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Jul 11, 2023

Die Bedingungen im Grundwasserleiter und nicht die Einstrahlung bestimmen das Potenzial der Photovoltaik für die Grundwasserförderung in ganz Afrika

Communications Earth & Environment Band 4, Artikelnummer: 52 (2023) Diesen Artikel zitieren 1736 Zugriffe 21 Details zu Altmetric Metrics Das Pumpen von Grundwasser mithilfe von Photovoltaikenergie hat das Potenzial

Communications Earth & Environment Band 4, Artikelnummer: 52 (2023) Diesen Artikel zitieren

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21 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Das Pumpen von Grundwasser mithilfe von Photovoltaikenergie hat das Potenzial, die Wasserversorgung in schlecht versorgten Gebieten zu verändern. Hier entwickeln wir ein numerisches Modell, das öffentlich verfügbare Daten verwendet, um die Entnahmekapazitäten von Photovoltaik-Wasserpumpsystemen in ganz Afrika zu simulieren. Der erste Beitrag dieses Artikels ist die detaillierte Gestaltung des großmaßstäblichen Modells, um realistische geologische Einschränkungen für die Pumptiefe und Zeitreihen der substündlichen Bestrahlungsstärke einzubeziehen. Der zweite Aspekt ist die Bereitstellung von Ergebnissen für den gesamten Kontinent. Wir haben Ergebnisse für drei Systemgrößen (100, 1000, 3000 Wp) simuliert und festgestellt, dass die täglich gepumpten Volumina je nach Größe und Standort zwischen 0,1 und 180 m3 variieren. Wir zeigen, dass in weiten Teilen Afrikas das Pumpen von Grundwasser mithilfe von Photovoltaik durch die Bedingungen des Grundwasserleiters und nicht durch die Einstrahlung eingeschränkt wird. Unsere Ergebnisse können dabei helfen, Regionen zu identifizieren, in denen Photovoltaik-Pumpen das größte Potenzial haben, und dabei helfen, groß angelegte Investitionen anzustreben.

In Afrika nutzen mehr als 300 Millionen Menschen nicht verbesserte Wasserquellen für den häuslichen Gebrauch, vor allem in ländlichen Gebieten ohne Netzanschluss1. Auch die Bewässerung ist begrenzt und es gibt Forderungen, die Bewässerung zu erhöhen, um angesichts der zunehmenden Klimavariabilität die Ernährungssicherheit zu verbessern2,3. Grundwasser und Oberflächenwasser sind die Hauptwasserquellen. Obwohl Oberflächenwasser oft flacher und kostengünstiger zu entnehmen ist, stellt Grundwasser den größten und am weitesten verbreiteten Süßwasserspeicher in Afrika4 dar und bedarf im Gegensatz zu Oberflächenwasser oft keiner Behandlung5. Grundwasser eignet sich auch zur Bewässerung, da es langsamer auf meteorologische Bedingungen reagiert und somit einen natürlichen Puffer gegen Klimaschwankungen bietet6,7. Derzeit erfolgt die Förderung des Grundwassers in ländlichen Gebieten Afrikas größtenteils durch kommunale Handpumpen8,9, die sich als leicht zu reparieren und dürreresistent erwiesen haben10,11. Allerdings können die laufenden Funktionsraten aufgrund von Installations- und Wartungsproblemen niedrig sein12. Die Ziele für nachhaltige Entwicklung fordern ein höheres Serviceniveau, sodass in den einzelnen Haushalten zuverlässig sauberes Wasser verfügbar ist13. Daher besteht eine erhebliche Herausforderung darin, die Serviceniveaus über gemeinschaftliche Handpumpen hinaus zu steigern.

Mit Photovoltaik betriebene Pumpsysteme sind eine vielversprechende Lösung, um den Wasserzugang in vielen netzfernen Gebieten zu verbessern, ohne die Treibhausgasemissionen wesentlich zu erhöhen. Sie sind in vielen Kontexten bereits wirtschaftlich wettbewerbsfähig14, technologische Fortschritte haben ihre Langlebigkeit verbessert15 und lokale Fallstudien (z. B.16,17,18) haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Aufgrund von Managementproblemen4,19 und der räumlichen Variabilität der Grundwasser- und Solarressourcen sind diese Ergebnisse jedoch möglicherweise an anderen Standorten nicht zu erzielen.

Einige Studien haben das Potenzial von Photovoltaik-Wasserpumpsystemen (PVWPS) in zusammenhängenden geografischen Gebieten untersucht. Diese Studien wurden in Äthiopien20, Ghana21, Ägypten22,23, Algerien24, Spanien und Marokko25, China26,27 sowie an Standorten mit flachem Grundwasser (statische Wassertiefe <50 m) in Afrika südlich der Sahara28 durchgeführt. In den Artikeln 20, 21, 22, 23, 24, 26 wird jedoch kein technisches PVWPS-Modell verwendet, was die Berücksichtigung der relativen Bedeutung von Grundwasser und Solarressourcen verhindert. Die anderen Studien25,27,28 berücksichtigen ein technisches PVWPS-Modell. Dennoch verwenden sie monatliche durchschnittliche Einstrahlungswerte anstelle von stündlichen/unterstündlichen Zeitreihen, was den Betrieb und die Leistung von PVWPS beeinflusst18,29. Darüber hinaus berücksichtigen sie nicht die gesättigte Mächtigkeit des Grundwasserleiters, was die maximal mögliche Absenkung und damit die gepumpte Durchflussrate einschränkt. Schließlich liefern bestehende Studien keine Ergebnisse für den gesamten afrikanischen Kontinent, was den Vergleich zwischen verschiedenen Ländern und Regionen einschränkt.

