En varmere planet vil gøre solenergi mindre effektiv

Solenergi er en grøn, vedvarende energikilde og en vigtig måde at reducere klodens afhængighed af fossile brændstoffer. Det store håb er, at denne og andre vedvarende kilder kan være med til at vende den opvarmning, der truer vores klima.

Men der er et problem: klimaændringer vil sandsynligvis have en betydelig indvirkning på solenergiproduktion, ikke mindst på grund af ændringer i mængden af ​​indfaldende sollys i forskellige dele af verden. Nogle områder vil se mere sollys og andre mindre på grund af ændringer i skydække, atmosfærisk vandindhold, aerosoler og så videre. De fleste steder vil der være større variation.

De nøjagtige ændringer på specifikke steder er svære at beregne. Det er grunden til, at videnskabsmænd, politiske beslutningstagere, energileverandører og andre kæmper for at forudsige, hvordan deres områder vil blive påvirket.

I dag viser Ian Peters og Tonio Buonassisi ved MIT, hvorfor der skal tages højde for en anden faktor: temperatur. Produktionen fra solcelleceller falder, når de bliver varmere. Men det er dårligt forstået, hvordan dette kommer til at hænge sammen, når planeten opvarmes, og det er her Peters og Buonassisi træder ind.

Fotovoltaiske celler skaber strøm, når sollys overfører energi til elektroner i materialet. Denne proces skaber også positivt ladede huller i strukturen, der strømmer i den modsatte retning af elektroner.

En vigtig faktor i effektiviteten af ​​fotovoltaiske celler er den hastighed, hvormed elektroner rekombinerer med hullerne, en proces, der tager dem ud af ledningsbåndet og dermed reducerer output. Denne hastighed er meget følsom over for temperatur: Jo varmere den er, jo højere er rekombinationshastigheden.

Det vil sandsynligvis spille en væsentlig rolle, når planeten opvarmes, siger Peters og Buonassisi. De beregner, at fotovoltaisk effekt i gennemsnit reduceres med 0,45 % for hver grads stigning i temperaturen.

De studerer derefter effekten af ​​denne ændring ved hjælp af temperaturændringen forudsagt af International Panel on Climate Change. IPCC har lavet flere forudsigelser baseret på forskellige skøn over fremtidige drivhusgasemissioner. Peters og Buonassisi bruger det såkaldte Representative Concentration Pathway 4.5-scenarie, hvor emissionerne topper i 2040 og øger den gennemsnitlige globale temperatur med 1,8 grader Kelvin i 2100.

Da temperaturerne stiger næsten overalt på vores planets landmasse, reduceres energiproduktionen overalt, siger de. Men nogle områder vil være værre stillet end andre. Områder, der er særligt berørt, omfatter det sydlige USA, det sydlige Afrika og Centralasien.

De fortsætter med at producere et globalt kort, der viser omfanget af ændringen i effekt i ethvert område.

Forskerne påpeger naturligvis en række forbehold. De siger, at andre faktorer også vil påvirke strømudgangen fra fotovoltaiske celler. Især vil mængden af ​​indfaldende sollys afhænge af skydække og atmosfærisk vandindhold (dvs. fugtighed).

Og de påpeger, at tallet -0,45%/K, som de bruger til at beregne faldet i effektudgangen, kun er et repræsentativt tal. Gennembrud inden for materialevidenskab kan ændre det væsentligt i fremtiden. For eksempel har materialer med et højere båndgab, såsom cadmiumtellurid, et væsentligt mindre fald i effektivitet.

Ikke desto mindre er budskabet klart. Global opvarmning vil reducere mængden af ​​strøm, som fotovoltaiske celler kan producere, nogle steder med en betydelig mængde. Og det skal der redegøres for, når det kommer til fremtidig energiplanlægning.

Ref: arxiv.org/abs/1908.00622 : Indvirkningen af ​​global opvarmning på silicium PV energiudbytte i 2100

skjule