Vročinski valovi in ​​sončni PV: ko sonce samo postane sovražnik

Pirenejski polotok že dolgo velja za eno najbolj obetavnih regij v Evropi za razvoj sončne energije. Z obilico sonca, podpornimi politikami in naraščajočo instalirano zmogljivostjo, ki presega 25 GW samo v Španiji, se je regija uveljavila kot elektrarna obnovljive energije. Vendar pa je nedavna študija Univerze v Évori na Portugalskem prinesla strezen pregled realnosti: v razmerah vročinskega vala lahko fotovoltaične naprave v regiji doživljajo izgube do 90 % na uro. Ta ugotovitev izpodbija dolgo-uveljavljene predpostavke o zanesljivosti sončne energije in odpira kritična vprašanja o tem, kako se mora industrija prilagoditi segrevanju podnebja.

Študija, objavljena v International Journal of Climate Change Strategies and Management, je vključevala analizo urnih proizvodnih podatkov, zbranih iz treh solarnih PV elektrarn na Iberskem polotoku, ki vključuje tovarno Zebro na Portugalskem (37,06 kW), tovarno Ariza iz Zaragoze v Španiji (15 kW) in tovarno Amibil prav tako iz mesta Zaragoza (64,5 kW). Raziskovalci so ocenili vpliv štirih večjih vročinskih valov, ki sta jih priznala AEMET in IPMA, od katerih sta se dva zgodila v Španiji julija in avgusta 2024 in junija 2025, druga dva pa sta iz Portugalske avgusta 2024 in maja do junija 2025. Vročinski valovi, ki so se pojavili leta 2024, so se izkazali za najbolj škodljive s temperaturami, ki so se dotikale 39,4 stopinje na Portugalskem in 38,9 stopinj. stopnje v Španiji.

Da bi zagotovili analitično natančnost, so raziskovalci primerjali proizvodne podatke z meteorološkimi informacijami iz nabora podatkov za ponovno analizo ERA5-Land, potrjenimi z uporabo vremenske postaje, nameščene poleg tovarne Amibil. Validacija je pokazala močno ujemanje s korelacijskimi koeficienti do 0,95 za temperaturo zraka in 0,98 za globalno vodoravno obsevanost.

Ugotovitve so osupljive. Največji urni upad razmerja učinkovitosti je dosegel 90,4 % v tovarni Amibil med španskim vročinskim valom leta 2024. Z drugimi besedami, v polni uri je ta PV elektrarna ustvarila komaj eno-desetino pričakovane proizvodnje. Študija je dokumentirala najvišjo urno najnižjo vrednost 90,44 %. Medtem ko so bile dnevne izgube skromnejše-, je bila največja zabeležena 17,59 % v tovarni Zebro med portugalskim vročinskim valom leta 2025-koncentracija izgub v urah največjega povpraševanja predstavlja resen operativni izziv.

Raziskovalci so spodbudno ugotovili, da se je fotonapetostna zmogljivost na splošno obnovila isti dan ali naslednji dan, ko se je toplotna obremenitev zmanjšala. Vendar pa dejstvo, da do takšnih dramatičnih izgub lahko pride celo v kratkih obdobjih ekstremnih temperatur-vključno zunaj uradno razvrščenih obdobij vročinskih valov-nakazuje, da je težava morda bolj razširjena, kot se je prej priznavalo.

Zakaj vročinski valovi povzročajo tako velike izgube? Razlog najdemo v ozadju fotovoltaične tehnologije. Visoke temperature zmanjšajo učinkovitost kristalnih silicijevih sistemov in zato se učinkovitost modulov zmanjša za 0,3-0,5% za vsako stopinjo nad 25 stopinj. Ko pridejo vročinski valovi, je lahko temperatura približno 70 stopinj, kar pospeši propadanje ovojnic in kablov. Lahko povzroči tudi toplotno znižanje vrednosti.

Študija pripisuje izgube predvsem višjim delovnim temperaturam in toplotnemu zmanjšanju moči inverterja, ne pa splošnemu trajanju vročinskih valov. To je pomembna razlika: najpomembnejša ni dolžina vročinskega vala, temveč intenzivnost temperaturnih vrhov. Skupno število ur nad 35 stopinj -merilo, ki so ga raziskovalci uporabili za oceno intenzivnosti vročinskih valov-, se je izkazalo za ključni napovedovalec poslabšanja delovanja.

Morda najpomembnejša posledica te raziskave se nanaša na to, kako solarna industrija načrtuje in napoveduje proizvodnjo energije. Študija je primerjala simulacije PVsyst na podlagi podatkov o tipičnem meteorološkem letu s simulacijami z uporabo dejanskih vremenskih vnosov ERA5-Land. Rezultati so bili zaskrbljujoči: zanašanje izključno na nabore podatkov TMY lahko sistematično preceni proizvodnjo fotovoltaične energije med ekstremno vročino.

Raziskovalci so izračunali »Energy Not Served«-razkorak med energijo, predvideno z uporabo podatkov TMY, in dejansko proizvedeno elektriko. Največje odstopanje je bilo 553,25 kWh (36,88 kWh/kWp), kar predstavlja 17,3 % simulirane energije v tovarni Zebro, medtem ko je največja relativna vrzel dosegla 22,34 % v tovarni Ariza. To niso trivialne meje napake. Za razvijalce projektov, vlagatelje in upravljavce omrežij bi lahko takšne precenjene ocene povzročile znatne finančne izgube in nestabilnost delovanja.

Iberske najdbe so del širšega vzorca. Temperature površinskega zraka v Evropi so se od leta 1979 povečale približno trikrat hitreje od svetovnega povprečja. Regionalne projekcije kažejo, da se bodo temperature evropskega kopnega do leta 2100 še naprej dvigovale za 1,2–3,4 stopinje po zmernih scenarijih in do 8,5 stopinje po -scenarijih z visokimi emisijami, pri čemer se pričakuje najmočnejše segrevanje v celinskih območjih sredozemskih držav.

Za sončno industrijo to pomeni, da so podnebne predpostavke, na katerih temeljijo številni obstoječi projekti, morda že zastarele. Običajno mnenje, da solarna PV najbolje deluje v vročem, sončnem podnebju, je ovrženo zaradi dejstva, da je ekstremna vročina-ne le oblaki ali dež-lahko velika grožnja generaciji.

Skupina raziskovalcev verjame v uporabo inovativnega pristopa, pri katerem se okoljski podatki preverjajo in ocenjujejo glede na delovanje rastlin. To omogoča ne samo prepoznavanje možnosti okvar zaradi vročinskih valov, temveč omogoča tudi izvedbo potrebnih ukrepov za njihovo preprečevanje.
Poleg tega je mogoče uporabiti nove tehnologije, vključno z učinkovitejšimi hladilniki za module in pretvornike, izbiro komponent, ki bolje prenašajo visoke temperature, razvojem novih modelov napovedi, ki bodo vključevali temperaturne vrhove, in sprejetjem ustreznih operacij, kot je preventivno vzdrževanje elektrarne, preden pride do vročinskih valov.

Dejstvo, da lahko fotonapetostni sistemi v Iberiji izgubijo kar 90 % produktivnosti ob urah z najvišjo temperaturo, je pravi-klic za zbuditev svetovne solarne industrije. Jasno je, da lahko podnebne spremembe te dogodke le naredijo še bolj običajne in hujše. Zato bi se morala industrija premakniti od zanašanja na zgodovinska povprečja k razvoju izvedljivih projektov za obstoj v svetu ekstremne vročine. Sonce ni le vir energije za solarne panele, ampak lahko postane tudi njihov najhujši sovražnik.