Hier schlagen wir ein Modell vor, das öffentlich verfügbare Grundwasser- und Einstrahlungsdaten verwendet, um die Entnahmekapazitäten von PVWPS in ganz Afrika zu simulieren. Der erste Beitrag dieser Arbeit ist der detaillierte Entwurf des groß angelegten PVWPS-Modells, das realistische geologische Einschränkungen der Pumptiefe, insbesondere durch die gesättigte Grundwasserleiterdicke, und Zeitreihen der substündlichen Bestrahlungsstärke berücksichtigt. Die Betrachtung substündlicher Bestrahlungsstärke-Zeitreihen für jedes Pixel anstelle monatlicher durchschnittlicher Bestrahlungsstärkewerte hat mehrere Vorteile. Erstens variiert die gepumpte Durchflussrate nichtlinear mit der Bestrahlungsstärke, daher unterscheiden sich die Ergebnisse aus unterstündlichen Bestrahlungsstärkedaten von der Verwendung von Durchschnittswerten. Zweitens kommt es bei hohen Einstrahlungswerten (z. B. mitten am Tag) in zahlreichen Fällen zu einem Pumpstopp aufgrund hoher Absenkungen, die die Motorpumpe erreichen, wodurch sich das gesamte gepumpte Volumen verringert. Dies wäre nicht zu beobachten, wenn monatliche Durchschnittswerte der Einstrahlungsstärke verwendet würden. Hier spielt auch die andere Besonderheit des Modells eine wichtige Rolle, die darin besteht, eine realistische geologische Einschränkung der Pumptiefe einzubeziehen. Schließlich ermöglicht die Berücksichtigung von Zeitreihen der substündlichen Einstrahlungsstärke Simulationen für kritische Tage im Jahr (insbesondere Tage mit sehr geringer Einstrahlungsstärke), an denen das gepumpte Volumen sehr gering sein kann, was sich auf einen reibungslosen Wasserverbrauch auswirken kann. Der zweite Beitrag dieser Arbeit ist die Bereitstellung von Ergebnissen für den gesamten Kontinent, einschließlich Nordafrika und für Orte, an denen das Grundwasser tiefer als 50 m ist, wo PVWPS besondere Relevanz haben, da Grundwasser durch Handpumpen nur sehr schwer zugänglich ist4. Die Ergebnisse werden für drei PVWPS-Größen, für das ganze Jahr sowie für extreme Jahreszeiten (z. B. aufeinanderfolgende Tage mit geringer Einstrahlung) bereitgestellt und mit der Grundwasserneubildung verglichen. Die Bereitstellung von Ergebnissen für den gesamten Kontinent ermöglicht es, Regionen untereinander zu vergleichen und Regionen zu identifizieren, in denen PVWPS das höchste Potenzial haben, und so gezielte Investitionen zu unterstützen. Unsere Ergebnisse zeigen insbesondere, dass für 27 % der Standorte das größte betrachtete System aufgrund zu großer Abzüge, die die Motorpumpe erreichen, nicht das höchste Volumen liefert und so das System zum Stoppen zwingt. Sie zeigen auch, dass die Grundwasserleiterbedingungen und nicht die Einstrahlungsstärke der Hauptfaktor für die räumlichen Schwankungen des gepumpten Volumens sind.

Die betrachtete PVWPS-Architektur ist in Abb. 1 dargestellt und ihre Funktionsweise wird im Abschnitt „Methoden“ vorgestellt. Diese Architektur ist bei der Grundwasserentnahme mit Photovoltaik üblich16,30. In diesem Artikel betrachten wir ein generisches PVWPS, wobei die Größe der Motorpumpe proportional zur Spitzenleistung der Photovoltaikmodule (PV) ist. Die Spitzenleistung der PV-Module wird daher als Proxy für die Größe des PVWPS verwendet.

Alle Längen sind als positiv definiert. rb: Bohrlochradius, Hbb: Bohrlochtiefe, Hmp: Motorpumpentiefe, Hst: gesättigte Grundwasserleiterdicke, Hb,s: statische Wassertiefe (Tiefe, wenn nicht gepumpt wird), Hb,d: Absenkung, Hb: Wassertiefe in das Bohrloch, rc: Radius des Vertiefungskegels.

Die Merkmale der in dieser Studie berücksichtigten Eingabedaten für Einstrahlungsstärke und Grundwasserressourcen sind in Tabelle 1 dargestellt. Informationen zur Verarbeitung der Eingabedaten finden Sie im Abschnitt „Methoden“. In Abb. 2 zeichnen wir den Jahresdurchschnitt der globalen horizontalen Einstrahlung Ggh für 2020, der statischen Wassertiefe Hb,s, der Grundwasserleiterdurchlässigkeit T, der Sättigungsdicke Hst und der Grundwasserneubildung R auf.

a globale horizontale Einstrahlung Ggh (Jahresdurchschnitt für 2020, gelbe Skala), b statische Wassertiefe Hb,s (blaue Skala), c Grundwasserleiterdurchlässigkeit T (blaue Skala), d gesättigte Grundwasserleiterdicke Hst (blaue Skala), e Grundwasser Aufladen R (blaue Skala). Die Datenquellen sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Das vorgeschlagene Modell ermöglicht es, für jeden Standort Afrikas das durchschnittliche tägliche Pumpvolumen V durch ein PVWPS mit Spitzenleistung Pp zu simulieren. Das Blockdiagramm des Modells ist in der ergänzenden Abbildung 1 dargestellt. Zur Berechnung der Modellergebnisse sind zwei Arten von Elementen erforderlich. Der erste sind die Designparameter, die in Tabelle 2 aufgeführt sind. Sie werden vom Designer abhängig von den für das PVWPS ausgewählten Komponenten festgelegt. Für den Rest des Artikels wählen wir die in Tabelle 2 dargestellten Werte für die Designparameter. Bei der zweiten handelt es sich um die ortsabhängigen Daten (insbesondere Eingabedaten zur Einstrahlungsstärke und den Grundwasserressourcen). Mit Ausnahme der Albedo der Umgebung κ werden die Daten durch die Referenzen in Tabelle 1 bereitgestellt. Wir diskutieren die Wahl von κ im Abschnitt „Methoden“. Das vorgeschlagene Modell besteht aus mehreren Untermodellen (siehe ergänzende Abbildung 1). Das atmosphärische Untermodell berechnet die Bestrahlungsstärke auf der Ebene der PV-Module Gpv aus eingegebenen Bestrahlungsstärkedaten. Das PV-Modul-Untermodell berechnet die von den PV-Modulen P erzeugte Leistung aus Gpv und die Spitzenleistung der PV-Module Pp. Das Motor-Pumpe-Untermodell berechnet den gepumpten Durchfluss Q aus P und der gesamten dynamischen Förderhöhe, die die Motorpumpe TDH überwinden muss. Das hydraulische Untermodell berechnet TDH aus Q und berücksichtigt dabei die Reaktion des Wasserstands im Bohrloch auf Pumpen und Rohrverluste. Die gepumpte Flussrate Q wird über die Zeit integriert, um das durchschnittliche tägliche gepumpte Volumen V zu erhalten. Diese Untermodelle werden im Abschnitt „Methoden“ detailliert beschrieben. In Abb. 3 stellen wir den Jahresdurchschnitt der Einstrahlung optimal geneigter PV-Module in ganz Afrika dar, der ein Zwischenergebnis des Modells darstellt und für die Analyse der Endergebnisse relevant ist.

