Поскольку карантин из-за Covid-19 и приказы о самоизоляции привели к остановке большей части мировых путешествий и торговли, люди во всем мире стали замечать более чистое небо в результате более низкого уровня загрязнения воздуха. Теперь исследователи смогли продемонстрировать, что это более ясное небо оказало заметное влияние на выходную мощность солнечных фотоэлектрических панелей, что привело к увеличению выходной мощности установок в Дели более чем на 8 процентов..
Хотя такой улучшенный выход не был неожиданным, исследователи говорят, что это первое исследование, демонстрирующее и количественно определяющее влияние снижения загрязнения воздуха на солнечное излучение. Эффект должен применяться к солнечным установкам по всему миру, но, как правило, его очень трудно измерить на фоне естественных изменений мощности солнечных панелей, вызванных чем угодно, от облаков до пыли на панелях. Экстраординарные условия, вызванные пандемией, с ее внезапным прекращением нормальной деятельности в сочетании с высококачественными данными о загрязнении воздуха в одном из городов мира с самым высоким уровнем задымленности дали возможность использовать данные беспрецедентного, незапланированного природного эксперимента.
Выводы опубликованы в журнале Joule, в статье профессора машиностроения Массачусетского технологического института Тонио Буонассиси, исследователя Яна Мариуса Питерса и трех других ученых из Сингапура и Германии.
Исследование было продолжением предыдущего исследования, которое команда проводила в Дели в течение нескольких лет. Толчком к работе послужило то, что в 2013 году из-за необычных погодных условий густой шлейф дыма от лесных пожаров в Индонезии распространился на обширную территорию Индонезии, Малайзии и Сингапура, где Петерс, только что прибывший в этот регион, обнаружил «это было настолько плохо, что вы не могли видеть здания на другой стороне улицы."
Поскольку он уже занимался исследованиями солнечной фотоэлектрической энергии, Петерс решил выяснить, какое влияние оказывает загрязнение воздуха на мощность солнечных панелей. У команды были хорошие долгосрочные данные как о мощности солнечных батарей, так и о солнечной инсоляции, собранные одновременно станциями мониторинга, установленными рядом с солнечными установками. Они увидели, что во время 18-дневного тумана производительность некоторых типов солнечных панелей снизилась, в то время как другие остались прежними или немного увеличились. Это различие оказалось полезным для отделения влияния загрязнения от других переменных, которые могли иметь значение, таких как погодные условия.
Питерс позже узнал, что высококачественные многолетние записи фактических измерений загрязнения воздуха мелкими частицами (частицы размером менее 2,5 микрометров) собирались каждый час, год за годом, в посольстве США в Дели. Это обеспечило необходимую основу для определения фактического воздействия загрязнения на мощность солнечных батарей; исследователи сравнили данные о загрязнении воздуха из посольства с метеорологическими данными об облачности и данными о солнечном излучении от датчиков.
Они определили примерно 10-процентное общее снижение производительности солнечных установок в Дели из-за загрязнения - достаточно, чтобы существенно повлиять на финансовые прогнозы объектов.
Чтобы увидеть, как закрытие Covid-19 повлияло на ситуацию, они смогли использовать разработанные ими математические инструменты, наряду с текущим сбором данных посольством, чтобы увидеть влияние сокращения поездок и производственных операций. Они сравнили данные до и после того, как 24 марта Индия ввела обязательный карантин, а также сравнили их с данными за предыдущие три года.
Уровни загрязнения снизились примерно на 50 процентов после остановки, как они обнаружили. В результате общая выработка солнечных батарей увеличилась на 8,3% в конце марта и на 5,9% в апреле, подсчитали они.
«Эти отклонения намного больше, чем типичные отклонения, которые мы имеем» в течение года или из года в год, говорит Петерс, - в три-четыре раза больше.«Поэтому мы не можем объяснить это только колебаниями». По его словам, разница примерно равна разнице между ожидаемой производительностью солнечной панели в Хьюстоне и в Торонто.
Увеличение объемов производства на 8 процентов может показаться не таким уж большим, говорит Буонассиси, но «маржа прибыли для этих предприятий очень мала». Если солнечная компания рассчитывала получить 2-процентную норму прибыли при ожидаемом 100-процентном выпуске панелей, а вдруг она получает 108-процентную производительность, это означает, что их маржа увеличилась в пять раз, с 2 до 10 процентов, указывает он.
Выводы дают реальные данные о том, что может произойти в будущем, когда выбросы уменьшатся во всем мире, говорит он. «Это первая реальная количественная оценка, когда у вас почти есть переключатель, который можно включать и выключать для загрязнения воздуха, и вы можете видеть эффект», - говорит он. «У вас есть возможность взять за основу эти модели с загрязнением воздуха и без него."
Таким образом, по его словам, «это позволяет заглянуть в мир со значительно меньшим загрязнением воздуха». Это также демонстрирует, что сам факт увеличения использования солнечной энергии и, таким образом, вытеснения выработки энергии из ископаемого топлива, которая загрязняет воздух, постоянно делает эти панели более эффективными.
Установка солнечных панелей в доме, говорит он, «помогает не только себе, не только кладет деньги в карман, но также помогает всем, у кого уже установлены солнечные панели, а также всем остальным. кто будет устанавливать их в течение следующих 20 лет». В некотором смысле прилив солнечных батарей поднимает все солнечные панели.
Хотя основное внимание было уделено Дели, поскольку воздействие там настолько сильное и легко обнаруживаемое, этот эффект «действителен везде, где есть какое-либо загрязнение воздуха. Если вы уменьшите его, это будет иметь благоприятные последствия для солнечные панели», - говорит Питерс.
Тем не менее, не каждое заявление о таких эффектах обязательно является реальным, говорит он, и детали действительно имеют значение. Например, более ясное небо также было отмечено на большей части Европы в результате отключения, а в некоторых новостях описывался исключительный уровень производительности солнечных ферм в Германии и Великобритании. Но исследователи говорят, что это просто совпадение.
«Уровни загрязнения воздуха в Германии и Великобритании, как правило, настолько низки, что они не оказывают существенного влияния на большинство фотоэлектрических установок», - говорит Петерс. После проверки данных он говорит, что больше всего на высокий уровень солнечной активности этой весной, по его словам, повлияла просто «чрезвычайно хорошая погода», которая привела к рекордному количеству солнечных часов.
В исследовательскую группу входили К. Брабек и Дж. Хаух из Института возобновляемых источников энергии им. Гельмгольца в Эрлангене-Нюрнберге в Германии, где сейчас также работает Петерс, и А. Нобре из Cleantech Solar в Сингапуре. Работа выполнена при поддержке правительства земли Бавария.