211service.com
En varmere planet vil gjøre solenergi mindre effektiv
Solenergi er en grønn, fornybar energikilde og en viktig måte å redusere planetens avhengighet av fossilt brensel. Det store håpet er at denne og andre fornybare kilder kan bidra til å snu oppvarmingen som truer klimaet vårt.
Men det er et problem: klimaendringer vil sannsynligvis ha en betydelig innvirkning på solenergiproduksjon, ikke minst på grunn av endringer i mengden innfallende sollys i forskjellige deler av verden. Noen områder vil se mer sollys og andre mindre på grunn av endringer i skydekke, atmosfærisk vanninnhold, aerosoler og så videre. De fleste steder vil det se større variasjon.
De nøyaktige endringene på spesifikke steder er vanskelig å beregne. Det er grunnen til at forskere, beslutningstakere, energileverandører og andre sliter med å forutsi hvordan deres områder vil bli påvirket.
I dag viser Ian Peters og Tonio Buonassisi ved MIT hvorfor en annen faktor må tas i betraktning: temperatur. Utgangen fra solcelleceller synker når de blir varmere. Men hvordan dette vil stable seg når planeten varmes opp er dårlig forstått, og det er her Peters og Buonassisi går inn.
Fotovoltaiske celler lager strøm når sollys overfører energi til elektroner i materialet. Denne prosessen skaper også positivt ladede hull i strukturen som strømmer i motsatt retning av elektroner.
En viktig faktor i effektiviteten til fotovoltaiske celler er hastigheten som elektroner rekombinerer med hullene, en prosess som tar dem ut av ledningsbåndet og dermed reduserer produksjonen. Denne hastigheten er svært følsom for temperatur: jo varmere den er, desto høyere er rekombinasjonshastigheten.
Det vil sannsynligvis spille en betydelig rolle når planeten varmes opp, sier Peters og Buonassisi. De beregner at fotovoltaisk effekt i gjennomsnitt reduseres med 0,45 % for hver temperaturøkning.
De studerer deretter effekten av denne endringen ved å bruke temperaturendringen spådd av International Panel on Climate Change. IPCC har gjort flere spådommer basert på ulike estimater av fremtidige klimagassutslipp. Peters og Buonassisi bruker det såkalte Representative Concentration Pathway 4.5-scenarioet, der utslippene topper seg i 2040 og øker den globale gjennomsnittstemperaturen med 1,8 grader Kelvin innen 2100.
Ettersom temperaturene øker nesten overalt på jordmassen til planeten vår, reduseres energiproduksjonen overalt, sier de. Men noen områder vil ha det verre enn andre. Områder som er spesielt berørt inkluderer Sør-USA, Sør-Afrika og Sentral-Asia.
De fortsetter med å produsere et globalt kart som viser omfanget av endringen i kraftproduksjonen i ethvert område.
Forskerne påpeker selvfølgelig en rekke forbehold. De sier at andre faktorer også vil påvirke kraftuttaket fra solcelleceller. Spesielt vil mengden innfallende sollys avhenge av skydekke og atmosfærisk vanninnhold (dvs. fuktighet).
Og de påpeker at -0,45%/K-tallet de bruker for å beregne fallet i kraftuttak er et bare representativt tall. Gjennombrudd innen materialvitenskap kan endre det betydelig i fremtiden. For eksempel har materialer med et høyere båndgap, som kadmiumtellurid, et betydelig mindre effektivitetsfall.
Likevel er budskapet klart. Global oppvarming vil redusere mengden kraft som solcelleceller kan produsere, noen steder med en betydelig mengde. Og det må det redegjøres for når det gjelder fremtidig energiplanlegging.
Ref: arxiv.org/abs/1908.00622 : Effekten av global oppvarming på silisium PV energiutbytte i 2100