Глобальное производство солнечной энергии сильно пострадало из-за загрязнения воздуха и пыли.
Согласно новому исследованию, переносимые по воздуху частицы и их накопление на солнечных батареях сокращают выработку энергии более чем на 25 процентов в некоторых частях мира. В наибольшей степени пострадали регионы, которые больше всего инвестируют в солнечные энергетические установки: Китай, Индия и Аравийский полуостров.
Исследование опубликовано в Интернете 23 июня в журнале Environmental Science & Technology Letters.
«Мои коллеги в Индии демонстрировали некоторые из своих солнечных установок на крышах, и я был поражен тем, насколько грязными были панели», - сказал Майкл Бергин, профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Дьюка и ведущий автор книги. изучение. «Я думал, что грязь должна влиять на их эффективность, но не было никаких исследований, оценивающих потери. Поэтому мы собрали комплексную модель, чтобы сделать именно это».
Вместе с коллегами из Индийского технологического института в Гандинагаре и Висконсинского университета в Мэдисоне Бергин измерил снижение количества солнечной энергии, собираемой солнечными панелями IITGN, по мере того, как они со временем становились все более грязными. Данные показали 50-процентный скачок эффективности каждый раз, когда панели очищались после того, как они не использовались в течение нескольких недель.
Исследователи также взяли пробы грязи, чтобы проанализировать ее состав, и обнаружили, что 92 процента составляют пыль, а оставшаяся часть состоит из углерода и ионов, загрязняющих окружающую среду в результате деятельности человека. Хотя это может показаться небольшим количеством, свет более эффективно блокируется более мелкими антропогенными частицами, чем естественная пыль. В результате вклад человека в потери энергии намного больше, чем вклад пыли, что делает два источника примерно равными антагонистами в этом случае.
«Искусственные частицы также маленькие и липкие, что затрудняет их очистку», - сказал Бергин. «Вы можете подумать, что можете просто чаще чистить солнечные панели, но чем чаще вы их чистите, тем выше риск их повреждения».
Проанализировав ранее загрязняющие вещества, обесцвечивающие индийский Тадж-Махал, Бергин уже имел хорошее представление о том, как эти различные частицы реагируют на солнечный свет. Используя свою более раннюю работу в качестве основы, он создал уравнение, которое точно оценивает количество солнечного света, блокируемого различными составами пыли солнечных панелей и накоплением загрязнения.
Но грязные отложения на солнечных панелях - не единственное, что блокирует солнечный свет - окружающие частицы в воздухе также имеют экранирующий эффект.
Чтобы решить эту часть уравнения защиты от солнца, Бергин обратился к Дрю Шинделлу, профессору климатологии Университета Дьюка и эксперту по использованию Глобальной климатической модели НАСА GISS.
Поскольку климатическая модель уже учитывает количество солнечной энергии, заблокированной различными типами переносимых по воздуху частиц, было несложно оценить влияние частиц на солнечную энергию. Модель НАСА также оценивает количество твердых частиц, оседающих на поверхности по всему миру, обеспечивая основу для уравнения Бергина для расчета того, сколько солнечного света будет блокироваться скопившейся пылью и загрязнением.
Результирующие расчеты оценивают общие потери производства солнечной энергии в каждой части мира. В то время как в Соединенных Штатах мигрирующая пыль относительно невелика, более засушливые регионы, такие как Аравийский полуостров, Северная Индия и Восточный Китай, сталкиваются с большими потерями - от 17 до 25 процентов и более, при условии ежемесячной очистки. Если уборки проводятся каждые два месяца, эти цифры увеличиваются до 25 или 35 процентов.
Конечно, существует множество переменных, влияющих на производство солнечной энергии как на местном, так и на региональном уровне. Например, большая зона строительства может вызвать быстрое накопление пыли на ближайшей солнечной батарее.
Аравийский полуостров теряет гораздо больше солнечной энергии из-за пыли, чем техногенных загрязнителей, сказал Бергин. Но для регионов Китая верно обратное, и регионы Индии не сильно отстают.
«Китай уже наблюдает за ежегодными потерями десятков миллиардов долларов, причем более 80 процентов из них приходится на потери из-за загрязнения», - сказал Бергин. «В связи с бурным развитием возобновляемых источников энергии в Китае и их недавним обязательством по расширению мощностей солнечной энергетики это число будет только расти».
«Мы всегда знали, что эти загрязняющие вещества вредны для здоровья человека и изменения климата, но теперь мы показали, насколько они вредны и для солнечной энергии», - продолжил Бергин. «Это еще одна причина, по которой политики во всем мире принимают меры по контролю выбросов».