Глобальное потепление снизит эффективность солнечных батарей

• Исследователи Массачусетского технологического института представляют простой прогноз воздействия изменения климата на работу кремниевых фотоэлектрических элементов.
• В среднем выход фотоэлектрического элемента уменьшается на 0,45 процента на каждый градус повышения температуры.

В 21 веке наверняка произойдут две вещи:Земля потеплеет и увеличится количество солнечных панелей. Учитывая эти два фактора, возникает вопрос, как глобальное потепление повлияет на производство солнечной энергии в ближайшие десятилетия.

Поскольку фотоэлектрические элементы чувствительны к температуре, их характеристики в первую очередь зависят от местных метеорологических условий, таких как концентрация аэрозоля и содержание воды в атмосфере. Эффективность самой популярной фотоэлектрической технологии, кремния, снижается с повышением температуры и влажности.

Хотя влияние повышения температуры на характеристики солнечных элементов рассматривалось в нескольких исследованиях, прогноз изменений солнечной инсоляции оставался неопределенным. Теперь исследователи из Массачусетского технологического института представили простой прогноз воздействия изменения климата на работу кремниевых фотоэлектрических элементов во всем мире.

Они использовали сценарий «Репрезентативный путь концентрации» (RCP) 4.5 для анализа воздействия фотоэлектрических установок. В сценарии прогнозируется пик выбросов парниковых газов в 2040 году и повышение средней глобальной температуры (1,8 Кельвина) к 2100 году.

Мощность солнечных элементов падает по мере их нагрева

Солнечная панель состоит из нескольких небольших блоков, называемых фотоэлектрическими элементами. Эти клетки работают, позволяя фотонам (от солнечного света) выбивать электроны из атомов, создавая электрический ток.

При этом они также создают в материале положительно заряженные «дыры», которые текут в направлении, противоположном электронам. Эффективность ячеек зависит от того, насколько быстро электроны рекомбинируют с дырками. Чем быстрее они рекомбинируют, тем меньше выходной сигнал, поскольку он выводит их из зоны проводимости.

Скорость рекомбинации пропорциональна температуре. Это означает, что по мере того, как внешняя среда нагревается, мощность солнечной панели уменьшается.

Поскольку температура повышается почти повсюду на Земле, ожидается, что эффективность солнечных батарей повысится повсюду. Однако одни регионы будут лучше других. По словам исследователей, наиболее пострадавшие (хуже) регионы - это Центральная Азия, юг Африки и юг Соединенных Штатов.

Ссылка:arXiv:1908.00622

Расчеты показывают, что в среднем выходная мощность фотоэлектрического элемента уменьшается на 0,45 процента на каждый градус повышения температуры. Выработка энергии кремниевыми фотоэлектрическими установками будет снижена почти на 15 кВтч / кВтп, при этом в некоторых областях потери будут достигать 50 кВтч / кВтп.

Исследователи также создали глобальную карту, чтобы отобразить степень изменения выработки энергии в любом регионе.

Расчетное глобальное изменение выходной энергии кремниевых фотоэлектрических установок в 21 веке

Это просто типичная фигура

Исследователи упомянули, что отметка -0,45% / K является всего лишь репрезентативным значением. Достижения в области материаловедения могут существенно изменить эти цифры в будущем.

Например, материалы с большей шириной запрещенной зоны, такие как теллурид кадмия, имеют гораздо меньшее падение выходной энергии. Таким образом, будущие солнечные установки могут быть более устойчивыми к перепадам температуры.

Читайте:Самый эффективный двухслойный солнечный элемент с КПД 22,4%

Более того, глобальное потепление - не единственный фактор, снижающий эффективность солнечных элементов. В частности, колебания уровня инсоляции и влажности влияют на солнечный свет, попадающий на панель. Нам нужно будет учитывать все эти факторы при планировании экологически чистых систем возобновляемой энергии на будущее.