Jahresdurchschnitt für 2020 (gelbe Skala).

Wir beginnen mit der Detaillierung der Modellergebnisse für einen bestimmten Standort (GPS: Breitengrad = 6,2°, Längengrad = −5,2°), der in der Elfenbeinküste liegt. In Abb. 4 stellen wir die Entwicklung der gepumpten Durchflussmenge Q und der Wassertiefe im Bohrloch Hb für drei Anlagengrößen (100 Wp, 1000 Wp und 3000 Wp) und für diesen Standort dar. 100 Wp entsprechen der kleinsten betrachteten Größe von PVWPS. Tatsächlich sind die meisten PVWPS für die Grundwasserentnahme größer als 100 Wp14,31,32. Als allgemeine Größenordnung gilt: 1000 Wp ist eine typische PVWPS-Größe für den Hauswasserzugang14,31 und 3000 Wp ist eine typische Größe für die Bewässerung14,32 (die Größe kann natürlich je nach betrachtetem spezifischen System variieren). Logischerweise beobachten wir, dass die gepumpte Durchflussrate Q und damit die Bohrlochwassertiefe Hb der Entwicklung der Bestrahlungsstärke folgen. In Abb. 4c beobachten wir das Abschalten der Motorpumpe (Q = 0) für einen langen Teil des Tages, wenn die Bohrlochwassertiefe Hb die Position der Motorpumpe Hmp erreicht hätte (siehe „PVWPS-Betrieb“). im Methodenteil). Dies führt zu einer Verringerung des gepumpten Volumens V. In diesem Fall beträgt beispielsweise das durchschnittliche tägliche gepumpte Volumen V für ein 1000-Wp-PVWPS 15,9 m3 und nur 5,2 m3 für ein 3000-Wp-System.

a Pp = 100 Wp, b Pp = 1000 Wp, c Pp = 3000 Wp. Die gepumpte Durchflussrate ist in durchgehendem Blau, der Bohrlochwasserstand in durchgehendem Orange und die Motorpumpentiefe mit einer gestrichelten grauen Linie dargestellt.

Die Ergebnisse für ganz Afrika sind in Abb. 5 dargestellt und zeigen das durchschnittliche tägliche Pumpvolumen V für PVWPS von 100, 1000 und 3000 Wp. Die Ergebnisse zeigen, dass die gepumpten Volumenwerte von Gebiet zu Gebiet erheblich variieren. Diese Werte müssen mit dem Wasserbedarf für den Hausgebrauch und die Bewässerung verglichen werden. Für den häuslichen Gebrauch beträgt der tägliche Wasserbedarf etwa 15 l/Person/Tag für den einfachen Zugang33. Folglich deckt ein PVWPS, das 5 m3 pro Tag fördert, den Grundwasserbedarf eines Dorfes mit ca. 330 Einwohnern, obwohl der individuelle Wasserverbrauch erheblich steigen würde, wenn Wasser vor Ort verfügbar wäre34. Was die Landwirtschaft als allgemeine Größenordnung anbelangt, würde eine landwirtschaftlich geführte oder gemeinschaftliche Bewässerung in der Regel geringe Erträge (10–100 m3 pro Tag) erfordern, und kommerzielle Bewässerung würde höhere Erträge erfordern, oft >200 m3 pro Tag4,35 (diese Zahlen variieren natürlich). abhängig von der bewässerten Fläche und der Kulturart).

a Pp = 100 Wp, b Pp = 1000 Wp, c Pp = 3000 Wp für 2020. Die Ergebnisse sind in einer blauen Skala dargestellt.

Wie aus den detaillierten Ergebnissen für den einzelnen Standort hervorgeht, deuten die Karten des Pumpvolumens (Abb. 5) auch darauf hin, dass in bestimmten Gebieten (z. B. für einen großen Teil Simbabwes) kleinere PVWPS über größere Pumpkapazitäten verfügen als größere Systeme. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Durchlässigkeit T und die Sättigungsdicke Hst niedrig sind und daher bei hohen Bestrahlungsstärken während des Tages eine erhöhte Absenkung bis zur Motorpumpentiefe erfolgen kann. Um dies besser zu veranschaulichen, stellen wir in Abb. 6a für jedes Pixel die Größe des Systems (unter den drei betrachteten Größen) dar, das das höchste gepumpte Volumen V ergibt. In Abb. 6b zeigen wir das damit verbundene gepumpte Volumen die effektivste Größe. Wir stellen fest, dass, obwohl in den meisten Fällen (73 %) das System mit 3000 Wp die größte Wassermenge entnimmt, es immer noch eine große Anzahl von Fällen gibt, in denen die Systeme mit 100 Wp und 1000 Wp das meiste Wasser entziehen (13 und 14). % jeweils).

Größenwerte sind in a und Volumenwerte in b angegeben. Die Ergebnisse werden in einer blauen Skala dargestellt.

Neben der räumlichen Variation der Bestrahlungsstärke (verdeutlicht beispielsweise in Abb. 3) treten auch zeitliche Variationen der Bestrahlungsstärke auf, die sich auf das gepumpte Volumen auswirken können. Um den Einfluss der zwischenjährlichen Variation der Bestrahlungsstärke zu untersuchen, haben wir zunächst die durchschnittliche jährliche Bestrahlungsstärke Gpv und das zugehörige Pumpvolumen V für 2014 und 2017 für ein 1000-Wp-System berechnet und grafisch dargestellt (siehe ergänzende Abbildung 2). Wir stellen fest, dass die Ergebnisse für 2014, 2017 und 2020 sowohl hinsichtlich der durchschnittlichen jährlichen Bestrahlungsstärke als auch der gepumpten Menge ähnlich sind. Wenn wir für jedes Pixel den Unterschied im absoluten Wert zwischen den Ergebnissen von 2014 und den Ergebnissen von 2020 berechnen und den Unterschied über Afrika mitteln, erhalten wir Unterschiede von 2,5 % für die Bestrahlungsstärke und 2,7 % für das gepumpte Volumen. Wenn wir die Ergebnisse von 2017 mit den Ergebnissen von 2020 vergleichen, ergeben sich Unterschiede von 2,5 % für die Bestrahlungsstärke und 2,8 % für das gepumpte Volumen.

