地球温暖化が太陽光発電を妨げる？MITが性能への影響を予測

●　MITの研究者は、気候変動がシリコン系太陽光電池の性能に与える影響の簡単な予測を示唆

●　平均して太陽光電池の発電効率は、温度が1℃上昇するごとに0.45％低下する

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。

ソーラーパネル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含水量などの局所的な気象条件に基づいています。最も一般的な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。

ソーラーパネルの性能に与える気温の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、世界中のシリコン系ソーラーパネルの性能に及ぼす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。

太陽光電池の発電効率は気温が上がるにつれて低下する

ソーラーパネルは、太陽電池セルと呼ばれる複数の小さなユニットで構成されています。これらのセルは、（太陽光からの）光子が原子から電子を解放し、電流の流れを作り出すことによって機能します。

その間、電子と反対の方向に流れる、材料内に正に帯電した「正孔」が作り出されます。細胞の効率は、電子が正孔と再結合する速度に依存します。再結合する速度が速いほど、伝導帯から外れるため、発電は少なくなります。

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、ソーラーパネルの発電効率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、南アフリカ、そして米国南部です。

計算によると、平均して、ソーラーパネルの生産効率は、温度が1℃上昇するごとに0.45％低下します。シリコン系太陽光発電設備のエネルギー出力は15kWh/ kWp近く減少し、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、あらゆる地域におけるエネルギー生産の変化の程度を表すグローバルマップを作成しました。

単なる参考値

研究者はこの数値は単なる代表値であると述べました。材料科学の進歩は、将来これらの数値を大幅に変え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な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、将来のソーラー設備は、温度変化に対してより強くなる可能性があります。

さらに、太陽光パネル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。