Um dies zu beantworten, können wir eine einfache Berechnung durchführen.

Der Radius der Erde,$R\approx 6.4\times 10^6\,\mathrm{m}$, also die Gesamtoberfläche der Erde,$A\approx 5.1\times 10^{14}\,\mathrm{m}^2$. Und nehmen wir an, die Erde steht auf$T=283\,\mathrm{K}$(es ist tatsächlich etwas wärmer, denke ich). Und schließlich nehmen wir an, es ist ein perfekter Schwarzkörper (was nicht der Fall ist, aber das ist gut genug). Also die von der Erde abgestrahlte Gesamtleistung

Dies ist die Energie, die es in den Weltraum abstrahlt, weil es warm ist (natürlich gibt es eine einfallende Strahlung von der Sonne, die es warm hält, und eine gewisse interne Erwärmung). Beachten Sie, dass dies ungefähr ist$370\,\mathrm{Wm^{-2}}$, was plausibel ist: Direkte Sonneneinstrahlung ist etwa dreimal so hoch.

Wie lässt sich das mit dem menschlichen Stromverbrauch vergleichen? Nun, laut Wikipedia (das Hinweise auf die Quelle dieser Informationen enthält) lag der gesamte menschliche Energieverbrauch im Jahr 2013 bei etwa$5.7\times 10^{20}\,\mathrm{J}$, was etwa entspricht$1.8\times 10^{13}\,\mathrm{W}$. Jetzt können wir also berechnen, wie hoch die Temperaturdifferenz ist, nämlich:

Mit anderen Worten, die gesamte direkte Erwärmung durch den gesamten menschlichen Stromverbrauch liegt etwas unter einem Hundertstel Grad. Die Unterschiede, die wir in Betracht ziehen, werden also deutlich kleiner sein.