Anschließend untersuchten wir den Einfluss der Schwankungen der Einstrahlungsstärke im Laufe des Jahres (innerjährliche Schwankungen) für 2020. Zunächst berechneten wir für jedes Pixel die monatliche durchschnittliche Einstrahlungsstärke für jeden Monat; Anschließend wurde das PVWPS-Modell für ein 1000-Wp-System angewendet, um das gepumpte Volumen zu berechnen. Dabei wurden die Zeitreihen des Monats mit der höchsten (ergänzenden Abbildung 3a, b) und niedrigsten (ergänzenden Abbildung 3c, d) durchschnittlichen Bestrahlungsstärke verwendet. Dann wiederholten wir drei aufeinanderfolgende Zeiträume mit der höchsten (ergänzenden Abbildung 3e, f) und niedrigsten (ergänzenden Abbildung 3g, h) durchschnittlichen Bestrahlungsstärke. Wir haben Zeiträume von drei Tagen in Betracht gezogen, da Wasserspeichersysteme für den häuslichen Wasserzugang typischerweise so dimensioniert sind, dass sie mehrere Tage mit geringer Pumpleistung fassen können36,37. Die ergänzende Abbildung 3 zeigt, dass zwar ein gewisser Einfluss für den am stärksten und am wenigsten bestrahlten Monat zu beobachten ist, der größte Einfluss jedoch für den Zeitraum von drei Tagen mit der höchsten und am wenigsten Bestrahlung auftritt. Die Unterschiede im absoluten Wert (über Afrika gemittelt) der abgepumpten Menge im Vergleich zu den Ergebnissen für das gesamte Jahr 2020 (siehe Abb. 5b) betragen 16,2 % bzw. 19,7 % für den besten und schlechtesten Monat; und 29,7 % bzw. 53,6 % für den besten bzw. schlechtesten 3-Tages-Zeitraum. Dies unterstreicht die Bedeutung der Berücksichtigung extremer Tagesperioden bei der Untersuchung der Schwankungen der Systemleistung über das Jahr und ihrer Fähigkeit, einen reibungslosen Wasserverbrauch zu ermöglichen, sowie bei der Dimensionierung der Speicherkomponente (sofern vorhanden). Bei Systemen, die nicht durch die Absenkung bis zur Motorpumpe begrenzt sind, ist der Zeitraum mit der niedrigsten durchschnittlichen Bestrahlungsstärke relevant und für die anderen Systeme umgekehrt.

Zusätzlich zu den räumlichen und zeitlichen Schwankungen der Einstrahlungsstärke können auch die Werte der eingegebenen Grundwasserparameter und Entwurfsparameter variieren, was sich dann auf das gepumpte Volumen V auswirken kann. Die Variation der eingegebenen Grundwasserparameter kann auf die Unsicherheit dieser Parameter oder auf lokale Verwendung zurückzuführen sein Daten statt räumlich gemittelter Daten. Die Variation der Designparameter wäre auf Designentscheidungen zurückzuführen. Um zu untersuchen, wie sich eine Variation der eingegebenen Grundwasserparameter und Entwurfsparameter auf das gepumpte Volumen auswirkt, berücksichtigen wir eine Variation von +/- 15 % und +/- 30 % der eingegebenen Grundwasserparameter und der relevanten Entwurfsparameter. Für jeden neuen Wert des Parameters wenden wir das PVWPS-Modell für 2020 für die drei betrachteten PVWPS-Größen (100, 1000 und 3000 Wp) und für 100 zufällige Standorte (insgesamt 3 × 100 = 300 betrachtete Fälle) an. Anschließend vergleichen wir das durchschnittliche Pumpvolumen für diese 300 Fälle mit dem durchschnittlichen Pumpvolumen für dieselben Fälle, wobei alle Parameter ihren Nennwert haben. Die Ergebnisse sind in der ergänzenden Abbildung 4a dargestellt. Wir beobachten, dass die einflussreichsten Parameter die statische Wassertiefe Hb,s und der Motor-Pumpen-Wirkungsgrad ηmp sind. Auch der Transmissionsgrad T, die Sättigungsdicke Hst und der Verlustkoeffizient cpv,loss der PV-Module haben einen nennenswerten Einfluss. Betrachtet man nur Standorte, an denen das größte System nicht das höchste gepumpte Volumen liefert, stellen wir fest, dass die Durchlässigkeit T und die Sättigungsdicke Hst den größten Einfluss auf das gepumpte Volumen haben (siehe ergänzende Abbildung 4b). Tatsächlich wird das gepumpte Volumen an diesen Standorten stark davon beeinflusst, dass die Absenkung (die durch T gesteuert wird) die Motor-Pumpen-Position erreicht (die abhängig von Hst eingestellt wird). Dies steht auch im Einklang mit der visuellen Betrachtung der afrikaweiten Karten, bei denen wir sehen, dass Bereiche, in denen das größte System nicht das höchste Volumen liefert, Bereichen mit geringer Durchlässigkeit T und/oder geringer Sättigungsdicke Hst entsprechen. Für Standorte, an denen das größte System das höchste Volumen liefert, beobachten wir, dass die statische Wassertiefe Hb,s und der Motor-Pumpen-Wirkungsgrad ηmp (der den gleichen Einfluss wie die Bestrahlungsstärke Gpv(t) auf die gepumpte Durchflussrate Q(t) hat) , siehe Gleichung 14 und Gleichung 4) haben den größten Einfluss auf das gepumpte Volumen (siehe ergänzende Abbildung 4c). Variationen in der Wassertiefe Hb,s dominieren die afrikaweiten Pumpvolumenkarten für diese Art von Standorten, da die räumliche Variabilität der statischen Wassertiefe (zwischen 7 und 300 m) viel größer ist als die der Bestrahlungsstärke (Jahresdurchschnitt dazwischen). 169 und 329 W m−2).

