Luftforurening dis kan sætte en bule i solenergi

Ian Marius Peters, nu en MIT-forsker, arbejdede på solenergiforskning i Singapore i 2013, da han stødte på en ekstraordinær sky af forurening. Byen blev pludselig opslugt af en ildelugtende sky af dis så tyk, at man fra den ene side af en gade ikke kunne se bygningerne på den anden side, og luften havde den skarpe lugt af brænding. Begivenheden, udløst af skovbrande i Indonesien og koncentreret af usædvanlige vindmønstre, varede to uger, hurtigt fik butikkerne til at løbe tør for ansigtsmasker, da borgerne tog dem op for at hjælpe deres vejrtrækning.

Mens andre adresserede folkesundhedsproblemerne med den tykke luftforurening, Peters' kollega Andre Nobre fra Cleantech Energy Corp., hvis felt også er solenergi, undrede sig over, hvilken indvirkning sådanne dis kan have på produktionen af ​​solpaneler i området. Det førte til et årelangt projekt for at forsøge at kvantificere, hvordan bybaserede solcelleanlæg påvirkes af dis, som har tendens til at være koncentreret i tætte byer.

Nu, resultaterne af den forskning er netop blevet offentliggjort i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab , og resultaterne viser, at disse effekter faktisk er betydelige. I nogle tilfælde kan det betyde forskellen mellem en succesfuld solcelleinstallation og en, der ender med ikke at opfylde de forventede produktionsniveauer - og muligvis kører med tab.

Efter først at have indsamlet data om både mængden af ​​solstråling, der når jorden, og mængden af ​​partikler i luften målt med andre instrumenter, Peters arbejdede sammen med MIT-lektor i maskinteknik Tonio Buonassisi og tre andre for at finde en måde at beregne mængden af ​​sollys, der blev absorberet eller spredt af dis, før de nåede solpanelerne. At finde de nødvendige data til at bestemme dette absorptionsniveau viste sig at være overraskende vanskeligt.

Til sidst, de var i stand til at indsamle data i Delhi, Indien, levere foranstaltninger for isolering og forurening over en toårig periode - og bekræftede betydelige reduktioner i solpanelproduktionen. Men i modsætning til Singapore, hvad de fandt var, at "i Delhi er det konstant. Der er aldrig en dag uden forurening, " siger Peters. Der, de fandt, at det årlige gennemsnitlige dæmpningsniveau for solpanelets output var omkring 12 procent.

Selvom det måske ikke lyder som så stort et beløb, Peters påpeger, at det er større end overskudsgraden for nogle solcelleanlæg, og dermed bogstaveligt talt kunne være nok til at gøre forskellen mellem et succesfuldt projekt og et, der mislykkes – ikke kun påvirke det projekt, men også potentielt forårsage en ringvirkning ved at afskrække andre fra at investere i solenergiprojekter. Hvis størrelsen af ​​en installation er baseret på forventede niveauer af sollys, der når jorden i det pågældende område, uden at overveje virkningerne af dis, det vil i stedet forsvinde i forhold til at opfylde sin forventede produktion og sine forventede indtægter.

"Når du laver projektplanlægning, hvis du ikke har overvejet luftforurening, du kommer til at undermåle, og få et forkert skøn over dit investeringsafkast, siger Peters

Efter deres detaljerede Delhi-studie, holdet undersøgte foreløbige data fra 16 andre byer rundt om i verden, og fandt påvirkninger fra 2 procent for Singapore til over 9 procent for Beijing, Dakha, Ulan Bator, og Kolkata. Ud over, de så på, hvordan de forskellige typer solceller - galliumarsenid, cadmium tellurid, og perovskit - påvirkes af disene, på grund af deres forskellige spektrale reaktioner. Alle af dem blev påvirket endnu stærkere end de standard siliciumpaneler, de oprindeligt undersøgte, med perovskite, et meget lovende nyere solcellemateriale, bliver mest berørt (med over 17 procent dæmpning i Delhi).

Mange lande rundt om i verden har bevæget sig i retning af større installation af bysolpaneler, med Indien sigter mod 40 gigawatt (GW) solcelleanlæg på taget, mens Kina allerede har 22 GW af dem. De fleste af disse er i byområder. Så virkningen af ​​disse reduktioner i produktionen kan være ret alvorlig, siger forskerne.

Alene i Delhi, de tabte indtægter fra elproduktion kunne beløbe sig til så meget som $20 millioner årligt; for Kolkata omkring $16 millioner; og for Beijing og Shanghai er det omkring 10 millioner dollars om året hver, holdet vurderer. Planlagte installationer i Los Angeles kan miste mellem $6 millioner og $9 millioner.

Samlet set, de projekterer, de potentielle tab "kan let beløbe sig til hundreder af millioner, hvis ikke milliarder af dollars årligt." Og hvis systemerne er underdesignede på grund af manglende hensyntagen til uklarheder, som også kan påvirke systemets overordnede pålidelighed, de siger.

Peters siger, at de store sundhedsmæssige fordele forbundet med at reducere niveauer af luftforurening burde være motivation nok for nationer til at tage stærke foranstaltninger, men denne undersøgelse "er forhåbentlig endnu et lille stykke af at vise, at vi virkelig bør forbedre luftkvaliteten i byer, og viser, at det virkelig betyder noget."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.