Klimatická krize zkracuje životnost slunečního záření na střeše o 20 %: Pekingská studie varuje před nárůstem nákladů v rozvojových regionech

Tým výzkumníků z Pekingské univerzity zveřejnil první komplexní kvantifikaci toho, jak změna klimatu ovlivní solární fotovoltaické systémy v globálním měřítku. Výsledky byly publikovány v prestižním energetickém časopise Joule a naznačují, že zvyšující se teploty rychle fyzicky degradují solární fotovoltaické systémy, zkrátí jejich očekávanou životnost a podstatně zvýší náklady na solární elektřinu, což vytvoří závažnou překážku pro přechod na čistou energii po celém světě.

Studii nazvanou Změna klimatu celosvětově zvýší-rizika vysokých teplot, degradaci a náklady na střešní fotovoltaiku provedl tým z Institutu pokročilé výroby a robotiky Pekingské univerzity spolu s některými výzkumníky z jiných zemí.

Solární fotovoltaická (PV) technologie bude pravděpodobně hrát klíčovou roli v celosvětovém tlaku na dekarbonizaci. Střešní fotovoltaické systémy v současnosti představují přibližně 50 % celkové světové instalované fotovoltaické kapacity a do roku 2050 pokrývají přibližně 50 % veškeré poptávky po fotovoltaice. Střešní systémy jsou obvykle navrženy pro dlouhodobé-používání, které obvykle trvá 25–30 let.

Střešní systémy sice poskytují spolehlivý a bezpečný zdroj obnovitelné energie a byly stanoveny jako „praktické{0}}odolné proti bombám“, mohou se však stát zranitelnými právě vůči faktorům, které se snaží zmírnit – změně klimatu. Je známo, že zvýšené teploty způsobí pokles výkonu na omezenou dobu, ale existuje další závažnější hrozba pro dlouhodobou spolehlivost; rychlé poškození materiálů (termo-mechanická únava), „hydrolýza“ a „rozklad prostřednictvím UV světla“. Střešní fotovoltaické systémy mají vyšší než průměrné riziko zrychlené tepelné degradace v důsledku omezeného instalačního prostoru, což má za následek snížené proudění vzduchu pro účely chlazení.

Mezinárodní standardy spolehlivosti fotovoltaických komponent, jako jsou standardy IEC, používají k určování oblastí s vysokým-teplotním rizikem údaje o klimatu z minulosti. Náš výzkum ukazuje, že to není dost dobré, protože nebere v úvahu budoucí oteplování, které by mohlo ohrozit biliony dolarů globálních aktiv.

K vyřešení této mezery výzkumný tým vyvinul mezioborový hodnotící rámec. Abychom zjistili, jak dobře budou střešní solární panely fungovat v nadcházejících letech, sestavil náš tým několik věcí: opravené klimatické modely, model, který ukazuje, jak se materiály solárních panelů rozkládají v průběhu času, a model, který se zabývá souvisejícími náklady. To nám umožňuje simulovat dlouhodobý-výkon střešních solárních panelů a zjistit náklady na elektřinu, kterou vyrábí, za různých budoucích podmínek oteplování.

Rozšíření rizikových{0}}zón s vysokou teplotou:Studie definuje HTR jako když provozní teplota panelu překročí 70 stupňů. Zjistilo se, že globální stopa HTR se dramaticky rozšíří. Ve srovnání s historickým obdobím se předpokládá, že objem střešní FV kapacity vystavené HTR vzroste o 29 % při scénáři oteplení o 2 stupně a o ohromujících 97 % při scénáři o 4 stupních. Ukázalo se, že současné normy IEC zachycují pouze 74 % a 48 % skutečných rizikových oblastí v rámci těchto příslušných futures, což ukazuje na vážné podhodnocení.

Zrychlená degradace a rostoucí náklady:Zrychlené stárnutí přímo zkracuje životnost fotovoltaických modulů, snižuje jejich celkový energetický výstup v průběhu času a zvyšuje LCOE. Podle scénáře globálního oteplování o 2,5 stupně se očekává, že průměrné LCOE pro střešní fotovoltaické elektrárny v postižených městech po celém světě vzrostou o 4,8 %, přičemž nárůst v klimaticky-nejcitlivějších oblastech dosáhne až 20 %. Studie poznamenává, že ekonomický dopad této tepelné degradace pravděpodobně daleko překročí dopad jiných klimatických faktorů, jako jsou změny slunečního záření.

Exacerbace globální nerovnosti:Výzkum zdůrazňuje hlubokou „klimatickou nerovnost“ v rozložení tohoto rizika. Regiony na globálním jihu-včetně jižní Asie, Afriky a Jižní Ameriky-, které jsou klíčové pro budoucí expanzi fotovoltaiky a přirozeně teplejší, budou čelit nejvyšší expozici HTR a nejzávažnějšímu nárůstu nákladů. Naproti tomu vyspělé-zeměpisné šířky budou postiženy méně. To znamená, že rozvojové regiony, které mají často menší finanční odolnost, budou čelit vyšší „klimatické prémii“ za svou energetickou transformaci, což potenciálně rozšíří globální nerovnosti v přístupu k cenově dostupné čisté energii.

V reakci na tato zjištění výzkumníci vydali jasnou výzvu k akci pro tvůrce politik, normalizační-orgány a průmysl.

Autoři článku doporučují mezinárodním organizacím, jako je IEC, aby upřednostňovaly aktualizaci standardů testování spolehlivosti produktů vytvářením budoucích klimatických scénářů namísto spoléhání se na minulá data o klimatu.

Autoři dále vyzývají k vývoji nových technologií obnovitelné energie, včetně vývoje materiálů nové{0}}generace pro fotovoltaiku, tj. vývoje nových materiálů, které mají lepší tepelnou stabilitu, včetně pokročilejších perovskitových materiálů, a také úpravy návrhu instalace a chlazení na systémové-úrovni pro zvládnutí tepelné zátěže fotovoltaických systémů.

Konečně bylo zjištěno, že je třeba zavést rámec „spravedlivého přechodu“. Globální systém správy klimatu a energetiky musí uznat a řešit existující regionální nerovnosti tím, že poskytne větší podporu ve formě posíleného technického transferu, posíleného financování klimatu a budování kapacity rozvojových zemí, které jim pomohou zvládat dodatečné náklady a rizika spojená s tímto energetickým přechodem.

Tato přelomová studie z Pekingské univerzity je kritickým alarmem pro globální energetický sektor. Ukazuje, že změna klimatu není jen výzvou, kterou je třeba vyřešit pomocí obnovitelných zdrojů, ale také přímou hrozbou pro jejich ekonomickou životaschopnost a dlouhodobou-výkonnost. Zajištění robustního a spravedlivého přechodu na čistou energii nyní vyžaduje proaktivní přizpůsobení světové solární infrastruktury teplejšímu světu, který pomáhá vytvářet.