Um eine erste Schätzung der Nachhaltigkeit des Pumpens im Vergleich zur Grundwasserneubildung zu liefern, zeichnen wir in Abb. 7 für jeden Standort das Verhältnis zwischen dem gepumpten Volumen und 50 PVWPS der effizientesten Kapazität für 2020 auf (siehe Abb. 6). und 25 % des Jahresvolumens werden auf einem Quadrat von 22 km × 22 km wieder aufgeladen. Das jährlich wieder aufgeladene Volumen wird berechnet, indem der Wiederaufladungs-R im Pixel (in m/Jahr) mit der Fläche des Quadrats (22 km × 22 km) multipliziert wird. Wir wählen konservativ 50 Systeme, da es in einem 22 km × 22 km großen ländlichen Gebiet unwahrscheinlich ist, dass es mehr als diese Zahl gibt. Laut dem für die Überwachung der Ziele für nachhaltige Entwicklung entwickelten Indikator38 stellt die Entnahme von weniger als 25 % des erneuerbaren Süßwassers ein geringes Risiko für Wasserstress in der Umwelt dar38. In Abb. 7 sehen wir, dass an den meisten Standorten (78 %) das von den 50 PVWPS gepumpte Volumen weniger als 25 % des aufgeladenen Volumens beträgt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Abb. 7 möglicherweise bereits vorhandene Pumpsysteme (z. B. Handpumpen, Dieselpumpen) nicht berücksichtigt. Darüber hinaus ist die Anzahl der PVWPS, die für die Darstellung in Abb. 7 berücksichtigt wird (50 PVWPS), willkürlich und die tatsächliche Anzahl der implementierten Systeme variiert je nach Bedarf von Standort zu Standort. Die Verwendung der Bevölkerungsdichte39 (siehe Abbildung 8) als Indikator für die Nachfrage weist darauf hin, dass die Wiederaufladung in dichter besiedelten ländlichen Gebieten tendenziell höher ist und daher das Risiko einer übermäßigen Ausbeutung in diesen Gebieten (wo PVWPS besonders relevant sind) im Allgemeinen gering ist. Dies steht im Einklang mit jüngsten Arbeiten, die zeigten, dass die Grundwasserneubildung ausreichte, um die ländliche Wasserversorgung in weiten Teilen des besiedelten Afrikas nachhaltig sicherzustellen40.

Rote Pixel zeigen an, dass die Extraktion die nutzbare Wiederaufladung überschreitet, blaue Pixel, dass dies nicht der Fall ist.

Die Ergebnisse werden in einer blauen Skala dargestellt. Daten aus Ref. 39.

Wir haben ein Modell vorgeschlagen, das öffentlich und frei verfügbare Grundwasser- und Einstrahlungsdaten verwendet, um den Betrieb von PVWPS für jeden Standort in Afrika zu simulieren. Das Modell, das die verschiedenen Komponenten des PVWPS berücksichtigt, simuliert insbesondere die Entwicklung der gepumpten Durchflussrate und des Absinkens in einem 30-Minuten-Zeitschritt während eines Jahres und berücksichtigt die möglichen Stopps der Motorpumpe aufgrund von Überhitzung Drawdowns. Mithilfe dieses Modells haben wir für alle Standorte in Afrika das von PVWPS gepumpte Volumen auf 100, 1000 und 3000 Wp geschätzt. Die Ergebnisse deuten auf eine starke räumliche Variabilität des gepumpten Volumens hin. Wir haben festgestellt, dass bei 27 % der Positionen das größte System nicht das höchste Fördervolumen liefert, da die Motorpumpe übermäßig stark absaugt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Durchlässigkeit und/oder die Sättigungsdicke gering sind. Für die übrigen Positionen ist die statische Wassertiefe der Haupttreiber des gepumpten Volumens.

Die erste Einschränkung unserer Studie ist diejenige, die Ansätzen innewohnt, die darin bestehen, ein Modell auf einem sehr großen räumlichen Maßstab (einem ganzen Kontinent) auszuwerten. Sowohl die Grundwasser- als auch die Einstrahlungsdaten wurden selbst geschätzt und verbergen die Besonderheiten der lokalen Ressourcen. Dies gilt insbesondere für Daten zur statischen Wassertiefe, zum Transmissionsgrad und zur Sättigungsdicke, bei denen es über einige Meter zu erheblichen Schwankungen kommen kann. Da wir außerdem Daten verwendet haben, die für ganz Afrika verfügbar sind, ist das vorgeschlagene Modell weniger genau als das Modell eines PVWPS, für das wir auf alle Eigenschaften des Standorts zugreifen und diese messen können (z. B. durch Pumptests). Schließlich berücksichtigen die Ergebnisse für das gepumpte Volumen an jedem Standort keine möglichen Störungen benachbarter Pumpsysteme. Aus all diesen Gründen sollten die Ergebnisse dieser groß angelegten Analyse als Näherungswerte angesehen werden, die einen Überblick über den Kontinent bieten, und als Ergänzung zu den Ergebnissen lokaler und daher genauerer Analysen. Da insbesondere die Grundwasserressourcen einen starken Einfluss auf die gepumpte Menge haben und lokal stark variieren können, ist eine koordinierte und detaillierte lokale Untersuchung und Überwachung der Grundwasserressourcen41,42 sehr vorteilhaft.

Trotz dieser Einschränkungen können die Ergebnisse dieser Studie dabei helfen, Regionen oder Länder zu identifizieren, in denen PVWPS das größte Potenzial aufweist. Sie geben insbesondere Aufschluss über die Eignung von Standorten hinsichtlich der Pumpmenge, Schwankungen dieser Pumpmenge in extremen Perioden (niedrige und hohe Einstrahlung) des Jahres und die Nachhaltigkeit der Pumpmenge im Vergleich zur Wiederauffüllung. Sie bieten auch Einblick in die effektivste PVWPS-Größe für den betrachteten Standort. Dies kann dann dazu beitragen, Investitionen in groß angelegte PV-Wasserpumpprogramme gezielter durchzuführen und Bereiche zu identifizieren, in denen das Pumppotenzial gering ist und zusätzliche Untersuchungen erforderlich sind, um das Risiko von Investitionen zu verringern. Dies könnte insbesondere für Finanzierungsinstitutionen (z. B. die Weltbank, die Afrikanische Entwicklungsbank) und Regierungen von Interesse sein. Da das Modell angewendet wurde, um eine erste Einschätzung der Eignung für jeden Standort in Afrika zu geben (ohne dass zusätzliche Daten gesammelt werden müssen), kann es als Screening-Tool verwendet werden, um eine erste Schätzung der Pumpleistung von PVWPS für den Wassersektor zu liefern Praktiker (z. B. lokale Unternehmen, Nichtregierungsorganisationen). Darüber hinaus liefern unsere parametrischen Analyseergebnisse Informationen zu den Entwurfsparametern, die möglicherweise den größten Einfluss auf das gepumpte Volumen haben und daher zuerst von lokalen Installateuren optimiert werden könnten. Schließlich ist es möglich, das Modell durch Änderung des Teilmodells „Photovoltaik“ an Pumpsysteme anzupassen, die mit anderen Energiequellen (z. B. Handpumpen, Dieselpumpen) betrieben werden.

