A Pekingi Egyetem kutatóiból álló csapat közzétette az első átfogó számszerűsítést arról, hogy az éghajlatváltozás globális szinten hogyan érinti a napelemes rendszereket. Az eredményeket a Joule című tekintélyes energetikai folyóiratban tették közzé, és azt mutatják, hogy az emelkedő hőmérséklet gyorsan lerontja a napelemes PV-rendszereket fizikailag, csökkenti várható hasznos élettartamukat, és jelentősen megnöveli a szoláris villamosenergia-költségeket, ami súlyos akadályt jelent a tiszta energiára való átállásban világszerte.
Az éghajlatváltozás elnevezésű tanulmányt világszerte növelni fogja a magas{0}hőmérsékleti kockázatokat, a tetőtéri fotovoltaik leromlását és költségeit, a Pekingi Egyetem Advanced Manufacturing and Robotics Institute csapata, valamint néhány más országbeli kutató végzett.
Kritikus vakfolt a virágzó iparágban
A napelemes fotovoltaikus (PV) technológia valószínűleg döntő szerepet fog játszani a szén-dioxid-mentesítés globális törekvésében. Jelenleg a tetőtéri napelemes rendszerek a világ teljes telepített PV-kapacitásának hozzávetőleg 50%-át teszik ki, és 2050-re az összes napelem-igény hozzávetőlegesen 50%-át biztosítják. A tetőtéri rendszereket általában hosszú távú, jellemzően 25-30 év közötti használatra tervezték.
Míg a tetőtéri rendszerek megbízható és biztonságos megújuló energiaforrást jelentenek, és úgy döntöttek, hogy „gyakorlatilag bombabiztosak”{0}}, sebezhetővé válhatnak éppen azokkal a tényezőkkel szemben, amelyeket mérsékelni próbálnak – az éghajlatváltozással szemben. Köztudott, hogy a megnövekedett hőmérséklet korlátozott ideig csökkenti a teljesítményt, azonban van egy másik súlyosabb veszély a hosszú távú megbízhatóságra nézve; az anyagok gyors károsodása (termo-mechanikai kifáradás), „hidrolízis” és „UV fény hatására történő bomlás”. A tetőtéri napelemes rendszerekben az átlagosnál nagyobb a felgyorsult hőleromlás kockázata a korlátozott beépítési távolság miatt, ami csökkenti a hűtési célú légáramlást.
A napelem-alkatrészek megbízhatóságára vonatkozó nemzetközi szabványok, mint például az IEC szabványai, korábbi éghajlati adatokat használnak a magas{0}}hőmérsékletű területek meghatározására. Kutatásaink azt mutatják, hogy ez nem elég jó, mert nem veszi figyelembe a jövőbeli felmelegedést, ami több billió dollárnyi globális vagyont veszélyeztethet.
Úttörő módszertan és kulcsfontosságú eredmények
E hiányosság orvoslására a kutatócsoport interdiszciplináris értékelési keretet dolgozott ki. Annak kiderítésére, hogy a tetőtéri napelemek milyen jól fognak működni az elkövetkező években, csapatunk összeállított néhány dolgot: korrigált klímamodelleket, egy modellt, amely megmutatja, hogyan bomlanak le a napelemek anyagai az idő múlásával, és egy modellt, amely az ezzel járó költségeket vizsgálja. Ez lehetővé teszi, hogy szimuláljuk a tetőtéri napelem hosszú távú teljesítményét-, és kiszámítsuk az általa termelt villamos energia költségét különböző jövőbeli felmelegedési körülmények között.
A magas hőmérsékletű{0}}kockázati zónák kiterjesztése:A tanulmány úgy definiálja a HTR-t, mint amikor a panel működési hőmérséklete meghaladja a 70 fokot. Úgy találja, hogy a HTR globális lábnyoma drámaian meg fog bővülni. A történelmi időszakhoz képest az előrejelzések szerint a HTR-nek kitett tetőtéri napelem-kapacitás volumene 2 fokos felmelegedés esetén 29%-kal, 4 fokos forgatókönyv esetén pedig elképesztő 97%-kal nő. A jelenlegi IEC-szabványok a vonatkozó határidős ügyletek tényleges kockázati területeinek csak 74%-át és 48%-át fedik le, ami súlyos alulbecslést jelez.
