Et team av forskere fra Peking University har publisert den første omfattende kvantifiseringen av hvordan klimaendringer vil påvirke solcellesystemer på global skala. Resultatene har blitt publisert i det prestisjetunge energitidsskriftet Joule og har indikert at økende temperaturer raskt vil forringe solcellesystemer fysisk, redusere deres forventede levetid og øke kostnadene for solenergi betydelig, noe som skaper en alvorlig hindring for overgangen til ren energi over hele verden.
En studie kalt Klimaendringer vil øke risikoen for høye-temperaturer, degraderingen og kostnadene ved solcelleanlegg på taket globalt, ble utført av et team fra Peking Universitys Advanced Manufacturing and Robotics Institute, sammen med noen forskere fra andre land.
En kritisk blindsone i en blomstrende industri
Solcelleteknologi (PV) vil sannsynligvis spille en avgjørende rolle i det globale presset for å avkarbonisere. I dag står solcelleanlegg på taket for omtrent 50 % av verdens totale installerte solcellekapasitet og gir omtrent 50 % av all etterspørsel etter solcellepaneler innen 2050. Taksystemer er vanligvis utformet for langtidsbruk, og varer vanligvis i mellom 25-30 år.
Selv om taksystemer gir en pålitelig og sikker kilde til fornybar energi og har blitt fastslått å være «tilnærmet bombesikkert-, kan de bli sårbare for selve faktorene de prøver å dempe – klimaendringer. Det er kjent at forhøyede temperaturer vil føre til redusert ytelse i en begrenset periode, men at det er en annen mer alvorlig trussel mot langsiktig-pålitelighet; den raske forringelsen av materialer gjennom (termo-mekanisk tretthet), "hydrolyse" og "dekomponering via UV-lys". PV-systemer på taket har en høyere enn gjennomsnittlig risiko for akselerert termisk degradering på grunn av begrenset installasjonsavstand som resulterer i redusert luftstrøm for kjøleformål.
Internasjonale standarder for PV-komponenters pålitelighet, som de fra IEC, bruker tidligere klimadata for å bestemme risikoområder for høye- temperaturer. Vår forskning viser at dette ikke er godt nok fordi det ikke tar hensyn til fremtidig oppvarming, noe som kan sette billioner av dollar av globale eiendeler i fare.
Banebrytende metodikk og nøkkelfunn
For å løse dette gapet utviklet forskerteamet et tverrfaglig vurderingsrammeverk. For å finne ut hvor godt solcellepaneler på taket vil fungere i årene fremover, har teamet vårt satt sammen noen få ting: korrigerte klimamodeller, en modell som viser hvordan solcellepanelmaterialer brytes ned over tid, og en modell som ser på kostnadene som er involvert. Dette lar oss simulere den langsiktige-ytelsen til solenergi på taket og finne ut kostnadene for elektrisiteten den lager under ulike fremtidige oppvarmingsforhold.
Utvidelse av risikosoner med høy-temperatur:Studien definerer HTR som når et panels driftstemperatur overstiger 70 grader. Den finner at det globale fotavtrykket til HTR vil utvide seg dramatisk. Sammenlignet med den historiske perioden anslås volumet av solcellekapasitet på taket som er utsatt for HTR å øke med 29 % under et 2 graders oppvarmingsscenario og med svimlende 97 % under et 4 graders scenario. Gjeldende IEC-standarder er vist å fange opp bare 74 % og 48 % av de faktiske risikoområdene under disse respektive futures, noe som indikerer en alvorlig undervurdering.
Akselerert forringelse og økende kostnader:Den akselererte aldring forkorter direkte levetiden til PV-moduler, reduserer deres totale energiproduksjon over tid og øker LCOE. Under et 2,5 graders global oppvarmingsscenario anslås gjennomsnittlig LCOE for solcelleanlegg på taket i berørte byer globalt å stige med 4,8 %, med økninger i de mest klimasensitive-områdene som når opptil 20 %. Studien bemerker at den økonomiske effekten av denne termiske nedbrytningen sannsynligvis vil overstige andre klimafaktorer som endringer i solstråling.
Forverring av global ulikhet:Forskningen fremhever en dyp "klimaulikhet" i fordelingen av denne risikoen. Regioner i det globale sør-inkludert Sør-Asia, Afrika og Sør-Amerika-som både er avgjørende for fremtidig PV-utvidelse og naturlig varmere, vil møte den høyeste eksponeringen for HTR og de mest alvorlige kostnadsøkningene. I motsetning til dette vil utviklede land på høyere-breddegrad bli mindre berørt. Dette betyr at utviklingsregioner, som ofte har mindre økonomisk motstandskraft, vil møte en høyere "klimapremie" for sin energiomstilling, og potensielt øke globale ulikheter i tilgang til rimelig ren energi.
Tabellen nedenfor oppsummerer de anslåtte virkningene under forskjellige oppvarmingsscenarier:
| Scenario for global oppvarming | Anslått økning i PV-kapasitet utsatt for høy-temperaturrisiko (HTR) | Estimert gjennomsnittlig økning i utjevnet elektrisitetskostnad (LCOE) | Merknad om standardgap |
|---|---|---|---|
| +2 grad | +29 % (i forhold til historisk periode) | Data modellert for +2.5 graders scenario | Gjeldende standarder dekker kun74%av fremtidige risikoområder |
| +2.5 grad | -- | +4.8%(med regionale økninger på opptil 20%) | -- |
| +4 grad | +97 % (i forhold til historisk periode) | -- | Gjeldende standarder dekker kun48%av fremtidige risikoområder |
Call for Action: Oppdaterte standarder og fokusert innovasjon
Som svar på disse funnene utstedte forskerne en klar oppfordring til handling for beslutningstakere, standard-organer og industrien.
Forfatterne av artikkelen anbefaler internasjonale organisasjoner som IEC å prioritere å oppdatere standarder for produktpålitelighetstesting ved å lage fremtidige klimascenarier i stedet for å stole på tidligere klimadata.
I tillegg etterlyser forfatterne utvikling av nye fornybare energiteknologier, inkludert utvikling av neste-generasjons materialer for PV, dvs. utvikling av nye materialer som har bedre termisk stabilitet, inkludert mer avanserte perovskittmaterialer, samt modifisering av utformingen av installasjonen og system-kjøling for å håndtere varmestress på PV-systemer.
Til slutt er det slått fast at et rammeverk for «rettferdig overgang» må implementeres. Det globale klima- og energistyringssystemet må erkjenne og adressere de regionale ulikhetene som eksisterer ved å gi større støtte i form av forbedret teknisk overføring, forbedret klimafinansiering og å bygge opp utviklingslandenes kapasitet til å hjelpe til med å håndtere tilleggskostnadene og risikoene forbundet med denne energiomstillingen for dem.
Konklusjon
Denne landemerkestudien fra Peking University gir en kritisk alarm for den globale energisektoren. Den viser at klimaendringer ikke bare er en utfordring som skal løses av fornybare energikilder, men også en direkte trussel mot deres økonomiske levedyktighet og langsiktige resultater. Å sikre en robust og rettferdig overgang til ren energi nå krever proaktiv tilpasning av verdens solenergiinfrastruktur til den varmere verdenen den er med på å skape.