Der Motor und die Pumpe sind zusammen eingebaut14 und das Motor-Pumpen-Aggregat wird im Bohrloch unter Wasser getaucht43. Steuerungsgeräte werden außerdem zwischen den PV-Modulen und der Motorpumpe installiert und/oder in das Motorpumpen-Set im Bohrloch integriert14,17. Diese Ausrüstung ermöglicht das Stoppen der Motorpumpe und den Betrieb der Motorpumpe und der PV-Module in ihren besten Betriebspunkten14. Sobald das Wasser gepumpt ist, könnte es in einem Wassertank gespeichert werden, um die Schwankungen der Solarressourcen zu mildern14,29. Wenn das Pumpen beginnt, bildet sich ein Senkkegel mit dem Radius rc und es kommt zu einer Absenkung Hb,d im Bohrloch (siehe Abb. 1). Je höher die gepumpte Fördermenge ist, desto höher ist die Absenkung Hb,d und desto tiefer ist das Wasser im Bohrloch Hb. Erreicht Hb die Position der Motorpumpe Hmp, schaltet die Motorpumpe automatisch ab und verhindert so einen Trockenlauf der Motorpumpe44. Die Motorpumpe bleibt während einer Zeitspanne Δtshut abgeschaltet, danach unternimmt sie einen Neustartversuch44.

In Tabelle 1 stellen wir fest, dass die Datensätze unterschiedliche räumliche Auflösungen haben. In dem Artikel verwenden wir die räumliche Auflösung der Einstrahlungskarte, 0,2° (~22 km). Tatsächlich reicht diese Auflösung für die Zwecke dieses Artikels aus und ermöglicht es, Rechenzeit und Speicherbedarf im Vergleich zur 0,05°-Auflösung um ~16 zu teilen. Bei dieser Auflösung von 0,2° wird die Gesamtfläche Afrikas von 30 Millionen km2 in 62.000 Pixel unterteilt. Wir wenden diese Auflösung von 0,2° auf alle Datensätze durch nächstgelegene Interpolation an.

Die ursprüngliche Quelle liefert für jeden Standort keine genauen Werte für die statische Wassertiefe Hb,s, den Transmissionsgrad T und die Sättigungsdicke Hst, sondern lediglich eine Variationsbreite. Beispielsweise liegt die gesättigte Mächtigkeit Hst für −15,8° (Breitengrad) und 21,9° (Längengrad) zwischen 25 und 100 m. In den meisten Fällen betrachten wir die Mitte des Bereichs (z. B. 62,5 m im Beispiel). Die einzigen beiden Ausnahmen sind: Wenn Hb,s höher als 250 m ist, berücksichtigen wir 300 m (dasselbe gilt für Hst); und wenn Hb,s zwischen 0 und 7 m liegt, gehen wir von 7 m45 aus. Aufgrund des Mangels an verfügbaren Informationen wird davon ausgegangen, dass die in Tabelle 1 angegebenen Grundwasserdaten über die Zeit konstant bleiben.

Reference46 liefert vollständige Strahlungsdaten mit einem Zeitschritt von 15 Minuten von 2013 bis 2020 in ganz Afrika. In diesem Artikel verwenden wir, sofern nicht anders angegeben, Einstrahlungsdaten aus dem Jahr 2020 mit einem 30-Minuten-Zeitschritt (indem alle zwei 15-Minuten-Punkte ein Punkt erfasst wird) anstelle aller verfügbaren vollständigen Einstrahlungsdaten. Es teilt Rechenzeit und Speicherbedarf durch ~16. Darüber hinaus führt es zu geringeren und akzeptablen Abweichungen bei den Ergebnissen. Tatsächlich haben wir für 100 zufällig ausgewählte Standorte das gepumpte Volumen V für die drei betrachteten PVWPS-Größen simuliert, indem wir (1) Bestrahlungsstärkedaten von 2013 bis 2020 mit einem 15-Minuten-Zeitschritt und (2) Bestrahlungsstärkedaten von 2020 mit einem 30-Minuten-Zeitschritt verwendet haben -Min. Zeitschritt. Für diese Standorte liegt der absolute Fehler auf Volumen V systematisch unter 7,9 % und der durchschnittliche absolute Fehler beträgt 2 %. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit dem beobachteten geringen Einfluss der Bestrahlungsstärke auf das gepumpte Volumen im Vergleich zu Grundwasserressourcen. Dank der Berücksichtigung dieses reduzierten Strahlungsvektors betragen der Arbeitsspeicher (RAM) und die Rechenzeit, die erforderlich sind, um eine Karte der Endergebnisse (wie Abb. 5b) zu erhalten, jeweils 38 GB und 10 Stunden (Zeit für Intel Xeon E5). 2643 3,3-GHz-Prozessoren und 96 GB RAM, läuft unter Debian 4.19.194-2), was sinnvoller ist.

Für jeden Standort kann die Einstrahlungsstärke auf der Ebene der PV-Module Gpv zum Zeitpunkt t aus Satellitendaten abgeleitet werden durch47,48:

Dabei ist κ die Albedo der Umgebung, θ und α die Neigung und der Azimut der PV-Module und AOI der Einfallswinkel zwischen den Sonnenstrahlen und den PV-Modulen. Die Albedo κ wird mit 0,2 angenommen, da sie der Albedo von Ackerland entspricht, das in den betrachteten ländlichen Gebieten eine häufige Umgebung darstellt49. In jedem Fall zeigen zusätzliche Simulationen, dass der Wert der Albedo einen vernachlässigbaren Einfluss auf das gepumpte Volumen V hat. AOI wird mit der MATLAB-Toolbox PVLIB berechnet, die von den Sandia National Laboratories50 entwickelt wurde.

Für jeden Standort werden der Azimut α und die Neigung θ der PV-Module so gewählt, dass die Bestrahlungsstärke auf der Ebene der PV-Module Gpv maximiert wird. Der Azimut α wird gleich angenommen51:

wobei ϕ der Breitengrad des Ortes ist. Die Neigung wird gleich 51 angenommen:

Wie aus Gl. (3) Die Neigung sollte mehr als 10° oder weniger als –10° betragen, damit die PV-Module ausreichend geneigt sind, um bei Regen gereinigt zu werden.

