Skupina raziskovalcev z Univerze v Pekingu je objavila prvo celovito kvantifikacijo o tem, kako bodo podnebne spremembe vplivale na sončne PV sisteme v svetovnem merilu. Rezultati so bili objavljeni v prestižni energetski reviji Joule in kažejo, da bodo naraščajoče temperature hitro fizično razgradile sončne PV sisteme, zmanjšale njihovo pričakovano življenjsko dobo in znatno povečale stroške sončne električne energije, kar bo povzročilo resno oviro za prehod na čisto energijo po vsem svetu.
Študijo z naslovom Podnebne spremembe bodo povečale visoko{0}}temperaturna tveganja, degradacijo in stroške fotovoltaike na strehah po vsem svetu, je izvedla skupina z Inštituta za napredno proizvodnjo in robotiko pekinške univerze skupaj z nekaterimi raziskovalci iz drugih držav.
Kritična slepa pega v cvetoči industriji
Tehnologija sončne fotovoltaike (PV) bo verjetno igrala ključno vlogo pri globalnem prizadevanju za razogljičenje. Trenutno strešni fotonapetostni sistemi predstavljajo približno 50 % skupne nameščene fotonapetostne zmogljivosti na svetu in zagotavljajo približno 50 % vsega povpraševanja po fotonapetostni do leta 2050. Strešni sistemi so običajno zasnovani za dolgoročno-uporabo, ki običajno traja od 25 do 30 let.
Medtem ko strešni sistemi zagotavljajo zanesljiv in varen vir obnovljive energije in je bilo ugotovljeno, da so "skoraj-odporni na bombe", lahko postanejo ranljivi prav za dejavnike, ki jih želijo ublažiti – podnebne spremembe. Znano je, da bodo povišane temperature povzročile zmanjšanje učinkovitosti za omejeno časovno obdobje, vendar pa obstaja še ena resnejša grožnja za dolgoročno-zanesljivost; hitro propadanje materialov zaradi (termo-mehanske utrujenosti), "hidrolize" in "razgradnje z UV svetlobo". Strešni fotonapetostni sistemi imajo večje od povprečnega tveganja za pospešeno toplotno degradacijo zaradi omejenega razmika namestitve, kar ima za posledico zmanjšan pretok zraka za namene hlajenja.
Mednarodni standardi za zanesljivost fotonapetostnih komponent, kot so standardi IEC, uporabljajo pretekle podnebne podatke za določanje območij visoke-temperaturne nevarnosti. Naše raziskave kažejo, da to ni dovolj dobro, ker ne upošteva prihodnjega segrevanja, kar bi lahko ogrozilo bilijone dolarjev svetovnega premoženja.
Prelomna metodologija in ključne ugotovitve
Za odpravo te vrzeli je raziskovalna skupina razvila interdisciplinarni ocenjevalni okvir. Da bi ugotovili, kako dobro bodo strešni sončni kolektorji delovali v prihodnjih letih, je naša ekipa sestavila nekaj stvari: popravljene podnebne modele, model, ki prikazuje, kako se materiali sončnih kolektorjev sčasoma razgradijo, in model, ki obravnava s tem povezane stroške. To nam omogoča, da simuliramo dolgoročno-učinkovitost strešne sončne energije in ugotovimo stroške električne energije, ki jo proizvede v različnih prihodnjih pogojih segrevanja.
Razširitev visoko{0}}temperaturnih območij tveganja:Študija opredeljuje HTR kot takrat, ko delovna temperatura plošče preseže 70 stopinj. Ugotavlja, da se bo globalni odtis HTR dramatično povečal. V primerjavi z zgodovinskim obdobjem naj bi se obseg strešnih fotonapetostnih zmogljivosti, izpostavljenih HTR, povečal za 29 % po scenariju segrevanja za 2 stopinji in za osupljivih 97 % po scenariju za 4 stopinje. Pokazalo se je, da trenutni standardi IEC zajamejo samo 74 % in 48 % dejanskih območij tveganja v okviru teh terminskih pogodb, kar kaže na močno podcenjevanje.
