Согласно новому исследованию, частицы в воздухе и их накопление на солнечных элементах сокращают выработку энергии более чем на 25 процентов в некоторых частях мира. Больше всего пострадали регионы, инвестирующие больше всего в солнечные энергетические установки: Китай, Индия и Аравийский полуостров.
Исследование появится в Интернете 23 июня в журнале Environmental Science. Письма о технологиях.«Мои коллеги в Индии демонстрировали некоторые из своих солнечных установок на крышах, и я был поражен тем, насколько грязными были панели», — сказал Майкл Бергин, профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Дьюка и ведущий автор исследования. «Я думал, что грязь должна повлиять на их эффективность, но не было никаких исследований, оценивающих потери.
Поэтому мы составили комплексную модель, чтобы сделать именно это».Вместе с коллегами из Индийского технологического института в Гандинагаре и Университета Висконсина в Мэдисоне Бергин измерил уменьшение солнечной энергии, собираемой солнечными панелями IITGN, по мере того, как со временем они становились все более грязными.
Данные показали 50-процентный скачок эффективности каждый раз, когда панели чистили после того, как их оставляли в покое на несколько недель.Исследователи также взяли пробы грязи, чтобы проанализировать ее состав, и выяснили, что 92 процента пыли, а оставшаяся фракция состоит из углеродных и ионных загрязнителей, образовавшихся в результате деятельности человека. Хотя это может показаться небольшим количеством, свет более эффективно блокируется более мелкими частицами, созданными руками человека, чем естественной пылью.
В результате человеческий вклад в потерю энергии намного больше, чем вклад пыли, что делает два источника примерно равными антагонистами в этом случае.«Созданные руками человека частицы также маленькие и липкие, что затрудняет их удаление», — сказал Бергин. «Вы можете подумать, что можете просто чистить солнечные панели чаще, но чем больше вы их чистите, тем выше риск их повреждения».
Предварительно проанализировав загрязняющие вещества, обесцвечивающие Тадж-Махал в Индии, Бергин уже имел хорошее представление о том, как эти различные частицы реагируют на солнечный свет. Используя свою более раннюю работу в качестве основы, он создал уравнение, которое точно оценивает количество солнечного света, блокируемого различными составами пыли солнечных панелей и накоплением загрязнений.
Но скопление грязи на солнечных батареях — не единственное, что блокирует солнечный свет — частицы окружающей среды в воздухе также имеют экранирующий эффект.Для этой половины уравнения защиты от солнца Бергин обратился к Дрю Шинделлу, профессору климатических наук в Duke и эксперту по использованию глобальной климатической модели NASA GISS.
Поскольку климатическая модель уже учитывает количество солнечной энергии, заблокированной различными типами переносимых по воздуху частиц, было несложно оценить влияние этих частиц на солнечную энергию. Модель НАСА также оценивает количество твердых частиц, осажденных на поверхности по всему миру, обеспечивая основу для уравнения Бергина для расчета того, сколько солнечного света будет заблокировано скопившейся пылью и загрязнением.
В результате вычислений оцениваются общие потери при производстве солнечной энергии во всех частях света. В то время как в Соединенных Штатах относительно мало мигрирующей пыли, более засушливые регионы, такие как Аравийский полуостров, Северная Индия и Восточный Китай, несут большие убытки — от 17 до 25 процентов или более при условии ежемесячной уборки.
Если чистка проводится каждые два месяца, эти цифры возрастают до 25 или 35 процентов.Конечно, существует множество переменных, которые влияют на производство солнечной энергии как на местном, так и на региональном уровне.
Например, большая зона строительства может вызвать быстрое скопление пыли на ближайшей солнечной батарее.По словам Бергина, Аравийский полуостров теряет из-за пыли гораздо больше солнечной энергии, чем антропогенных загрязнителей. Но обратное верно для регионов Китая, и регионы Индии не сильно отстают.«Китай уже считает, что ежегодно теряются десятки миллиардов долларов, из которых более 80 процентов приходится на убытки из-за загрязнения окружающей среды», — сказал Бергин. «В связи со взрывом возобновляемых источников энергии, происходящим в Китае, и их недавним стремлением расширить свои мощности по производству солнечной энергии, это число будет только расти».
«Мы всегда знали, что эти загрязнители вредны для здоровья человека и изменения климата, но теперь мы показали, насколько они вредны для солнечной энергии», — продолжил Бергин. «Это еще одна причина для политиков всего мира принять меры по контролю за выбросами».Эта работа была поддержана Агентством США по международному развитию и Офисом проректора по исследованиям Университета Дьюка.