Da die maximale Leistungspunktverfolgung der PV-Module korrekt durchgeführt wird, wird ein vereinfachtes Modell zur Berechnung der von den Modulen erzeugten Leistung P verwendet:

Dabei ist G0 die Referenzbestrahlungsstärke (1000 W m−2), Pp die Spitzenleistung der PV-Module unter Standardtestbedingungen (STC) und cpv,loss ein Koeffizient, der die Verluste darstellt (z. B. Verschmutzung, Temperatur, Fehlanpassung, Verkabelung52,53) auf der Ebene der PV-Module. Der Einfachheit halber gehen wir bei der Betrachtung eines generischen PVWPS davon aus, dass cpv,loss unabhängig vom Betriebspunkt der PV-Module, von der Zeit und vom Standort ist. Wir nehmen es konstant, gleich einem einzelnen Wert (siehe Tabelle 2).

Die gesamte dynamische Förderhöhe TDH zwischen der Motorpumpe und dem Rohrausgang ist gegeben durch54:

Dabei ist Hb die Wassertiefe im Bohrloch und Hp die zusätzliche Förderhöhe aufgrund von Druckverlusten im Rohr.

Die Wassertiefe im Bohrloch Hb ergibt sich aus (siehe Abb. 1)42:

Dabei ist Hb,s die statische Wassertiefe und Hb,d die Absenkung. Der Drawdown besteht aus zwei Teilen:

wobei \({H}_{{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{\rm{d}}}}}}}^{{{{{{\rm{ a}}}}}}}(t)\) ist der Druckverlust aufgrund von Grundwasserleiterverlusten und \({H}_{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{ \rm{d}}}}}}}^{{{{{\rm{b}}}}}}}(t)\) ist der Druckverlust aufgrund von Bohrlochverlusten.

Der Druckverlust aufgrund von Grundwasserleiterverlusten \({H}_{{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{\rm{d}}}}}}}^{{{ {{{\rm{a}}}}}}}(t)\) hängt von der Pumpdurchflussrate Q, der Grundwasserleiterdurchlässigkeit T, dem Bohrlochradius rb und einem Längenparameter rc ab, der die Entfernung des zu ersetzenden Wassers darstellt das Wasser wurde abgepumpt. Aus der Dimensionsanalyse erwarten wir, dass \(\tfrac{{H}_{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{\rm{d}}}}}}}^ {{{{{{\rm{a}}}}}}}\left(t\right)\cdot T}{Q\left(t\right)}\) sollte eine Funktion von \(\tfrac{ {r}_{{{{{{\rm{c}}}}}}}}{{r}_{{{{{{\rm{b}}}}}}}}\). Wir schlagen daher das folgende Modell für \({H}_{{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{\rm{d}}}}}}}^{{{ {{{\rm{a}}}}}}}\), das aus der Thiem-Gleichung55 abgeleitet ist:

wobei rc als effektiver Radius des Depressionskegels betrachtet werden kann. Dieses Modell erfüllt horizontale, radiale und stetige Darcy-Strömungen in einem gleichmäßigen, homogenen und isotropen Grundwasserleiter. Es erfasst die wesentlichen Merkmale für Grundwasserleiterverluste: \({H}_{{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{\rm{d}}}}}}}^{ {{{{{\rm{a}}}}}}}(t)\) proportional zur gepumpten Durchflussrate und umgekehrt proportional zur Durchlässigkeit45. Obwohl die Strömung transient ist, können nur vereinfachte stationäre Modelle wie das von Gl. (8) kann mit den verfügbaren Informationen angewendet werden, da dynamische Modelle Pumptests erfordern würden. Darüber hinaus gehen wir davon aus, dass der Radius des Depressionskegels rc zwischen 100 und 1000 m liegt und, um ihn auf eine gemessene Größe zu beziehen, linear von der Grundwasserneubildung R abhängt: für die niedrigste Grundwasserneubildung (0 m/Jahr) , rc ist gleich 1000 m; für den höchsten (0,2947 m pro Jahr) ist rc gleich 100 m; dazwischen ergibt sich rc linear aus der Aufladung (rc = 1000–3054 · R). Somit wird die Grundwasserneubildung R genutzt, um die Größe des Depressionskegels zu begrenzen.

Der Druckverlust aufgrund von Bohrlochverlusten \({H}_{{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{\rm{d}}}}}}}^{{{ {{{\rm{b}}}}}}}(t)\) ist gegeben durch56:

wobei β ein Koeffizient ist, der sich auf die Bohrlochkonstruktion bezieht. Für die in diesem Artikel betrachteten Erträge ist \({H}_{{{{{{\rm{b}}}}}},{{{{{\rm{d}}}}}}}^{{ {{{{\rm{b}}}}}}}(t)\) bleibt normalerweise niedriger als ein paar Meter, aber als \({H}_{{{{{{\rm{b}}}} }},{{{{{\rm{d}}}}}}}^{{{{{\rm{b}}}}}}}(t)\) hängt vom Quadrat des gepumpten Flusses ab Bei größeren Abstraktionskapazitäten kann die Rate jedoch wichtiger sein.

Die zusätzliche Förderhöhe aufgrund von Rohrverlusten Hp ergibt sich aus57:

Dabei entspricht Hp,ma(t) den Verlusten entlang der Rohrlänge (auch „große Verluste“ genannt) und Hp,mi(t) den Verlusten an Verbindungsstellen wie Bögen und Krümmungen (auch „kleinere Verluste“ genannt). Hp,ma(t) ist gegeben durch57:

Dabei ist g die Erdbeschleunigung (9,81 m s−2), Dp der Rohrdurchmesser, Lp die Rohrlänge, Q die gepumpte Durchflussrate und f der Reibungskoeffizient zwischen Wasser und Rohr. Wir nähern uns der Rohrlänge Lp der Tiefe der Motorpumpe Hmp (siehe Abb. 1). Der Ausdruck von f hängt vom Wert der Reynolds-Zahl \({{{{{\rm{Re}}}}}}=\tfrac{4Q}{\pi {D}_{{{{{{\rm {p}}}}}}}w}\), wobei w die kinematische Viskosität des Wassers ist (angenommen gleich 1 × 10−6 m2 s−1)57:

für Re <3 × 103, \(f=\tfrac{64}{{{{{{\rm{Re}}}}}}}\);

für Re ≥3 × 103 ist f die Lösung von \(\tfrac{1}{\surd f}=-2{{{{\rm{ln}}}}}}\left(\tfrac{\epsilon }{3.7{D}_{{{{{{\rm{p}}}}}}}}+\tfrac{2.51}{{{{{{\rm{Re}}}}}}\sqrt{ f}}\right)\), wobei ϵ die Rohrrauheit ist.

