Hópur vísindamanna frá háskólanum í Peking hefur birt fyrstu yfirgripsmiklu magngreininguna á því hvernig loftslagsbreytingar munu hafa áhrif á sólarljóskerfum á heimsvísu. Niðurstöðurnar hafa verið birtar í hinu virta orkutímariti Joule og hafa gefið til kynna að hækkandi hitastig muni hratt rýra sólarljóskerfum líkamlega, draga úr væntanlegum endingartíma þeirra og auka verulega sólarorkukostnað, sem skapar alvarlega hindrun fyrir umskipti yfir í hreina orku um allan heim.
Rannsókn sem nefnist Loftslagsbreytingar munu auka háa-hitaáhættu, hnignun og kostnað við þakljós á heimsvísu var gerð af teymi frá Advanced Manufacturing and Robotics Institute í Peking háskóla ásamt nokkrum vísindamönnum frá öðrum löndum.
Mikilvægur blindur blettur í blómstrandi iðnaði
Sólarljósmyndatækni (PV) mun líklega gegna mikilvægu hlutverki í alþjóðlegri sókn til kolefnislosunar. Sem stendur eru þakkerfi fyrir sólarljós um það bil 50% af heildaruppsettri sólarljósgetu heimsins og veita um það bil 50% af allri eftirspurn eftir sólarljósi fyrir árið 2050. Þakkerfi eru venjulega hönnuð fyrir langtímanotkun, venjulega í 25-30 ár.
Þó þakkerfi veiti áreiðanlega og örugga uppsprettu endurnýjanlegrar orku og hafi verið staðráðin í að vera „nánast sprengjuvörn-, gætu þau orðið viðkvæm fyrir einmitt þeim þáttum sem þau leitast við að draga úr – loftslagsbreytingum. Það er vitað að hækkað hitastig mun valda minni afköstum í takmarkaðan tíma, hins vegar er önnur alvarlegri ógn við langtímaáreiðanleika; hraðri hrörnun efna vegna (hita-vélrænni þreytu), 'vatnsrofs' og 'niðurbrots með UV-ljósi'. PV kerfi á þaki hafa meiri áhættu en meðaltalið á hraðari varma niðurbroti vegna takmarkaðs uppsetningarbils sem leiðir til minnkaðs loftflæðis í kælingu.
Alþjóðlegir staðlar fyrir áreiðanleika PV íhluta, eins og þeir frá IEC, nota fyrri loftslagsgögn til að ákvarða há-hitahættusvæði. Rannsóknir okkar sýna að þetta er ekki nógu gott vegna þess að það tekur ekki tillit til hlýnunar í framtíðinni, sem gæti sett billjónir dollara af alþjóðlegum eignum í hættu.
Byltingarkennd aðferðafræði og helstu niðurstöður
Til að taka á þessu bili þróaði rannsóknarhópurinn þverfaglegan matsramma. Til að reikna út hversu vel sólarplötur á þaki munu virka á næstu árum setti teymið okkar saman nokkra hluti: leiðrétt loftslagslíkön, líkan sem sýnir hvernig sólarplötuefni brotna niður með tímanum og líkan sem lítur á kostnaðinn sem fylgir því. Þetta gerir okkur kleift að líkja eftir langtíma-afköstum sólarorku á þaki og reikna út kostnaðinn við rafmagnið sem það framleiðir við mismunandi hlýnunarskilyrði í framtíðinni.
Stækkun á-háhita áhættusvæðum:Rannsóknin skilgreinir HTR sem þegar vinnsluhiti pallborðs fer yfir 70 gráður. Það kemst að því að alþjóðlegt fótspor HTR mun stækka verulega. Samanborið við sögulega tímabilið er spáð að rúmmál sólarljósa á þaki sem verða fyrir HTR aukist um 29% við 2 gráðu hlýnun og um svimandi 97% við 4 gráðu atburðarás. Núverandi IEC staðlar sýna aðeins 74% og 48% af raunverulegum áhættusvæðum undir þessum viðkomandi framtíðarsamningum, sem gefur til kynna alvarlegt vanmat.
