Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου δημοσίευσε την πρώτη ολοκληρωμένη ποσοτικοποίηση για το πώς η κλιματική αλλαγή θα επηρεάσει τα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα σε παγκόσμια κλίμακα. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο έγκριτο ενεργειακό περιοδικό Joule και έδειξαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας θα υποβαθμίσει γρήγορα τα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα φυσικά, θα μειώσει την αναμενόμενη ωφέλιμη ζωή τους και θα αυξήσει σημαντικά το κόστος ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας, δημιουργώντας σοβαρό εμπόδιο στη μετάβαση στην καθαρή ενέργεια παγκοσμίως.
Μια μελέτη που ονομάζεται Κλιματική αλλαγή θα αυξήσει τους υψηλούς-κίνδυνους θερμοκρασίας, την υποβάθμιση και το κόστος των φωτοβολταϊκών ταράτσας παγκοσμίως, πραγματοποιήθηκε από μια ομάδα από το Ινστιτούτο Προηγμένης Κατασκευής και Ρομποτικής του Πανεπιστημίου του Πεκίνου, μαζί με ορισμένους ερευνητές από άλλες χώρες.
Ένα κρίσιμο τυφλό σημείο σε μια αναπτυσσόμενη βιομηχανία
Η τεχνολογία ηλιακών φωτοβολταϊκών (PV) πιθανότατα θα διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στην παγκόσμια ώθηση για απαλλαγή από τον άνθρακα. Επί του παρόντος, τα φωτοβολταϊκά συστήματα ταράτσας αντιπροσωπεύουν περίπου το 50% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος ΦΒ στον κόσμο και παρέχουν περίπου το 50% της συνολικής ζήτησης φωτοβολταϊκών μέχρι το 2050. Τα συστήματα ταράτσας συνήθως σχεδιάζονται για μακροπρόθεσμη χρήση, που συνήθως διαρκούν μεταξύ 25-30 ετών.
Ενώ τα συστήματα ταράτσας παρέχουν μια αξιόπιστη και ασφαλή πηγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και έχουν αποφασιστεί ότι είναι «πρακτικά ανθεκτικά στις βόμβες-», μπορεί να γίνουν ευάλωτα στους ίδιους τους παράγοντες που επιδιώκουν να μετριάσουν - την κλιματική αλλαγή. Είναι γνωστό ότι οι υψηλές θερμοκρασίες θα προκαλέσουν μείωση της απόδοσης για περιορισμένο χρονικό διάστημα, ωστόσο υπάρχει μια άλλη πιο σοβαρή απειλή για τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία. η ταχεία φθορά των υλικών μέσω (θερμο-μηχανικής κόπωσης), «υδρόλυσης» και «αποσύνθεσης μέσω υπεριώδους φωτός». Τα φωτοβολταϊκά συστήματα ταράτσας έχουν υψηλότερο από το μέσο κίνδυνο επιταχυνόμενης θερμικής υποβάθμισης λόγω του περιορισμένου χώρου εγκατάστασης με αποτέλεσμα τη μειωμένη ροή αέρα για σκοπούς ψύξης.
Τα διεθνή πρότυπα για την αξιοπιστία των φωτοβολταϊκών εξαρτημάτων, όπως αυτά της IEC, χρησιμοποιούν παλαιότερα κλιματικά δεδομένα για τον προσδιορισμό των περιοχών υψηλού{0}}υψηλού κινδύνου θερμοκρασίας. Η έρευνά μας δείχνει ότι αυτό δεν είναι αρκετά καλό επειδή δεν λαμβάνει υπόψη τη μελλοντική αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία θα μπορούσε να θέσει σε κίνδυνο τρισεκατομμύρια δολάρια παγκόσμιων περιουσιακών στοιχείων.
