Klimaatverandering bedreigt zonnepanelefficiëntie: MIT-studie onthult impact

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

In de 21e eeuw zullen twee dingen zeker gebeuren: de aarde wordt warmer en de implementatie van zonnepanelen zal toenemen. Gezien deze twee factoren, rijst de vraag: hoe zal de opwarming van de aarde de zonne-energieproductie in de komende decennia beïnvloeden?

Omdat fotovoltaïsche cellen gevoelig zijn voor temperatuur, is hun prestatie primair gebaseerd op lokale meteorologische omstandigheden, zoals aerosolconcentratie en watergehalte in de atmosfeer. De prestatie van de meest populaire fotovoltaïsche technologie, silicium, neemt af met stijgende temperatuur en vochtigheidsniveaus.

Hoewel de impact van stijgende temperaturen op zonnecelprestaties in verschillende studies is aangepakt, 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 Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5 scenario om de impact van fotovoltaïsche installaties te analyseren. Het scenario projecteert broeikasgasemissies die pieken in 2040, en een stijging van de gemiddelde wereldwijde temperatuur (1,8 Kelvin) tot 2100.

Uitgang van Zonnecellen Daalt Als Ze Warmer Worden

Een zonnepaneel bestaat uit meerdere kleinere eenheden genaamd fotovoltaïsche cellen. Deze cellen werken door fotonen (van zonnestraling) elektronen vrij te maken van atomen, wat een stroom van elektriciteit creëert.

Terwijl ze dit doen, creëren ze ook positief geladen 'gaten' binnen 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 lager de uitgang is, omdat het ze uit het geleidingsband haalt.

De hercombinatiesnelheid is evenredig met de temperatuur. Dit betekent dat naarmate de externe omgeving warmer wordt, de uitgang van het zonnepaneel afneemt.

Omdat temperaturen vrijwel overal op aarde stijgen, wordt de efficiëntie van zonnecellen overal verwacht te dalen. Echter, sommige regio's zullen er beter af zijn dan andere. Volgens de onderzoekers zijn de meest getroffen (ergere) regio's Centraal-Azië, Zuid-Afrika, en de Zuidelijke Verenigde Staten.

Referentie: arXiv:1908.00622

Berekeningen tonen aan dat, gemiddeld, de uitgang van de fotovoltaïsche cel met 0,45 procent afneemt voor elke graad temperatuurstijging. De energie-opbrengst van de silicium fotovoltaïsche installaties zal met bijna 15 kWh/kWp afnemen, met sommige gebieden die verliezen van tot 50 kWh/kWp ervaren.

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

Geschatte wereldwijde verandering in energie-opbrengst voor silicium fotovoltaïsche installatie in de 21e eeuw

Het Is Alleen Een Representatieve Waarde

Onderzoekers gaven aan dat de -0,45%/K markeer slechts een representatieve waarde is. Voortgang in materialenwetenschap zou deze getallen in de toekomst aanzienlijk kunnen veranderen.

Bijvoorbeeld, materialen met een hogere bandkloof, zoals cadmiumtelluride, hebben een veel lagere daling in energie-opbrengst. Dus toekomstige zonne-installaties kunnen robuuster zijn tegen temperatuurafwijkingen.

Lees: Meest Efficiënte, Dubbele-Laag Zonnecel Met 22,4% Efficiëntie

Bovendien is mondiale opwarming niet de enige factor die de efficiëntie van zonnecellen zal verminderen. Variaties in inzichting en vochtigheidsniveaus, in het bijzonder, zullen het zonlicht dat een paneel bereikt beïnvloeden. We zullen al deze factoren moeten overwegen bij het plannen van groene, hernieuwbare energiesystemen voor de toekomst.