El calentamiento global reducirá la eficiencia de las células solares

• Los investigadores del MIT presentan una proyección simple del impacto del cambio climático en el desempeño de las células fotovoltaicas de silicio.
• En promedio, la salida de la celda fotovoltaica disminuye en un 0.45 por ciento por cada grado de aumento de temperatura.

En el siglo XXI, seguramente sucederán dos cosas:la Tierra se calentará y el despliegue de paneles solares aumentará. Teniendo en cuenta estos dos factores, surge la pregunta de cómo afectará el calentamiento global a la producción de energía solar en las próximas décadas.

Dado que las células fotovoltaicas son sensibles a la temperatura, su rendimiento se basa principalmente en las condiciones meteorológicas locales, como la concentración de aerosoles y el contenido de agua en la atmósfera. El rendimiento de la tecnología fotovoltaica más popular, el silicio, se reduce con el aumento de la temperatura y los niveles de humedad.

Aunque el impacto del aumento de las temperaturas en el rendimiento de las células solares se ha abordado en varios estudios, la proyección de los cambios en la insolación solar sigue siendo incierta. Ahora, los investigadores del MIT han presentado una proyección simple del impacto del cambio climático en el rendimiento de las células fotovoltaicas de silicio en todo el mundo.

Utilizaron el escenario de la Ruta Representativa de Concentración (RCP) 4.5 para analizar el impacto de las instalaciones fotovoltaicas. El escenario proyecta que las emisiones de gases de efecto invernadero alcanzarán su punto máximo en 2040 y un aumento en la temperatura global promedio (1.8 Kelvin) para 2100.

La producción de las células solares cae a medida que se calientan

Un panel solar está formado por varias unidades más pequeñas llamadas células fotovoltaicas. Estas células funcionan permitiendo que los fotones (de la luz solar) golpeen a los electrones para liberarlos de los átomos, creando un flujo de corriente eléctrica.

Al hacerlo, también crean "agujeros" cargados positivamente dentro del material, que fluyen en la dirección opuesta a los electrones. La eficiencia de las células depende de la rapidez con la que los electrones se recombinan con los huecos. Cuanto más rápido se recombinan, menor es la salida porque los saca de la banda de conducción.

La tasa de recombinación es proporcional a la temperatura. Esto significa que a medida que el ambiente externo se calienta, la salida del panel solar disminuye.

A medida que las temperaturas aumentan en casi todas partes de la Tierra, se espera que la eficiencia de las células solares aumente en todas partes. Sin embargo, algunas regiones serán mejores que otras. Según los investigadores, las regiones más afectadas (peores) son Asia central, África meridional y el sur de los Estados Unidos.

Referencia:arXiv:1908.00622

Los cálculos muestran que, en promedio, la producción de la celda fotovoltaica disminuye en un 0,45 por ciento por cada grado de aumento de temperatura. La producción de energía de las instalaciones fotovoltaicas de silicio se reducirá en casi 15 kWh / kWp, y algunas áreas experimentarán pérdidas de hasta 50 kWh / kWp.

Los investigadores también crearon un mapa global para mostrar el alcance del cambio en la producción de energía en cualquier región.

Cambio global estimado en la producción de energía para la instalación fotovoltaica de silicio en el siglo XXI

Es solo una figura representativa

Los investigadores mencionaron que la marca de -0,45% / K es solo un valor representativo. Los avances en la ciencia de los materiales podrían cambiar sustancialmente estos números en el futuro.

Por ejemplo, los materiales con una banda prohibida más alta, como el telururo de cadmio, tienen una caída mucho menor en la producción de energía. Por lo tanto, las futuras instalaciones solares podrían ser más robustas frente a las alteraciones de temperatura.

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Además, el calentamiento global no es el único factor que reducirá la eficiencia de las células solares. Las variaciones en los niveles de insolación y humedad, en particular, afectarán la luz solar que llega a un panel. Tendremos que considerar todos estos factores al planificar sistemas de energía renovable y ecológica para el futuro.