Πρωτοποριακή Μεθοδολογία και Βασικά Ευρήματα
Για την αντιμετώπιση αυτού του κενού, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα διεπιστημονικό πλαίσιο αξιολόγησης. Για να καταλάβουμε πόσο καλά θα λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ ταράτσας τα επόμενα χρόνια, η ομάδα μας συγκέντρωσε μερικά πράγματα: διορθωμένα κλιματικά μοντέλα, ένα μοντέλο που δείχνει πώς διασπώνται τα υλικά ηλιακών πάνελ με την πάροδο του χρόνου και ένα μοντέλο που εξετάζει το συνεπαγόμενο κόστος. Αυτό μας επιτρέπει να προσομοιώσουμε τη μακροπρόθεσμη-απόδοση της ηλιακής ενέργειας στον τελευταίο όροφο και να υπολογίσουμε το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγει υπό διαφορετικές μελλοντικές συνθήκες θέρμανσης.
Επέκταση Ζωνών Υψηλού-Κινδύνου θερμοκρασίας:Η μελέτη ορίζει το HTR ως όταν η θερμοκρασία λειτουργίας ενός πίνακα υπερβαίνει τους 70 βαθμούς. Διαπιστώνει ότι το παγκόσμιο αποτύπωμα του HTR θα επεκταθεί δραματικά. Σε σύγκριση με την ιστορική περίοδο, ο όγκος της χωρητικότητας των φωτοβολταϊκών ταράτσας που εκτίθεται σε HTR προβλέπεται να αυξηθεί κατά 29% σε ένα σενάριο θέρμανσης 2 μοιρών και κατά ένα εκπληκτικό 97% σε ένα σενάριο 4 μοιρών. Τα τρέχοντα πρότυπα IEC φαίνεται ότι καλύπτουν μόνο το 74% και το 48% των πραγματικών περιοχών κινδύνου σε αυτά τα αντίστοιχα συμβόλαια μελλοντικής εκπλήρωσης, υποδηλώνοντας μια σοβαρή υποεκτίμηση.
Επιταχυνόμενη υποβάθμιση και αύξηση του κόστους:Η επιταχυνόμενη γήρανση μειώνει άμεσα την ωφέλιμη διάρκεια ζωής των φωτοβολταϊκών μονάδων, μειώνοντας τη συνολική ενεργειακή τους απόδοση με την πάροδο του χρόνου και αυξάνοντας το LCOE. Σύμφωνα με ένα σενάριο υπερθέρμανσης του πλανήτη 2,5 μοιρών, ο μέσος όρος LCOE για τα φωτοβολταϊκά ταράτσας στις πληγείσες πόλεις παγκοσμίως προβλέπεται να αυξηθεί κατά 4,8%, με τις αυξήσεις στις πιο ευαίσθητες κλιματολογικές περιοχές να φτάνουν έως και το 20%. Η μελέτη σημειώνει ότι ο οικονομικός αντίκτυπος αυτής της θερμικής υποβάθμισης είναι πιθανό να υπερβαίνει κατά πολύ αυτόν άλλων κλιματικών παραγόντων όπως οι αλλαγές στην ηλιακή ακτινοβολία.
Επιδείνωση της παγκόσμιας ανισότητας:Η έρευνα υπογραμμίζει μια βαθιά «κλιματική ανισότητα» στην κατανομή αυτού του κινδύνου. Περιοχές στον παγκόσμιο Νότο-συμπεριλαμβανομένης της Νότιας Ασίας, της Αφρικής και της Νότιας Αμερικής-που είναι τόσο κρίσιμες για τη μελλοντική επέκταση των φωτοβολταϊκών όσο και φυσικά θερμότερες, θα αντιμετωπίσουν τη μεγαλύτερη έκθεση στο HTR και τις πιο σοβαρές αυξήσεις κόστους. Αντίθετα, τα ανεπτυγμένα έθνη υψηλότερου γεωγραφικού πλάτους-θα επηρεαστούν λιγότερο. Αυτό σημαίνει ότι οι αναπτυσσόμενες περιοχές, οι οποίες συχνά έχουν λιγότερη οικονομική ανθεκτικότητα, θα αντιμετωπίσουν υψηλότερο «κλιματικό ασφάλιστρο» για την ενεργειακή τους μετάβαση, διευρύνοντας ενδεχομένως τις παγκόσμιες ανισότητες στην πρόσβαση σε οικονομικά προσιτή καθαρή ενέργεια.
Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις προβλεπόμενες επιπτώσεις σε διαφορετικά σενάρια θέρμανσης:
| Σενάριο υπερθέρμανσης του πλανήτη | Προβλεπόμενη αύξηση της χωρητικότητας ΦΒ που εκτίθεται σε υψηλό-κίνδυνο θερμοκρασίας (HTR) | Εκτιμώμενη μέση αύξηση στο ισοπεδωμένο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας (LCOE) | Σημείωση για το κενό προτύπων |
|---|---|---|---|
| +2 βαθμός | +29% (έναντι ιστορικής περιόδου) | Δεδομένα μοντελοποιημένα για σενάριο βαθμών +2.5 | Τα τρέχοντα πρότυπα καλύπτουν μόνο74%περιοχών μελλοντικού κινδύνου |
| +2.5 βαθμός | -- | +4.8%(με περιφερειακές αυξήσεις έως 20%) | -- |
| +4 βαθμός | +97% (έναντι ιστορικής περιόδου) | -- | Τα τρέχοντα πρότυπα καλύπτουν μόνο48%περιοχών μελλοντικού κινδύνου |
Πρόσκληση για δράση: Ενημερωμένα πρότυπα και εστιασμένη καινοτομία
Σε απάντηση σε αυτά τα ευρήματα, οι ερευνητές απηύθυναν μια σαφή έκκληση για δράση προς τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, τους φορείς καθορισμού προτύπων-και τον κλάδο.
Οι συντάκτες του άρθρου συνιστούν διεθνείς οργανισμούς όπως η IEC να δίνουν προτεραιότητα στην ενημέρωση των προτύπων δοκιμών αξιοπιστίας προϊόντων δημιουργώντας μελλοντικά σενάρια για το κλίμα αντί να βασίζονται σε παλαιότερα κλιματικά δεδομένα.
Επιπλέον, οι συγγραφείς ζητούν την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης υλικών επόμενης{{0} γενιάς για φωτοβολταϊκά, π.χ. ανάπτυξη νέων υλικών που έχουν καλύτερη θερμική σταθερότητα, συμπεριλαμβανομένων πιο προηγμένων υλικών περοβσκίτη, καθώς και τροποποίηση του σχεδιασμού της εγκατάστασης και του επιπέδου ψύξης του συστήματος{{3} για τη διαχείριση της θερμικής καταπόνησης στα φωτοβολταϊκά συστήματα.
Τέλος, διαπιστώνεται ότι πρέπει να εφαρμοστεί ένα πλαίσιο «δίκαιης μετάβασης». Το παγκόσμιο σύστημα διακυβέρνησης για το κλίμα και την ενέργεια πρέπει να αναγνωρίσει και να αντιμετωπίσει τις περιφερειακές ανισότητες που υπάρχουν παρέχοντας μεγαλύτερη υποστήριξη με τη μορφή ενισχυμένης τεχνικής μεταφοράς, ενισχυμένης χρηματοδότησης για το κλίμα και οικοδόμησης της ικανότητας των αναπτυσσόμενων χωρών να βοηθήσουν στη διαχείριση του πρόσθετου κόστους και των κινδύνων που συνδέονται με αυτήν την ενεργειακή μετάβαση για αυτές.
Σύναψη
Αυτή η μελέτη ορόσημο από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου κρούει έναν κρίσιμο συναγερμό για τον παγκόσμιο ενεργειακό τομέα. Αποδεικνύει ότι η κλιματική αλλαγή δεν είναι μόνο μια πρόκληση που πρέπει να επιλυθεί από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αλλά και μια άμεση απειλή για την οικονομική βιωσιμότητα και τη μακροπρόθεσμη-απόδοσή τους. Η διασφάλιση μιας ισχυρής και δίκαιης μετάβασης στην καθαρή ενέργεια απαιτεί τώρα την προληπτική προσαρμογή της παγκόσμιας ηλιακής υποδομής στον θερμότερο κόσμο που συμβάλλει στη δημιουργία.
