Хотя такое улучшение результатов не было неожиданным, исследователи говорят, что это первое исследование, демонстрирующее и количественно оценивающее влияние снижения загрязнения воздуха на солнечную энергию. Эффект должен применяться к солнечным установкам по всему миру, но, как правило, его очень трудно измерить на фоне естественных колебаний выходной мощности солнечных панелей, вызванных всем, от облаков до пыли на панелях. Чрезвычайные условия, вызванные пандемией, с ее внезапным прекращением нормальной деятельности в сочетании с высококачественными данными о загрязнении воздуха из одного из самых задымных городов мира, предоставили возможность использовать данные беспрецедентного, незапланированного природного эксперимента.
Результаты представлены в журнале Joule, в статье профессора машиностроения Массачусетского технологического института Тонио Буонассиси, ученого-исследователя Яна Мариуса Петерса и трех других исследователей из Сингапура и Германии.
Исследование было продолжением предыдущего исследования, которое команда проводила в Дели в течение нескольких лет. Толчок к работе был дан после того, как необычная погода в 2013 году унесла концентрированный шлейф дыма от лесных пожаров в Индонезии через обширную полосу Индонезии, Малайзии и Сингапура, где Петерс, только что прибывший в регион, обнаружил, что «это» было так плохо, что вы не могли видеть здания на другой стороне улицы."
Поскольку он уже занимался исследованиями солнечной фотоэлектрической энергии, Петерс решил выяснить, какое влияние загрязнение воздуха оказывает на мощность солнечных панелей.
У команды были хорошие долгосрочные данные как по мощности солнечных панелей, так и по солнечной инсоляции, собранные одновременно станциями мониторинга, установленными рядом с солнечными установками. Они увидели, что во время 18-дневной дымки производительность некоторых типов солнечных панелей снизилась, в то время как другие остались прежними или немного увеличились. Это различие оказалось полезным при отделении эффектов загрязнения от других переменных, которые могут иметь значение, таких как погодные условия.
Позже Петерс узнал, что высококачественные многолетние записи фактических измерений загрязнения воздуха мелкими частицами (частицы менее 2.Размером 5 микрометров) собирали каждый час, год за годом, в U.S.
Посольство в Дели. Это обеспечило необходимую основу для определения фактического воздействия загрязнения на мощность солнечных панелей; исследователи сравнили данные о загрязнении воздуха из посольства с метеорологическими данными об облачности и данными о солнечном облучении от датчиков.
Они определили примерно 10-процентное общее сокращение производства солнечных установок в Дели из-за загрязнения окружающей среды – достаточно, чтобы существенно повлиять на финансовые прогнозы предприятий.
Чтобы увидеть, как отключение Covid-19 повлияло на ситуацию, они смогли использовать математические инструменты, которые они разработали, наряду с постоянным сбором данных посольством, чтобы увидеть влияние сокращения поездок и производственных операций. Они сравнили данные до и после того, как Индия перешла на обязательную изоляцию 24 марта, а также сравнили их с данными за предыдущие три года.
Они обнаружили, что после отключения уровень загрязнения снизился примерно на 50 процентов.
В результате общая мощность солнечных панелей была увеличена на 8.3 процента в конце марта, а к 5.9 процентов в апреле, подсчитали.
«Эти отклонения намного больше, чем типичные вариации, которые мы имеем» в течение года или из года в год, – говорит Петерс, – в три-четыре раза больше. "Поэтому мы не можем объяснить это только колебаниями.«Разница, по его словам, примерно равна разнице между ожидаемой производительностью солнечной панели в Хьюстоне и одной в Торонто.
По словам Буонассиси, увеличение производства на 8% может показаться не таким уж большим, но «маржа прибыли для этих предприятий очень мала.«Если солнечная компания ожидала получить 2-процентную маржу прибыли от ожидаемого 100-процентного выпуска панелей, а вдруг они получили 108-процентный выпуск, это означает, что их маржа увеличилась в пять раз, с 2 до 10 процентов», – отмечает он.
По его словам, результаты предоставляют реальные данные о том, что может произойти в будущем по мере сокращения выбросов во всем мире. «Это первая настоящая количественная оценка, в которой у вас почти есть переключатель, который можно включать и выключать при загрязнении воздуха, и вы можете увидеть эффект», – говорит он. "У вас есть возможность создать основу для этих моделей с учетом загрязнения воздуха и без него."
Таким образом, по его словам, «это дает возможность заглянуть в мир со значительно меньшим загрязнением воздуха."Это также демонстрирует, что сам акт увеличения использования солнечной электроэнергии и, таким образом, вытеснения ископаемого топлива, вызывающего загрязнение воздуха, делает эти панели все время более эффективными.
По его словам, установка солнечных батарей в доме «помогает не только себе, не только кладет деньги в карман, но и всем остальным, у кого уже установлены солнечные панели, а также всем, кто будет их устанавливать. следующие 20 лет."В некотором смысле, рост количества солнечных панелей поднимает все солнечные панели.
Хотя основное внимание было уделено Дели, поскольку эффекты там настолько сильны и их легко обнаружить, этот эффект «верен везде, где есть какое-то загрязнение воздуха.
Если вы уменьшите его, это будет иметь благоприятные последствия для солнечных батарей », – говорит Петерс.
Тем не менее, не все утверждения о таких эффектах обязательно реальны, говорит он, и детали имеют значение.
Например, более ясное небо было отмечено на большей части Европы в результате отключений, а в некоторых новостях описывались исключительные уровни выработки солнечных электростанций в Германии и США.K. Но исследователи говорят, что это оказалось совпадением.
«Уровни загрязнения воздуха в Германии и Великобритании, как правило, настолько низки, что они не оказывают значительного воздействия на большинство фотоэлектрических установок», – говорит Петерс. После проверки данных выяснилось, что этой весной больше всего способствовало столь высокому уровню солнечной энергии, по его словам, просто «исключительно хорошая погода», которая произвела рекордное количество солнечных часов.
В состав исследовательской группы входили C. Брабек и Дж. Хауха в Институте Гельмгольца Эрланген-Нюрнберг по возобновляемым источникам энергии в Германии, где в настоящее время также работает Петерс, и А. Nobre в компании Cleantech Solar в Сингапуре.
Работа поддержана правительством Баварии.