Karstāka planēta padarīs saules enerģiju mazāk efektīvu

Saules enerģija ir zaļš, atjaunojams enerģijas avots un svarīgs veids, kā samazināt planētas atkarību no fosilā kurināmā. Liela cerība ir, ka šis un citi atjaunojamie avoti var palīdzēt mainīt apkuri, kas apdraud mūsu klimatu.

Taču pastāv problēma: klimata pārmaiņas, visticamāk, būtiski ietekmēs saules enerģijas ražošanu, jo īpaši tāpēc, ka dažādās pasaules daļās mainās krītošās saules gaismas daudzums. Dažos apgabalos būs redzams vairāk saules gaismas, bet citās mazāk mākoņu segas, atmosfēras ūdens satura, aerosolu un tā tālāk izmaiņu dēļ. Lielākajā daļā vietu būs lielāka atšķirība.

Precīzas izmaiņas konkrētās vietās ir grūti aprēķināt. Tāpēc zinātnieki, politikas veidotāji, enerģijas piegādātāji un citi cīnās, lai prognozētu, kā tiks ietekmētas viņu teritorijas.

Šodien Ian Peters un Tonio Buonassisi no MIT parāda, kāpēc ir jāņem vērā vēl viens faktors: temperatūra. Fotoelektrisko elementu jauda samazinās, kad tie kļūst karstāki. Taču tas, kā tas attīstīsies, planētai sasilstot, ir slikti saprotams, un tieši šajā situācijā iesaistās Pīterss un Buonassisi.

Fotoelektriskās šūnas rada strāvu, kad saules gaisma nodod enerģiju materiālā esošajiem elektroniem. Šis process arī rada pozitīvi lādētus caurumus struktūrā, kas plūst pretējā virzienā pret elektroniem.

Svarīgs fotoelektrisko elementu efektivitātes faktors ir ātrums, ar kādu elektroni rekombinējas ar caurumiem, process, kas izved tos no vadītspējas joslas un tādējādi samazina jaudu. Šis ātrums ir ļoti jutīgs pret temperatūru: jo karstāks tas ir, jo augstāks ir rekombinācijas ātrums.

Tam, visticamāk, būs nozīmīga loma planētai sasilstot, saka Pīterss un Buonassisi. Viņi aprēķina, ka vidēji fotoelementu jauda samazinās par 0,45% par katru temperatūras pieaugumu.

Pēc tam viņi pēta šo izmaiņu ietekmi, izmantojot Starptautiskās Klimata pārmaiņu padomes prognozētās temperatūras izmaiņas. IPCC ir veikusi vairākas prognozes, pamatojoties uz dažādām aplēsēm par siltumnīcefekta gāzu emisijām nākotnē. Pīterss un Buonassisi izmanto tā saukto Reprezentatīvās koncentrācijas ceļa 4.5 scenāriju, kurā emisiju maksimums sasniedz 2040. gadā un līdz 2100. gadam palielina vidējo globālo temperatūru par 1,8 grādiem pēc Kelvina.

Tā kā temperatūra paaugstinās gandrīz visur uz mūsu planētas zemes, enerģijas izlaide visur samazinās, viņi saka. Bet dažas jomas būs sliktākas nekā citas. Īpaši skartās teritorijas ir ASV dienvidu daļa, Dienvidāfrika un Centrālāzija.

Viņi turpina izstrādāt globālu karti, kas parāda izejas jaudas izmaiņu apjomu jebkurā apgabalā.

Protams, pētnieki norāda uz vairākiem brīdinājumiem. Viņi saka, ka arī citi faktori ietekmēs fotoelektrisko elementu jaudu. Jo īpaši krītošās saules gaismas daudzums būs atkarīgs no mākoņu segas un atmosfēras ūdens satura (t.i., mitruma).

Un viņi norāda, ka skaitlis -0,45%/K, ko viņi izmanto, lai aprēķinātu izejas jaudas kritumu, ir tikai reprezentatīvs skaitlis. Materiālzinātnes sasniegumi nākotnē varētu to būtiski mainīt. Piemēram, materiāliem ar lielāku joslas atstarpi, piemēram, kadmija telurīdam, ir ievērojami mazāks efektivitātes kritums.

Tomēr vēstījums ir skaidrs. Globālā sasilšana dažās vietās ievērojami samazinās enerģijas daudzumu, ko var saražot fotoelektriskās šūnas. Un tas būs jāņem vērā, kad runa ir par nākotnes enerģijas plānošanu.

Atsauce: arxiv.org/abs/1908.00622 : Globālās sasilšanas ietekme uz silīcija PV enerģijas ienesīgumu 2100. gadā

paslēpties