Opwarming van de aarde zal de efficiëntie van zonnecellen verminderen

• MIT-onderzoekers presenteren een eenvoudige projectie van de impact van klimaatverandering op de prestaties van silicium fotovoltaïsche cellen.
• Gemiddeld neemt de output van de fotovoltaïsche cel met 0,45 procent af voor elke graad temperatuurstijging.

In de 21e eeuw gaan er zeker twee dingen gebeuren:de aarde wordt warmer en de inzet van zonnepanelen neemt toe. Gezien deze twee factoren rijst de vraag hoe de opwarming van de aarde de komende decennia de productie van zonne-energie zal beïnvloeden.

Aangezien fotovoltaïsche cellen temperatuurgevoelig zijn, zijn hun prestaties voornamelijk gebaseerd op lokale meteorologische omstandigheden, zoals de aerosolconcentratie en het watergehalte in de atmosfeer. De prestaties van de meest populaire fotovoltaïsche technologie, silicium, nemen af ​​bij stijgende temperatuur en vochtigheid.

Hoewel de impact van stijgende temperaturen op de prestaties van zonnecellen in verschillende onderzoeken is onderzocht, is de projectie van veranderingen in zonnestraling onzeker gebleven. Nu hebben onderzoekers van MIT een eenvoudige projectie gepresenteerd van de impact van klimaatverandering op de prestaties van silicium fotovoltaïsche cellen wereldwijd.

Ze gebruikten het Representatieve Concentratietraject (RCP) 4.5-scenario om de impact van fotovoltaïsche installaties te analyseren. Het scenario voorspelt een piek in de uitstoot van broeikasgassen in 2040 en een stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde (1,8 Kelvin) tegen 2100.

Uitvoer van zonnecellen neemt af naarmate ze heter worden

Een zonnepaneel is gemaakt van meerdere kleinere eenheden die fotovoltaïsche cellen worden genoemd. Deze cellen werken door fotonen (van zonlicht) toe te staan ​​om elektronen vrij te maken van atomen, waardoor een elektrische stroom ontstaat.

Daarbij creëren ze ook positief geladen 'gaten' in het materiaal, die in de tegenovergestelde richting van elektronen stromen. De efficiëntie van cellen hangt af van hoe snel elektronen recombineren met gaten. Hoe sneller ze recombineren, hoe minder de output omdat ze uit de geleidingsband worden gehaald.

De snelheid van recombinatie is evenredig met de temperatuur. Dit betekent dat naarmate de externe omgeving opwarmt, de output van het zonnepaneel afneemt.

Aangezien de temperatuur bijna overal op aarde stijgt, wordt verwacht dat de efficiëntie van zonnecellen overal zal toenemen. Sommige regio's zullen echter beter zijn dan andere. Volgens de onderzoekers zijn Centraal-Azië, Zuidelijk Afrika en het zuiden van de Verenigde Staten de meest getroffen (erger) regio's.

Referentie:arXiv:1908.00622

Berekeningen laten zien dat de output van de fotovoltaïsche cel gemiddeld met 0,45 procent afneemt voor elke graad temperatuurstijging. De energie-output van de silicium fotovoltaïsche installaties zal worden verminderd met bijna 15 kWh/kWp, waarbij sommige gebieden verliezen zullen ervaren tot 50 kWh/kWp.

Onderzoekers hebben ook een wereldkaart gemaakt om de omvang van de verandering in de energie-output in elke regio weer te geven.

Geschatte wereldwijde verandering in energie-output voor silicium fotovoltaïsche installaties in de 21e eeuw 

Het is maar een representatief figuur

Onderzoekers vermeldden wel dat de -0,45%/K-markering slechts een representatieve waarde is. Vooruitgang in de materiaalwetenschap zou deze cijfers in de toekomst aanzienlijk kunnen veranderen.

Materialen met een grotere bandgap, zoals cadmiumtelluride, hebben bijvoorbeeld een veel lagere daling van de energie-output. Toekomstige zonne-installaties kunnen dus robuuster zijn tegen temperatuurveranderingen.

Lezen:Meest efficiënte, dubbellaagse zonnecel met 22,4% efficiëntie

Bovendien is de opwarming van de aarde niet de enige factor die de efficiëntie van zonnecellen zal verminderen. Vooral variaties in instraling en vochtigheid hebben invloed op het zonlicht dat een paneel bereikt. We zullen met al deze factoren rekening moeten houden bij het plannen van groene, hernieuwbare energiesystemen voor de toekomst.