地球温暖化は太陽電池の効率を低下させます

21世紀には、地球が暖かくなり、ソーラーパネルの導入が増えるという2つのことが確実に起こります。これらの2つの要因を考慮すると、地球温暖化が今後数十年の太陽エネルギー生産にどのように影響するかという疑問が生じます。

太陽電池は温度に敏感であるため、その性能は主に、エアロゾル濃度や大気中の水分含有量などの地域の気象条件に基づいています。最も人気のある太陽光発電技術であるシリコンの性能は、温度と湿度のレベルが上がると低下します。

太陽電池の性能に対する温度上昇の影響はいくつかの研究で取り上げられていますが、日射量の変化の予測は依然として不確実です。現在、MITの研究者は、世界中のシリコン太陽電池の性能に対する気候変動の影響の簡単な予測を提示しています。

彼らは、代表的な濃度経路（RCP）4.5シナリオを使用して、太陽光発電設備の影響を分析しました。このシナリオでは、温室効果ガスの排出量が2040年にピークに達し、2100年までに世界の平均気温（1.8ケルビン）が上昇すると予測しています。

ソーラーパネルは、太陽電池と呼ばれる複数の小さなユニットで構成されています。これらの細胞は、（太陽光からの）光子が電子を原子から解放することを可能にし、電流の流れを作り出すことによって機能します。

そうしている間、それらはまた、電子と反対の方向に流れる、材料内に正に帯電した「穴」を作成します。セルの効率は、電子が正孔と再結合する速度に依存します。再結合が速いほど、伝導帯から外れるため、出力は少なくなります。

再結合の速度は温度に比例します。これは、外部環境が暖まると、ソーラーパネルの出力が低下することを意味します。

地球上のほぼすべての場所で気温が上昇するにつれて、太陽電池の効率はどこでも期待されます。ただし、一部の地域は他の地域よりも優れています。研究者によると、最も影響を受けた（より悪い）地域は中央アジア、アフリカ南部、および米国南部です。

参照：arXiv：1908.00622

計算によると、平均して、太陽電池の出力は、温度が1度上昇するごとに0.45パーセント減少します。シリコン太陽光発電設備のエネルギー出力は約15kWh / kWp減少し、一部の地域では最大50 kWh / kWpの損失が発生します。

研究者はまた、任意の地域でのエネルギー出力の変化の程度を表示するために世界地図を作成しました。

21世紀のシリコン太陽光発電設備のエネルギー出力の推定地球変動

研究者は、-0.45％/ Kマークは単なる代表値であると述べました。材料科学の進歩により、将来これらの数値が大幅に変わる可能性があります。

たとえば、テルル化カドミウムのようにバンドギャップが大きい材料では、エネルギー出力の低下がはるかに小さくなります。したがって、将来の太陽光発電設備は、温度変化に対してより堅牢になる可能性があります。

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さらに、太陽電池の効率を低下させる要因は地球温暖化だけではありません。特に、日射量と湿度レベルの変動は、パネルに到達する日光に影響を与えます。将来に向けてグリーンで再生可能なエネルギーシステムを計画する際には、これらすべての要素を考慮する必要があります。

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