Pospešena degradacija in naraščajoči stroški:Pospešeno staranje neposredno skrajša življenjsko dobo fotonapetostnih modulov, sčasoma zmanjša njihovo skupno izhodno energijo in poveča LCOE. V skladu s scenarijem globalnega segrevanja za 2,5 stopinje naj bi se povprečni LCOE za fotonapetostne naprave na strehah v prizadetih mestih po vsem svetu povečal za 4,8 %, pri čemer bodo povečanja v najbolj podnebno-občutljivih regijah dosegla do 20 %. Študija ugotavlja, da bo gospodarski učinek te toplotne degradacije verjetno daleč večji od drugih podnebnih dejavnikov, kot so spremembe sončnega sevanja.
Poslabšanje globalne neenakosti:Raziskava poudarja globoko "podnebno neenakost" pri porazdelitvi tega tveganja. Regije na globalnem jugu-vključno z Južno Azijo, Afriko in Južno Ameriko-, ki so ključne za prihodnjo širitev PV in seveda bolj vroče, se bodo soočile z največjo izpostavljenostjo HTR in najhujšimi povečanji stroškov. V nasprotju s tem bodo razvite države na višji-geografski širini manj prizadete. To pomeni, da se bodo regije v razvoju, ki imajo pogosto manjšo finančno odpornost, soočile z višjo "podnebno premijo" za svoj energetski prehod, kar bi lahko povečalo globalne neenakosti pri dostopu do cenovno dostopne čiste energije.
Spodnja tabela povzema predvidene vplive po različnih scenarijih segrevanja:
| Scenarij globalnega segrevanja | Predvideno povečanje fotonapetostne zmogljivosti, izpostavljene visokemu-temperaturnemu tveganju (HTR) | Ocenjeno povprečno zvišanje izravnanih stroškov električne energije (LCOE) | Opomba o vrzeli v standardih |
|---|---|---|---|
| +2 stopnja | +29 % (v primerjavi z zgodovinskim obdobjem) | Podatki, modelirani za +2.5 stopinjski scenarij | Trenutni standardi zajemajo samo74%območij tveganja v prihodnosti |
| +2.5 stopnja | -- | +4.8%(z regionalnimi povečanji do 20%) | -- |
| +4 stopnja | +97 % (v primerjavi z zgodovinskim obdobjem) | -- | Trenutni standardi zajemajo samo48%območij tveganja v prihodnosti |
Poziv k ukrepanju: posodobljeni standardi in usmerjene inovacije
Kot odgovor na te ugotovitve so raziskovalci izdali jasen poziv k ukrepanju oblikovalcem politik, organom-za določanje standardov in industriji.
Avtorji članka mednarodnim organizacijam, kot je IEC, priporočajo, da dajo prednost posodobitvi standardov testiranja zanesljivosti izdelkov z ustvarjanjem prihodnjih podnebnih scenarijev, namesto da bi se zanašali na pretekle podnebne podatke.
Poleg tega avtorji pozivajo k razvoju novih tehnologij obnovljivih virov energije, vključno z razvojem materialov naslednje-generacije za PV, tj. razvojem novih materialov z boljšo toplotno stabilnostjo, vključno z naprednejšimi perovskitnimi materiali, ter spreminjanjem zasnove napeljave in-sistemskega hlajenja za obvladovanje toplotne obremenitve PV sistemov.
Nazadnje je ugotovljeno, da je treba izvajati okvir "pravičnega prehoda". Globalni sistem upravljanja podnebja in energije mora priznati in obravnavati obstoječe regionalne neenakosti z zagotavljanjem večje podpore v obliki okrepljenega tehničnega prenosa, okrepljenega podnebnega financiranja in krepitve zmogljivosti držav v razvoju, da bi jim pomagali pri obvladovanju dodatnih stroškov in tveganj, povezanih s tem energetskim prehodom.
Zaključek
Ta prelomna študija pekinške univerze je kritičen alarm za svetovni energetski sektor. Dokazuje, da podnebne spremembe niso le izziv, ki ga je treba rešiti z obnovljivimi viri energije, ampak tudi neposredna grožnja njihovi ekonomski sposobnosti preživetja in dolgoročni-učinkovitosti. Zagotavljanje robustnega in pravičnega prehoda na čisto energijo zdaj zahteva proaktivno prilagajanje svetovne solarne infrastrukture bolj vročemu svetu, ki ga ta pomaga ustvarjati.