Felgyorsult leromlás és növekvő költségek:A felgyorsított öregedés közvetlenül lerövidíti a PV-modulok hasznos élettartamát, idővel csökkenti a teljes energiakibocsátást, és növeli az LCOE-t. A 2,5 fokos globális felmelegedés forgatókönyve szerint a tetőtéri napelemek átlagos LCOE-értéke az érintett városokban globálisan 4,8%-kal emelkedik, a klímaváltozásra leginkább érzékeny régiókban pedig akár 20%-ot is elérhet. A tanulmány megjegyzi, hogy ennek a termikus degradációnak a gazdasági hatása valószínűleg jóval meghaladja az egyéb éghajlati tényezőkét, például a napsugárzás változásait.
A globális egyenlőtlenség súlyosbodása:A kutatás rávilágít egy mély "klíma-egyenlőtlenségre" e kockázat megoszlásában. A globális déli régiók-beleértve Dél-Ázsiát, Afrikát és Dél-Amerikát-, amelyek kulcsfontosságúak a PV jövőbeli terjeszkedése szempontjából, és természetesen melegebbek is, a HTR-nek a legnagyobb kitettséggel és a legsúlyosabb költségnövekedéssel kell szembenézniük. Ezzel szemben a magasabb szélességi fokon lévő fejlett országokat kevésbé érinti. Ez azt jelenti, hogy a fejlődő régiók, amelyek gyakran kisebb pénzügyi rugalmassággal rendelkeznek, magasabb "klímaprémiummal" kell szembenézniük az energiaátállás során, ami potenciálisan növeli a globális egyenlőtlenségeket a megfizethető tiszta energiához való hozzáférés terén.
Az alábbi táblázat összefoglalja a különböző felmelegedési forgatókönyvek szerint várható hatásokat:
| Globális felmelegedési forgatókönyv | A magas hőmérsékleti kockázatnak kitett PV-kapacitás tervezett növekedése{0}} (HTR) | A villamos energia kiegyenlített költségének (LCOE) becsült átlagos növekedése | Megjegyzés a szabványok hiányáról |
|---|---|---|---|
| +2 fok | +29% (a történelmi időszakhoz képest) | Az adatok +2.5 fokos forgatókönyvhöz modellezve | A jelenlegi szabványok csak74%jövőbeli kockázati területekről |
| +2.5 fok | -- | +4.8%(20%-os regionális emeléssel) | -- |
| +4 fok | +97% (a történelmi időszakhoz képest) | -- | A jelenlegi szabványok csak48%jövőbeli kockázati területekről |
Akciófelhívás: Frissített szabványok és fókuszált innováció
Válaszul ezekre a megállapításokra a kutatók egyértelmű cselekvésre való felhívást tettek közzé a politikai döntéshozók,{0}}szabványt létrehozó testületek és az iparág számára.
A cikk szerzői azt javasolják az olyan nemzetközi szervezeteknek, mint az IEC, hogy a múltbeli éghajlati adatokra hagyatkozás helyett jövőbeli éghajlati forgatókönyvek létrehozásával helyezzék előtérbe a termékmegbízhatósági tesztelési szabványok frissítését.
Ezenkívül a szerzők új megújuló energiatechnológiák kifejlesztését szorgalmazzák, beleértve a fotovillamos energiaforrások következő generációs anyagainak kifejlesztését, azaz olyan új anyagok kifejlesztését, amelyek jobb hőstabilitásúak, beleértve a fejlettebb perovszkit anyagokat, valamint a telepítés és a rendszerszintű hűtés kialakításának módosítását a napelemes rendszerek hőterhelésének kezelése érdekében.
Végül megállapították, hogy egy „igazságos átmenet” keretrendszert kell végrehajtani. A globális éghajlat- és energiairányítási rendszernek tudomásul kell vennie és kezelnie kell a meglévő regionális egyenlőtlenségeket azáltal, hogy nagyobb támogatást nyújt fokozott technikai transzfer, fokozott éghajlat-finanszírozás formájában, valamint a fejlődő országok kapacitásának kiépítése révén, hogy segítsenek kezelni az ezzel az energetikai átállással járó többletköltségeket és kockázatokat.
Következtetés
A Pekingi Egyetem mérföldkőnek számító tanulmánya kritikus vészjelzést ad a globális energiaszektor számára. Azt bizonyítja, hogy az éghajlatváltozás nemcsak kihívást jelent, amelyet a megújuló energiaforrásokkal kell megoldani, hanem közvetlen fenyegetést is jelent azok gazdasági életképességére és hosszú távú{1}}teljesítményére. A robusztus és méltányos tiszta energiára való átállás biztosításához most a világ napenergia-infrastruktúráját proaktívan hozzá kell igazítani az általa létrejövő forróbb világhoz.
