En varmare planet kommer att göra solenergi mindre effektiv

Solenergi är en grön, förnybar energikälla och ett viktigt sätt att minska planetens beroende av fossila bränslen. Den stora förhoppningen är att denna och andra förnybara källor kan bidra till att vända den uppvärmning som hotar vårt klimat.

Men det finns ett problem: klimatförändringarna kommer sannolikt att ha en betydande inverkan på solenergiproduktionen, inte minst på grund av förändringar i mängden infallande solljus i olika delar av världen. Vissa områden kommer att se mer solljus och andra mindre på grund av förändringar i molntäcke, atmosfäriskt vatteninnehåll, aerosoler och så vidare. De flesta platser kommer att se större variation.

De exakta förändringarna på specifika platser är svåra att beräkna. Det är därför som forskare, beslutsfattare, energileverantörer och andra kämpar för att förutsäga hur deras områden kommer att påverkas.

Idag visar Ian Peters och Tonio Buonassisi vid MIT varför en annan faktor måste tas med i beräkningen: temperatur. Uteffekten från solcellsceller sjunker när de blir varmare. Men hur detta kommer att hända när planeten värms upp är dåligt förstått, det är där Peters och Buonassisi kliver in.

Fotovoltaiska celler skapar ström när solljus överför energi till elektroner i materialet. Denna process skapar också positivt laddade hål i strukturen som flödar i motsatt riktning till elektroner.

En viktig faktor för effektiviteten hos fotovoltaiska celler är den hastighet med vilken elektroner rekombinerar med hålen, en process som tar dem ut ur ledningsbandet och på så sätt minskar uteffekten. Denna hastighet är mycket känslig för temperatur: ju varmare den är, desto högre är rekombinationshastigheten.

Det kommer sannolikt att spela en viktig roll när planeten värms upp, säger Peters och Buonassisi. De beräknar att solcellerna i genomsnitt minskar med 0,45 % för varje temperaturökning.

De studerar sedan effekten av denna förändring med hjälp av temperaturförändringen som förutspåtts av International Panel on Climate Change. IPCC har gjort flera förutsägelser baserade på olika uppskattningar av framtida utsläpp av växthusgaser. Peters och Buonassisi använder det så kallade Representative Concentration Pathway 4.5-scenariot, där utsläppen når sin topp 2040 och ökar den globala genomsnittstemperaturen med 1,8 grader Kelvin år 2100.

Eftersom temperaturen stiger nästan överallt på vår planets landmassa, minskar energiproduktionen överallt, säger de. Men vissa områden kommer att ha det sämre än andra. Områden som är särskilt drabbade inkluderar södra USA, södra Afrika och Centralasien.

De fortsätter att producera en global karta som visar omfattningen av förändringen i effektuttaget i vilket område som helst.

Naturligtvis pekar forskarna på ett antal varningar. De säger att andra faktorer också kommer att påverka effekten från solceller. I synnerhet kommer mängden infallande solljus att bero på molntäcke och atmosfäriskt vatteninnehåll (d.v.s. fuktighet).

Och de påpekar att -0,45%/K-siffran de använder för att beräkna minskningen av effektuttaget bara är ett representativt tal. Genombrott inom materialvetenskap kan avsevärt förändra det i framtiden. Till exempel har material med ett högre bandgap, såsom kadmiumtellurid, en betydligt mindre effektivitetsminskning.

Trots det är budskapet tydligt. Den globala uppvärmningen kommer att minska mängden energi som solceller kan producera, på vissa ställen avsevärt. Och det kommer att behöva redovisas när det gäller framtida energiplanering.

Ref: arxiv.org/abs/1908.00622 : Den globala uppvärmningens inverkan på kisel PV energiutbyte år 2100

Dölj