Hraða niðurbrot og hækkandi kostnaður:Hraða öldrun styttir beinlínis notkunarlíf PV eininga, dregur úr heildarorkuframleiðslu þeirra með tímanum og eykur LCOE. Undir 2,5 gráðu atburðarás um hlýnun jarðar er spáð að meðaltal LCOE fyrir sólarljós á þaki í borgum sem verða fyrir áhrifum á heimsvísu hækki um 4,8%, með hækkun á -mestu loftslagsviðkvæmustu svæðum sem ná allt að 20%. Rannsóknin bendir á að efnahagsleg áhrif þessarar hitauppstreymis séu líklega mun meiri en annarra loftslagsþátta eins og breytingar á sólargeislun.
Versnun alþjóðlegs ójöfnuðar:Rannsóknin undirstrikar djúpstæðan „loftslagsmisrétti“ í dreifingu þessarar áhættu. Svæði á hnattrænu suðursvæði-þar á meðal Suður-Asíu, Afríku og Suður-Ameríku-sem eru bæði mikilvæg fyrir framtíðarljósstækkun og náttúrulega heitari, munu standa frammi fyrir mestri útsetningu fyrir HTR og alvarlegustu kostnaðarhækkunum. Aftur á móti munu þróaðar þjóðir á hærri-breiddargráðu verða fyrir minni áhrifum. Þetta þýðir að þróunarsvæði, sem oft hafa minna fjárhagslegt viðnám, munu standa frammi fyrir hærra „loftslagsálagi“ fyrir orkuskipti sín, sem gæti aukið alþjóðlegt misrétti í aðgangi að hreinni orku á viðráðanlegu verði.
Taflan hér að neðan sýnir áætluð áhrif við mismunandi hlýnunarsviðsmyndir:
| Hnattræn hlýnunarsvið | Áætluð aukning á PV getu sem verður fyrir mikilli-hitaáhættu (HTR) | Áætluð meðalhækkun á jöfnuðum raforkukostnaði (LCOE) | Athugasemd um staðlabil |
|---|---|---|---|
| +2 gráðu | +29% (á móti sögulegu tímabili) | Gögn gerð fyrir +2.5 gráðu atburðarás | Núverandi staðlar ná aðeins til74%af framtíðaráhættusvæðum |
| +2.5 gráðu | -- | +4.8%(með svæðisbundnum hækkunum allt að 20%) | -- |
| +4 gráðu | +97% (á móti sögulegu tímabili) | -- | Núverandi staðlar ná aðeins til48%af framtíðaráhættusvæðum |
Ákall um aðgerðir: Uppfærðir staðlar og markviss nýsköpun
Til að bregðast við þessum niðurstöðum sendu rannsakendur út skýra ákall til aðgerða fyrir stefnumótendur, staðla-stofnanir og iðnaðinn.
Höfundar greinarinnar mæla með því að alþjóðlegar stofnanir eins og IEC setji uppfærslu á áreiðanleikaprófunarstöðlum vöru í forgang með því að búa til framtíðarloftslagssviðsmyndir í stað þess að treysta á fyrri loftslagsgögn.
Að auki krefjast höfundar eftir þróun nýrrar endurnýjanlegrar orkutækni, þar með talið þróun næstu-kynslóðarefna fyrir PV, þ.e. þróun nýrra efna sem hafa betri hitastöðugleika, þar á meðal fullkomnari perovskite efni, auk þess að breyta hönnun uppsetningar og kerfis-kælingar til að stjórna hitaálagi á PV kerfi.
Loks er komið í ljós að innleiða þarf ramma „réttlátra umskipta“. Hið alþjóðlega loftslags- og orkustjórnunarkerfi verður að viðurkenna og takast á við svæðisbundið misrétti sem er til staðar með því að veita aukinn stuðning í formi aukins tæknilegs yfirfærslu, aukinnar loftslagsfjármögnunar og byggja upp getu þróunarlanda til að hjálpa til við að stjórna viðbótarkostnaði og áhættu sem tengist þessum orkuskiptum fyrir þau.
Niðurstaða
Þessi tímamótarannsókn frá háskólanum í Peking hljómar mikilvæg viðvörun fyrir orkugeirann á heimsvísu. Það sýnir fram á að loftslagsbreytingar eru ekki aðeins áskorun sem endurnýjanlegar orkugjafar leysa, heldur einnig bein ógn við efnahagslega hagkvæmni þeirra og langtíma-frammistöðu. Til að tryggja öfluga og sanngjarna umskipti á hreinni orku þarf nú að laga sólarinnviði heimsins fyrirbyggjandi að heitari heiminum sem það er að hjálpa til við að skapa.
