Иэн Мариус Питерс, ныне научный сотрудник Массачусетского технологического института, работал над исследованиями солнечной энергии в Сингапуре в 2013 году, когда он столкнулся с необычайным облаком загрязнения. Город вдруг окутало зловонное облако дымки, такой густой, что с одной стороны улицы не было видно домов на другой стороне, а в воздухе стоял едкий запах гари. Событие, вызванное лесными пожарами в Индонезии и сосредоточенное на необычных ветрах, продолжалось две недели, в результате чего в магазинах быстро закончились маски для лица, поскольку граждане расхватывали их, чтобы облегчить дыхание.
В то время как другие занимались проблемами общественного здравоохранения, связанными с густым загрязнением воздуха, коллега Петерса Андре Нобре из Cleantech Energy Corp., чьей сферой деятельности также является солнечная энергия, задался вопросом о том, какое влияние такая дымка может оказать на производительность. солнечных батарей в этом районе. Это привело к многолетнему проекту по количественной оценке того, как на городские солнечные установки влияет дымка, которая, как правило, концентрируется в густонаселенных городах.
Теперь результаты этого исследования только что были опубликованы в журнале Energy & Environmental Science, и результаты показывают, что эти эффекты действительно существенны. В некоторых случаях это может означать разницу между успешной солнечной электростанцией и установкой, которая в конечном итоге не соответствует ожидаемому уровню производства и, возможно, работает с убытком.
После первоначального сбора данных как о количестве солнечного излучения, достигающего земли, так и о количестве твердых частиц в воздухе, измеренном другими приборами, Петерс работал с доцентом кафедры машиностроения Массачусетского технологического института Тонио Буонассизи и тремя другими учеными, чтобы найти способ рассчитать количество солнечного света, которое поглощается или рассеивается дымкой, прежде чем достигает солнечных панелей. Поиск необходимых данных для определения уровня поглощения оказался на удивление трудным.
В конце концов, они смогли собрать данные в Дели, Индия, предоставив измерения инсоляции и загрязнения за двухлетний период, и подтвердили значительное снижение производительности солнечных панелей. Но в отличие от Сингапура они обнаружили, что «в Дели это постоянно. Ни дня не бывает без загрязнения», - говорит Питерс. Там они обнаружили, что среднегодовой уровень затухания мощности солнечной панели составляет около 12 процентов.
Хотя это может показаться не такой уж большой суммой, Петерс отмечает, что она больше, чем размер прибыли для некоторых солнечных установок, и, таким образом, может быть буквально достаточно, чтобы сделать разницу между успешным проектом и неудачным. - не только воздействуя на этот проект, но и потенциально вызывая волновой эффект, удерживая других от инвестиций в солнечные проекты. Если размер установки основан на ожидаемом уровне солнечного света, достигающего земли в этом районе, без учета эффектов дымки, вместо этого она не будет соответствовать запланированной производительности и ожидаемым доходам.
"Когда вы планируете проект, если вы не учли загрязнение воздуха, вы занижаете размер и получаете неправильную оценку окупаемости инвестиций", - говорит Питерс
После подробного исследования в Дели команда изучила предварительные данные из 16 других городов мира и обнаружила влияние от 2% для Сингапура до более 9% для Пекина, Дакхи, Улан-Батора и Калькутты. Кроме того, они рассмотрели, как дымка влияет на различные типы солнечных элементов - арсенид галлия, теллурид кадмия и перовскит - из-за их различных спектральных характеристик. Все они пострадали даже сильнее, чем стандартные кремниевые панели, которые они первоначально изучали, причем перовскит, многообещающий новый материал для солнечных элементов, пострадал больше всего (с более чем 17-процентным затуханием в Дели)..
Многие страны по всему миру двигаются в сторону большей установки городских солнечных панелей, при этом Индия стремится к 40 гигаваттным (ГВт) солнечным установкам на крышах, а Китай уже имеет их 22 ГВт. Большинство из них находятся в городских районах. Исследователи говорят, что последствия такого сокращения производства могут быть весьма серьезными.
Только в Дели упущенный доход от производства электроэнергии может составить до 20 миллионов долларов в год; для Калькутты около 16 миллионов долларов; а для Пекина и Шанхая это около 10 миллионов долларов в год каждый, по оценкам команды. Запланированные установки в Лос-Анджелесе могут потерять от 6 до 9 миллионов долларов.
В целом, прогнозируют они, потенциальные убытки «могут легко составить сотни миллионов, если не миллиарды долларов ежегодно». И если системы недостаточно спроектированы из-за того, что не учитываются дымки, это также может повлиять на общую надежность системы, говорят они.
Петерс говорит, что основные преимущества для здоровья, связанные со снижением уровня загрязнения воздуха, должны быть достаточной мотивацией для стран, чтобы принять решительные меры, но это исследование «надеюсь, является еще одним небольшим доказательством того, что мы действительно должны улучшить качество воздуха в городах»., и показать, что это действительно важно."