Tím výskumníkov z Pekingskej univerzity zverejnil prvú komplexnú kvantifikáciu toho, ako klimatické zmeny ovplyvnia solárne fotovoltické systémy v globálnom meradle. Výsledky boli publikované v prestížnom energetickom časopise Joule a naznačili, že zvyšujúce sa teploty rapídne fyzicky degradujú solárne fotovoltaické systémy, znížia ich očakávanú životnosť a podstatne zvýšia náklady na solárnu elektrinu, čo vytvorí vážnu prekážku prechodu na čistú energiu na celom svete.
Štúdiu s názvom Klimatická zmena celosvetovo zvýši-riziká vysokých teplôt, degradáciu a náklady strešnej fotovoltaiky vykonal tím z Inštitútu pokročilej výroby a robotiky Pekingskej univerzity spolu s niekoľkými výskumníkmi z iných krajín.
Kritické slepé miesto v prosperujúcom priemysle
Solárna fotovoltaická (PV) technológia bude pravdepodobne hrať kľúčovú úlohu v globálnom tlaku na dekarbonizáciu. Strešné fotovoltaické systémy v súčasnosti predstavujú približne 50 % celkovej inštalovanej fotovoltaickej kapacity na svete a do roku 2050 zabezpečia približne 50 % celkového dopytu po fotovoltike. Strešné systémy sú zvyčajne navrhnuté na dlhodobé-používanie, ktoré zvyčajne trvá 25 až 30 rokov.
Zatiaľ čo strešné systémy poskytujú spoľahlivý a bezpečný zdroj obnoviteľnej energie a boli určené ako „prakticky odolné proti bombám{0}“, môžu sa stať zraniteľnými voči práve tým faktorom, ktoré sa snažia zmierniť – klimatickým zmenám. Je známe, že zvýšené teploty spôsobia zníženie výkonu na obmedzený čas, no existuje aj ďalšia závažnejšia hrozba pre dlhodobú-spoľahlivosť; rýchle poškodenie materiálov (termo-mechanická únava), „hydrolýza“ a „rozklad prostredníctvom UV svetla“. Strešné fotovoltické systémy majú vyššie než priemerné riziko zrýchlenej tepelnej degradácie v dôsledku obmedzeného inštalačného priestoru, čo vedie k zníženému prúdeniu vzduchu na účely chladenia.
Medzinárodné normy pre spoľahlivosť fotovoltických komponentov, ako napríklad normy IEC, používajú na určenie oblastí s vysokým-teplotným rizikom údaje o klíme z minulosti. Náš výskum ukazuje, že to nie je dosť dobré, pretože nezohľadňuje budúce otepľovanie, ktoré by mohlo ohroziť bilióny dolárov globálnych aktív.
Prelomová metodika a kľúčové zistenia
Na odstránenie tejto medzery výskumný tím vyvinul interdisciplinárny rámec hodnotenia. Aby sme zistili, ako dobre budú strešné solárne panely fungovať v nasledujúcich rokoch, zostavil náš tím niekoľko vecí: opravené klimatické modely, model, ktorý ukazuje, ako sa materiály solárnych panelov rozkladajú v priebehu času, a model, ktorý zohľadňuje súvisiace náklady. To nám umožňuje simulovať-dlhodobý výkon strešnej solárnej energie a zistiť náklady na elektrickú energiu, ktorú vyrába pri rôznych budúcich podmienkach otepľovania.
Rozšírenie rizikových{0}}zón s vysokou teplotou:Štúdia definuje HTR ako keď prevádzková teplota panelu prekročí 70 stupňov. Zistilo sa, že globálna stopa HTR sa dramaticky rozšíri. V porovnaní s historickým obdobím sa predpokladá, že objem strešnej FV kapacity vystavenej HTR vzrastie o 29 % pri scenári otepľovania o 2 stupne a o ohromujúcich 97 % pri scenári o 4 stupňoch. Ukázalo sa, že súčasné normy IEC zachytávajú iba 74 % a 48 % skutočných rizikových oblastí v rámci týchto príslušných futures, čo naznačuje vážne podhodnotenie.
