06.11.2017
Китай быстро расширяет свою сферу солнечной энергетики, рассчитывая к 2030 году удовлетворить 10 % потребностей страны в электроэнергии с помощью солнечной энергии. Но есть проблема: сильное загрязнение воздуха блокирует солнечный свет, что значительно сокращает производство солнечной энергии, особенно в северной и восточной частях страны.
Эта проблема усугубляется зимой, когда, согласно исследованиям Принстонского университета, загрязнение воздуха в этих регионах блокирует около 20 % солнечного света. Это делает влияние зимнего загрязненного воздуха на производство солнечной энергии столь же значительным, как и облака, которые долгое время считались основным препятствием для производства солнечной энергии.
Исследование, опубликованное Национальной академией наук, показывает, что в наиболее загрязненных районах северного и восточного Китая загрязнение мельчайшими твердыми частицами снижает потенциал для производства солнечной электроэнергии на полтора киловатт-часа на квадратный метр в день или до 35 %. Этого достаточно для питания пылесоса в течение одного часа или работы на ноутбуке в течение 5-10 часов.
Сжигание ископаемого топлива повышает концентрацию твердых частиц в атмосфере. Другие исследователи признали, что эти частицы, включающие сульфат, нитрат, частицы углерода и органические соединения, буквально затуманивают солнце во многих районах Китая. Но ни одно из исследований не подсчитало, насколько загрязнения воздуха снижают объемы производства солнечной энергии.
«Развивающиеся страны с сильным загрязнением воздуха, которые активно используют солнечную энергию, такие как Китай и Индия, часто пренебрегают ролью твердых частиц в их планах, хотя это - важный фактор», - сказал Сяоюань (Charles) Li, Ph. D., специалист Отдела гражданской и экологической инженерии Принстона, ведущий автор исследования.
Чтобы рассчитать, какой процент солнечного света получают солнечные батареи, ученые использовали солнечную фотоэлектрическую модель производительности в сочетании с данными из приборов НАСА, которые измеряют излучение от солнца и анализируют твердые частицы и облака в атмосфере. Они провели девять отдельных исследований, охватывающих период с 2003 до 2014 года, чтобы сравнить воздействие твердых частиц и облаков на солнечные модули.
«Загрязнение твердыми частицами от электростанций и транспорта, сжигание биомассы и природные явления, такие как пыльные бури, могут стать серьезным препятствием для производства солнечной энергии. Исследование использует моделирование химического состава атмосферы для количественной оценки того, как загрязнение влияет на солнечное излучение, достигающее земли», сказал Даниэль Каммен, профессор энергетики, директор лаборатории возобновляемых источников энергии в Калифорнийском университете в Беркли.
Ли сказал, что результаты исследования должны стимулировать такие страны, как Китай и Индия, сократить выбросы и тем самым увеличить объемы производства солнечной энергии. Существует хорошая перспектива: расширение производства солнечной энергии снизит зависимость от ископаемых видов топлива, тем самым сократив те самые выбросы, которые препятствуют производству солнечной энергии. Это направит больше солнечной энергии в сеть, что, в свою очередь, еще больше сократит потребность в ископаемых видах топлива.
Результаты исследования также помогут определить, где лучше размещать новые солнечные батареи. Загрязнения в Китае в значительной степени сосредоточены в промышленно развитых, урбанизированных районах. Воздух в отдаленных, малонаселенных районах гораздо более чистый. Если исследование может количественно определить, насколько загрязнения снижают объемы производимой солнечной энергии, то политики, основываясь на этих данных, могут просчитать затраты на перемещение электроэнергии из более чистых регионов в более грязные. Это может быть выгодно, из-за получения больших мощностей в менее загрязненных регионах.
«Сокращение объемов производства солнечной энергии из-за облаков было основной проблемой в прошлом. Но это один из первых случаев, когда загрязнения атмосферного воздуха было учтено при определении потенциала солнечных фотоэлектрических элементов в плане производства энергии» - говорит Дениз Л. Маузеллалл, профессор по вопросам окружающей среды и международных отношений, который выступаел в качестве консультанта факультета Ли и принимал участие в исследования.
Для своего следующего проекта специалисты проведут исследования в других странах мира, включая Индию, которая тоже страдает от загрязненности воздуха. Они определят не только влияние загрязнений на объемы производства электроэнергии, но и изучат, как загрязнители воздуха могут снизить производство электроэнергии из-за загрязнения самих солнечных панелей.