Le celle fotovoltaiche sono sensibili alla temperatura. Un nuovo studio rivela come il riscaldamento globale ridurrà la produzione di energia solare nel mondo entro il 2100.
di Emerging Technology di ArXiv
L’energia solare è una fonte di energia rinnovabile verde su cui contiamo per ridurre la dipendenza del pianeta dai combustibili fossili. La grande speranza è che questa e altre fonti rinnovabili possano contribuire a invertire il processo di riscaldamento che minaccia il pianeta.
C’è problema: è probabile che i cambiamenti climatici abbiano un impatto significativo sulla produzione di energia solare. Alcune aree vedranno più luce solare e altre meno a causa dei cambiamenti nella copertura nuvolosa, nel contenuto di acqua atmosferica, negli aerosol e così via. I cambiamenti specifiche per località sono difficili da calcolare. Scienziati, politici, fornitori di energia e altri stanno cercando un modo di prevedere in che modo saranno colpite le aree di cui sono responsabili.
Ian Peters e Tonio Buonassisi del MIT hanno dimostrato che un altro fattore da prendere in considerazione è proprio l’aumento della temperatura. L’efficienza delle celle fotovoltaiche diminuisce man mano che si fanno più calde. Le celle fotovoltaiche generano corrente quando la luce solare trasferisce energia agli elettroni nel materiale. Questo processo crea nella struttura anche “buchi” di carica positiva che scorrono nella direzione opposta agli elettroni.
Un fattore importante nell’efficienza delle celle fotovoltaiche è la velocità con cui gli elettroni si ricombinano con i fori, un processo che li porta fuori dalla banda di conduzione e quindi riduce la produzione. Questo tasso è molto sensibile alla temperatura: più fa caldo, più alto è il tasso di ricombinazione. La potenza fotovoltaica si riduce dello 0,45% per ogni grado di temperatura in più.
Peters and Buonassisi hanno studiato l’effetto di questo cambiamento basandosi sui cambiamenti di temperatura previsti dall’International Panel on Climate Change. L’IPCC ha formulato diverse previsioni basate su diverse stime delle future emissioni di gas serra. Peters e Buonassisi utilizzano il cosiddetto scenario Rappresentative Concentration Pathway 4.5, in cui le emissioni raggiungono il proprio picco nel 2040 e aumentano la temperatura globale media di 1,8 gradi Kelvin entro il 2100.
“Con un aumento di temperature a livello globale, la produzione di energia si ridurrà ovunque”, spiegano i ricercatori, ma in alcune zone andrà peggio che in altre. “Secondo la nostra mappa, le aree maggiormente colpite includono gli Stati Uniti meridionali, l’Africa meridionale e l’Asia centrale”.
I ricercatori avvisano che altri fattori influenzeranno la capacità di produzione delle celle fotovoltaiche. In particolare, la quantità di luce solare dipenderà dalla copertura nuvolosa e dal contenuto di acqua atmosferica (umidità). La cifra di -0,45%/K utilizzata per calcolare il calo della potenza erogata è solo un numero rappresentativo. Future scoperte nel campo delle scienze dei materiali potrebbero portare a modifiche significative. Ad esempio, materiali con un intervallo di banda più elevato, come il tellururo di cadmio, presentano un calo significativamente inferiore dell’efficienza.
Tuttavia, il messaggio è chiaro. Il riscaldamento globale ridurrà la quantità di energia che le celle fotovoltaiche saranno in grado di produrre, in maniera più o meno significativa a seconda della posizione sul pianeta. Il dato dovrà essere tenuto in considerazione nelle pianificazioni energetiche del futuro.
Per approfondire: The Impact of Global Warming on Silicon PV Energy Yield in 2100.
