気候変動が太陽電池効率を脅かす：MIT研究が影響を予測

21世紀には確実に2つのことが起こります：地球は温暖化し、太陽電池の導入は増加します。この2要因を考慮すると、地球温暖化が今後数十年の太陽光発電にどう影響するかが問われます。

光起電力セルは温度に敏感で、性能は主にエアロゾル濃度・大気中水分量など地域気象条件に基づきます。最も普及しているシリコン光起電技術の性能は、気温・湿度上昇で低下します。

気温上昇の太陽電池性能への影響は複数研究で扱われてきましたが、日射量変化の予測は不確実でした。MIT研究者たちが、世界規模でシリコン光起電セル性能への気候変動影響のシンプルな予測を提示しました。

代表濃度経路（RCP）4.5シナリオを用いて光起電設備への影響を分析。このシナリオは温室効果ガス排出が2040年にピーク、2100年までに世界平均気温が1.8ケルビン上昇すると予測します。

太陽電池出力は高温で低下

太陽電池は複数の光起電力セルで構成。光子（太陽光から）が原子から電子を解き放ち、電流を生成します。同時に材料内に正孔（正の電荷）が生成され、電子とは逆方向に流れます。セル効率は電子と正孔の再結合速度に依存。再結合が速いほど導電帯から外れるため出力は低下。

再結合率は温度に比例。外部環境が暖まると太陽電池出力は低下します。

気温上昇は地球ほぼ全域で起こるため、太陽電池効率はあらゆる場所で低下見込み。しかし地域差があり、最も影響大（悪化）なのは中央アジア、南アフリカ、米国南部とのこと。

Reference: arXiv:1908.00622

計算では平均的に、気温1度上昇ごとに光起電力セル出力が0.45%低下。シリコン光起電設備のエネルギー出力は約15 kWh/kWp減少、一部地域では最大50 kWh/kWp損失。世界地図で地域別エネルギー出力変化を表示。

21世紀におけるシリコン光起電設備のエネルギー出力推定グローバル変化

研究者たちは-0.45%/Kはあくまで代表値と指摘。材料科学進歩で将来大幅に変わる可能性があります。

例えばバンドギャップが大きい材料（テルル化カドミウム等）はエネルギー出力低下が遥かに小さい。将来の太陽光設備は温度変化に対してより堅牢になる可能性があります。

また地球温暖化だけでなく、日射量・湿度変動がパネル到達日光に影響。グリーン再生可能エネルギーシステム計画には全要素考慮が必要です。

産業技術