Zrýchlená degradácia a rastúce náklady:Zrýchlené starnutie priamo skracuje užitočnú životnosť fotovoltických modulov, znižuje ich celkový energetický výstup v priebehu času a zvyšuje LCOE. Podľa scenára globálneho otepľovania o 2,5 stupňa sa predpokladá, že priemerné LCOE pre strešné fotovoltaické zariadenia v postihnutých mestách globálne vzrastú o 4,8 %, pričom nárast v klimaticky najcitlivejších-regiónoch dosiahne až 20 %. Štúdia poznamenáva, že ekonomický dopad tejto tepelnej degradácie pravdepodobne ďaleko prevýši vplyv iných klimatických faktorov, ako sú zmeny slnečného žiarenia.
Exacerbácia globálnej nerovnosti:Výskum poukazuje na hlbokú „klimatickú nerovnosť“ v rozložení tohto rizika. Regióny na globálnom juhu-vrátane južnej Ázie, Afriky a Južnej Ameriky-, ktoré sú kľúčové pre budúcu expanziu fotovoltiky a zároveň prirodzene teplejšie, budú čeliť najvyššiemu vystaveniu HTR a najvážnejšiemu zvýšeniu nákladov. Naopak, rozvinutejšie-zemepisné šírky budú postihnuté menej. To znamená, že rozvojové regióny, ktoré majú často menšiu finančnú odolnosť, budú čeliť vyššej „klimatickej prémii“ za svoju energetickú transformáciu, čím sa potenciálne rozšíria globálne nerovnosti v prístupe k cenovo dostupnej čistej energii.
Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje predpokladané vplyvy v rámci rôznych scenárov otepľovania:
| Scenár globálneho otepľovania | Predpokladané zvýšenie kapacity FV vystavenej riziku vysokej{0}}teploty (HTR) | Odhadovaný priemerný nárast vyrovnaných nákladov na elektrinu (LCOE) | Poznámka k medzere v štandardoch |
|---|---|---|---|
| +2 stupeň | +29 % (v porovnaní s historickým obdobím) | Údaje modelované pre scenár stupňa +2.5 | Pokrývajú iba súčasné normy74%budúcich rizikových oblastiach |
| +2.5 stupeň | -- | +4.8%(s regionálnym nárastom až o 20 %) | -- |
| +4 stupeň | +97 % (v porovnaní s historickým obdobím) | -- | Pokrývajú iba súčasné normy48%budúcich rizikových oblastiach |
Výzva na akciu: aktualizované štandardy a zameraná inovácia
V reakcii na tieto zistenia výskumníci vydali jasnú výzvu na akciu pre tvorcov politík, -normy a priemysel.
Autori článku odporúčajú medzinárodným organizáciám, ako je IEC, aby uprednostnili aktualizáciu štandardov testovania spoľahlivosti produktov vytvorením budúcich klimatických scenárov namiesto spoliehania sa na minulé klimatické údaje.
Okrem toho autori vyzývajú na vývoj nových technológií obnoviteľnej energie vrátane vývoja materiálov novej{0}}generácie pre fotovoltické zariadenia, tj vývoj nových materiálov s lepšou tepelnou stabilitou vrátane pokročilejších perovskitových materiálov, ako aj úpravu dizajnu inštalácie a chladenia na úrovni systému- na zvládnutie tepelného stresu na fotovoltaických systémoch.
Napokon sa zistilo, že je potrebné zaviesť rámec „spravodlivého prechodu“. Globálny systém riadenia v oblasti klímy a energetiky musí uznať a riešiť existujúce regionálne nerovnosti poskytovaním väčšej podpory vo forme rozšíreného technického transferu, rozšíreného financovania opatrení v oblasti klímy a budovania kapacít rozvojových krajín, ktoré im pomôžu riadiť dodatočné náklady a riziká spojené s týmto energetickým prechodom.
Záver
Táto prelomová štúdia z Pekingskej univerzity je kritickým alarmom pre globálny energetický sektor. Ukazuje, že zmena klímy nie je len výzvou, ktorú treba vyriešiť obnoviteľnými zdrojmi energie, ale aj priamou hrozbou pre ich ekonomickú životaschopnosť a dlhodobú-výkonnosť. Zabezpečenie robustného a spravodlivého prechodu na čistú energiu si teraz vyžaduje proaktívne prispôsobenie svetovej solárnej infraštruktúry teplejšiemu svetu, ktorý pomáha vytvárať.
