Un equip d'investigadors de la Universitat de Pequín ha publicat la primera quantificació completa de com el canvi climàtic afectarà els sistemes fotovoltaics solars a escala global. Els resultats s'han publicat a la prestigiosa revista d'energia Joule i han indicat que l'augment de les temperatures degradarà ràpidament els sistemes fotovoltaics solars, reduirà la seva vida útil esperada i augmentarà substancialment els costos de l'electricitat solar, creant un greu obstacle per a la transició a l'energia neta a tot el món.
Un equip de l'Institut de Robòtica i Fabricació Avançada de la Universitat de Pequín, juntament amb alguns investigadors d'altres països, va fer un estudi anomenat Canvi climàtic augmentarà els-riscs de temperatura, la degradació i els costos elevats de la fotovoltaica als terrats a nivell mundial.
Un punt cec crític en una indústria en auge
La tecnologia solar fotovoltaica (PV) probablement jugarà un paper crucial en l'impuls global per descarbonitzar. Actualment, els sistemes fotovoltaics de coberta representen aproximadament el 50% de la capacitat fotovoltaica instal·lada del món i proporcionen aproximadament el 50% de tota la demanda fotovoltaica l'any 2050. Els sistemes de coberta solen estar dissenyats per a un ús-a llarg termini, que solen durar entre 25 i 30 anys.
Tot i que els sistemes de cobertes proporcionen una font d'energia renovable fiable i segura i s'ha determinat que són "pràcticament a prova de bomba-", poden arribar a ser vulnerables als mateixos factors que pretenen mitigar: el canvi climàtic. Se sap que les temperatures elevades provocaran una disminució del rendiment durant un període de temps limitat, però hi ha una altra amenaça més greu per a la fiabilitat-a llarg termini; el ràpid deteriorament dels materials per (fatiga termo-mecànica), "hidròlisi" i "descomposició mitjançant llum UV". Els sistemes fotovoltaics de coberta tenen un risc superior a la mitjana de degradació tèrmica accelerada a causa de l'espai limitat de la instal·lació que resulta en un flux d'aire reduït per a la refrigeració.
Els estàndards internacionals de fiabilitat dels components fotovoltaics, com els de l'IEC, utilitzen dades climàtiques anteriors per determinar les zones de risc d'alt{0}}temperatura. La nostra investigació demostra que això no és prou bo perquè no té en compte l'escalfament futur, que podria posar en risc bilions de dòlars d'actius globals.
Metodologia innovadora i conclusions clau
Per abordar aquesta bretxa, l'equip de recerca va desenvolupar un marc d'avaluació interdisciplinari. Per esbrinar com funcionaran els panells solars de les cobertes en els propers anys, el nostre equip va reunir algunes coses: models climàtics corregits, un model que mostra com es descomponen els materials dels panells solars amb el temps i un model que analitza els costos implicats. Això ens permet simular el rendiment-a llarg termini de l'energia solar al terrat i calcular el cost de l'electricitat que produeix en diferents condicions d'escalfament futures.
Expansió de les zones de risc-d'alta temperatura:L'estudi defineix HTR com quan la temperatura de funcionament d'un panell supera els 70 graus. Troba que la petjada global de HTR s'ampliarà de manera espectacular. En comparació amb el període històric, es preveu que el volum de la capacitat fotovoltaica del terrat exposat a HTR augmenti un 29% en un escenari d'escalfament de 2 graus i en un sorprenent 97% en un escenari de 4 graus. Es demostra que les normes IEC actuals només capturen el 74% i el 48% de les àrees de risc reals en aquests futurs respectius, cosa que indica una subestimació severa.
Degradació accelerada i augment dels costos:L'envelliment accelerat escurça directament la vida útil dels mòduls fotovoltaics, reduint la seva producció total d'energia al llarg del temps i augmentant el LCOE. En un escenari d'escalfament global de 2,5 graus, es preveu que el LCOE mitjà de la FV a les cobertes de les ciutats afectades a nivell mundial augmenti un 4,8%, amb augments a les regions-més sensibles al clima que arribin fins al 20%. L'estudi assenyala que l'impacte econòmic d'aquesta degradació tèrmica és probable que superi amb escreix el d'altres factors climàtics com els canvis en la radiació solar.
Exacerbació de la desigualtat global:La investigació posa de manifest una profunda "desigualtat climàtica" en la distribució d'aquest risc. Les regions del Sud global-incloent-hi l'Àsia del Sud, l'Àfrica i l'Amèrica del Sud-que són crucials per a l'expansió futura del FV i que són naturalment més càlides, s'enfrontaran a l'exposició més alta a l'HTR i als augments de costos més greus. En canvi, les nacions desenvolupades de -latituds superiors es veuran menys afectades. Això significa que les regions en desenvolupament, que sovint tenen menys resiliència financera, s'enfrontaran a una "prima climàtica" més alta per a la seva transició energètica, que pot augmentar les desigualtats globals en l'accés a energia neta assequible.
La taula següent resumeix els impactes projectats en diferents escenaris d'escalfament:
| Escenari d'escalfament global | Augment previst de la capacitat fotovoltaica exposada a un risc elevat de-temperatura (HTR) | Increment mitjà estimat del cost anivellat de l'electricitat (LCOE) | Nota sobre la bretxa d'estàndards |
|---|---|---|---|
| +2 grau | +29% (en comparació amb el període històric) | Dades modelades per a l'escenari de +2.5 grau | Les normes actuals només cobreixen74%de futures àrees de risc |
| +2.5 grau | -- | +4.8%(amb increments regionals de fins a un 20%) | -- |
| +4 grau | +97% (en comparació amb el període històric) | -- | Les normes actuals només cobreixen48%de futures àrees de risc |
Crida a l'acció: estàndards actualitzats i innovació focalitzada
En resposta a aquestes troballes, els investigadors van fer una crida a l'acció clara per als responsables polítics, els{0}}organismes d'establiment de normes i el sector.
Els autors de l'article recomanen que organitzacions internacionals com l'IEC prioritzin l'actualització dels estàndards de proves de fiabilitat dels productes creant escenaris climàtics futurs en lloc de confiar en dades climàtiques del passat.
A més, els autors demanen el desenvolupament de noves tecnologies d'energia renovable, inclòs el desenvolupament de materials de propera generació-per a FV, és a dir, el desenvolupament de nous materials que tinguin una millor estabilitat tèrmica, inclosos materials perovskites més avançats, així com modificar el disseny de la instal·lació i el nivell de refrigeració del sistema- per gestionar l'estrès tèrmic dels sistemes fotovoltaics.
Finalment, s'estableix que cal implantar un marc de "transició justa". El sistema global de governança climàtica i energètica ha de reconèixer i abordar les desigualtats regionals existents proporcionant un major suport en forma de transferència tècnica millorada, un millor finançament pel clima i la creació de la capacitat dels països en desenvolupament per ajudar a gestionar els costos i riscos addicionals associats a aquesta transició energètica per a ells.
Conclusió
Aquest estudi històric de la Universitat de Pequín fa sonar una alarma crítica per al sector energètic mundial. Demostra que el canvi climàtic no només és un repte que cal resoldre amb les energies renovables, sinó que també és una amenaça directa per a la seva viabilitat econòmica i el rendiment-a llarg termini. Assegurar una transició a l'energia neta robusta i equitativa ara requereix adaptar de manera proactiva la infraestructura solar del món al món més calent que està ajudant a crear.