Diese komplexe Formulierung für f erschwert die Auflösung von Gleichung (1) erheblich. (15). Um dieses Problem zu vermeiden, haben wir zunächst den Druckverlust aufgrund großer Verluste Hp,ma mithilfe von Gl. berechnet. (11), für verschiedene:

Rohrdurchmesser Dp zwischen 0,04 m und 0,1 m, was ein üblicher Bereich für PVWPS58,59 ist;

Rohrrauheiten ϵ zwischen 0 und 1,5 × 10−4 m, was ein üblicher Bereich für PVWPS57,58 ist;

Durchflussraten Q zwischen 0 und 5 × 10−3 m3 s−1, was ein üblicher Bereich für PVWPS29,60 ist;

Rohrlängen Lp zwischen 10 und 500 m, was möglichen Motorpumpentiefen entspricht.

Anschließend haben wir Hp,ma als Funktion von Lp und Q angepasst und gemäß29:

wobei ν ein Koeffizient ist, der von ϵ und Dp abhängt. Für alle betrachteten Kombinationen von Dp und ϵ haben wir immer einen passenden R2 von mehr als 0,99 erhalten. Beispielsweise erhalten wir für Dp = 0,052 m und ϵ = 1,5 × 10−6 m ν = 8,9 × 102 s2m−6 mit R2 = 0,996. Daher approximieren wir Großschäden mit Gl. (12) und bestimmen Sie ν durch Anpassen.

Die Förderhöhe aufgrund geringfügiger Verluste Hp,mi(t) ergibt sich aus:

Dabei ist ki der Koeffizient, der jedem Knoten i zugeordnet ist (Werte für die verschiedenen Knotentypen finden Sie in Artikel 57). Wie üblich vernachlässigen wir die Abhängigkeit von ki von der Reynolds-Zahl57.

Um den Förderstrom Q zu bestimmen, gehen wir zunächst davon aus, dass die Motorpumpe in Betrieb ist, was der Fall ist, wenn die Eingangsleistung der Motorpumpe P höher ist als die Startleistung der Motorpumpe Pmp,0 und wenn die Wassertiefe im Bohrloch Hb erreicht nicht die Motor-Pumpe-Position Hmp. Bei laufender Motorpumpe ergibt sich der Förderstrom Q zu 61,62,63:

Dabei ist g die Erdbeschleunigung (9,81 m s−2), ρ die Wasserdichte (1000 kg m−3) und ηmp der Wirkungsgrad der Motorpumpe. Wir gehen davon aus, dass ηmp aus den gleichen Gründen eine Konstante ist wie für den Verlustkoeffizienten cpv,loss der PV-Module. Durch die Integration der Beziehungen (5), (6), (7), (8), (9), (10), (12) und (13) in Gl. (14) erhalten wir Q durch Lösen von:

Wir nehmen die einzig physikalisch mögliche Lösung der Gleichung, um Q zu erhalten.

Sobald Q bestimmt ist, berechnen wir Hb dank der Gleichungen. (6)–(9). Wenn sich herausstellt, dass Hb höher ist als Hmp, dann setzen wir Q tatsächlich für einen Zeitraum Δtshut auf 0 (dh die Motorpumpe stoppt). Nach dieser Zeitspanne Δtshut versucht die Motorpumpe neu zu starten.

Sobald Q für jeden 30-Minuten-Zeitschritt des Jahres bestimmt ist, leiten wir das durchschnittliche tägliche Pumpvolumen V wie folgt ab:

Wenn wir also Eingabedaten zur Bestrahlungsstärke für 2020 mit einem 30-Minuten-Zeitschritt verwenden, wird für jedes Pixel das durchschnittliche tägliche Pumpvolumen V aus 17568 (=2 × 24 × 366) Werten der Pumpflussrate Q ermittelt.

Die in dieser Studie verwendeten Daten (d. h. Grundwasser-, Einstrahlungs- und Bevölkerungsdichtedaten) sind unter den folgenden Links öffentlich verfügbar: https://www2.bgs.ac.uk/groundwater/international/africanGroundwater/mapsDownload.html, https:/ /www2.bgs.ac.uk/nationalgeosciencedatacentre/citedData/catalogue/45d2b71c-d413-44d4-8b4b-6190527912ff.html, http://www.soda-pro.com/web-services/radiation/cams-radiation-service , https://sedac.ciesin.columbia.edu/data/set/gpw-v4-population-density-rev11 und https://doi.org/10.5281/zenodo.7520120. Abbildung 2 enthält zugehörige Rohdaten.

Der wichtigste Teil des Codes ist unter folgendem Link verfügbar: https://doi.org/10.5281/zenodo.7520120. Der verfügbare Code ermöglicht es, mithilfe des entwickelten Modells das gepumpte Volumen aus der Einstrahlung auf die Photovoltaikmodule zu berechnen. Es handelt sich um einen Matlab-Code, der kommentiert und von einer Readme-Datei begleitet wird. Bei Fragen zum Code wenden Sie sich bitte an [email protected].

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Die Autoren danken Loïc Quéval für seine Ratschläge und Kommentare. Die Autoren danken auch den Gutachtern für ihre Kommentare.

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Alan M. MacDonald

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SM konzipierte die ursprüngliche Idee, entwickelte das Modell, kuratierte Daten, entwickelte den Code und schrieb den Manuskriptentwurf. PKK konzipierte die ursprüngliche Idee und entwickelte das Modell. AC kuratierte Daten und entwickelte den Code. AMM entwickelte das Modell und kuratierte Daten. Alle Autoren entwickelten die Analyse und Schlussfolgerungen und überprüften das Manuskript.

Korrespondenz mit Simon Meunier.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Communications Earth & Environment dankt Shyam Chandel, Pietro Campana, Jennifer Burney und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Hauptredakteure: Rahim Barzegar und Joe Aslin.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Meunier, S., Kitanidis, PK, Cordier, A. et al. Die Bedingungen im Grundwasserleiter und nicht die Einstrahlung bestimmen das Potenzial der Photovoltaik für die Grundwasserförderung in ganz Afrika. Commun Earth Environ 4, 52 (2023). https://doi.org/10.1038/s43247-023-00695-8

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Eingegangen: 01. März 2022

Angenommen: 01. Februar 2023

Veröffentlicht: 27. Februar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-023-00695-8

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