Karščio bangos ir saulės PV: kai pati saulė tampa priešu

Pirėnų pusiasalis ilgą laiką buvo laikomas vienu perspektyviausių Europos regionų saulės energijos plėtrai. Dėl gausaus saulės spindulių, palankios politikos ir augančios įrengtos galios, viršijančios 25 GW vien Ispanijoje, regionas tapo atsinaujinančios energijos jėgaine. Tačiau neseniai atliktas Evoros universiteto Portugalijoje tyrimas parodė siaubingą tikrovės patikrinimą: karščio sąlygomis regiono fotovoltinės elektrinės gali patirti iki 90% valandinių nuostolių. Šis atradimas meta iššūkį senoms -saulės energijos patikimumo prielaidoms ir kelia esminių klausimų, kaip pramonė turi prisitaikyti prie šylančio klimato.

Į tyrimą, paskelbtą Tarptautiniame klimato kaitos strategijų ir valdymo žurnale, buvo analizuojami valandos trukmės gamybos duomenys, surinkti iš trijų saulės PV gamyklų Pirėnų pusiasalyje, įskaitant Zebro gamyklą Portugalijoje (37,06 kW), Arizos gamyklą Saragosoje Ispanijoje (15 kW) ir Amibil gamyklą taip pat Saragosos mieste (64.5 kW). Tyrėjai įvertino keturių pagrindinių AEMET ir IPMA pripažintų karščio bangų poveikį, iš kurių dvi kilo Ispanijoje 2024 m. liepos – rugpjūčio mėn. ir 2025 m. birželio mėn., o kitos dvi – iš Portugalijos – 2024 m. rugpjūčio mėn. ir 2025 m. gegužės – birželio mėn. Portugalijoje 2024 m. Ispanija.

Siekdami užtikrinti analitinį griežtumą, mokslininkai palygino gamybos duomenis su meteorologine informacija iš ERA5-Land reanalizės duomenų rinkinio, patvirtinto naudojant meteorologinę stotį, įrengtą kartu su Amibil gamykla. Patvirtinimas parodė tvirtą sutarimą, o koreliacijos koeficientai iki 0, 95 oro temperatūrai ir 0, 98 pasaulinei horizontaliai apšvitai.

Išvados stulbinančios. Didžiausias valandinis darbo rodiklio sumažėjimas pasiekė 90,4 % Amibil gamykloje per 2024 m. Ispanijos karščio bangą. Kitaip tariant, visą valandą ši fotovoltinė elektrinė generavo vos vieną-dešimtąją numatomos produkcijos. Tyrime užfiksuotas maksimalus valandinis 90,44 proc. Nors kasdieniai nuostoliai buvo kuklesni,{8}}didžiausias užregistruotas Zebro gamykloje buvo 17,59 % per 2025 m. Portugalijos karščio bangą,{11}}nuostolių koncentracija piko valandomis yra rimtas veiklos iššūkis.

Džiugina tai, kad mokslininkai pastebėjo, kad PV efektyvumas paprastai atsistato tą pačią arba kitą dieną, kai sumažėjo šiluminis stresas. Tačiau faktas, kad tokie dideli nuostoliai gali atsirasti net ir per trumpus ekstremalių temperatūrų laikotarpius-įskaitant ne oficialiai klasifikuojamus karščio periodus-, rodo, kad problema gali būti labiau paplitusi, nei buvo pripažinta anksčiau.

Kodėl karščio bangos sukelia tokius didžiulius nuostolius? Priežastį galima rasti fotovoltinės technologijos fone. Aukšta temperatūra sumažina kristalinio silicio sistemų efektyvumą, todėl modulių našumas sumažėja 0,3-0,5% kiekvienam laipsniui, viršijančiam 25 laipsnius. Kai atkeliauja karščio bangos, temperatūra gali siekti apie 70 laipsnių, o tai pagreitina inkapsuliatorių ir kabelių gedimą. Tai taip pat gali sukelti terminį sumažinimą.

Tyrime nuostoliai pirmiausia siejami su aukštesne darbine temperatūra ir keitiklio terminiu sumažinimu, o ne su bendra karščio bangų trukme. Tai svarbus skirtumas: svarbiausia ne karščio bangos ilgis, o temperatūros smailių intensyvumas. Sukauptos valandos, viršijančios 35 laipsnius, -metrika, kurią mokslininkai naudojo karščio bangų intensyvumui įvertinti-, pasirodė esąs pagrindinis našumo pablogėjimo rodiklis.

Galbūt svarbiausias šio tyrimo poveikis yra susijęs su tuo, kaip saulės energijos pramonė planuoja ir prognozuoja energijos gamybą. Tyrimo metu buvo lyginami PVsyst modeliai, pagrįsti tipinių meteorologinių metų duomenimis, su modeliavimu, naudojant faktinius ERA5-Land oro įvestis. Rezultatai kelia nerimą: pasikliaujant tik TMY duomenų rinkiniais, galima sistemingai pervertinti PV susidarymą ekstremalių karščių metu.

Mokslininkai apskaičiavo „Energija nepateikta“-tarp energijos, prognozuojamos naudojant TMY duomenis, ir faktiškai pagamintos elektros energijos. Didžiausias neatitikimas buvo 553,25 kWh (36,88 kWh/kWp), o tai sudaro 17,3 % modeliuojamos energijos Zebro gamykloje, o didžiausias santykinis skirtumas siekė 22,34 % Arizos gamykloje. Tai nėra nereikšmingos paklaidos ribos. Projektų plėtotojams, investuotojams ir tinklų operatoriams toks pervertinimas gali sukelti didelių finansinių nuostolių ir veiklos nestabilumo.

Iberijos radiniai yra didesnio modelio dalis. Europos paviršiaus oro temperatūra nuo 1979 m. pakilo maždaug tris kartus greičiau nei pasaulio vidurkis. Regioninės prognozės rodo, kad iki 2100 m. Europos sausumos temperatūra toliau kils 1,2–3,4 laipsnio pagal vidutinį scenarijų ir iki 8,5 laipsnio pagal didelės emisijos scenarijus, o stipriausias atšilimas tikimasi Viduržemio jūros regiono šalyse.

Saulės energijos pramonei tai reiškia, kad klimato prielaidos, kuriomis grindžiami daugelis esamų projektų, jau gali būti pasenę. Įprastą išmintį, kad saulės fotovoltinės energijos geriausiai veikia karštame, saulėtame klimate, paneigia tikrovė, kad didelis karštis-ne tik debesys ar lietus-gali kelti didelę grėsmę kartai.

Tyrėjų komanda tikisi naudoti naujovišką metodą, kai aplinkos duomenys yra tikrinami ir įvertinami atsižvelgiant į augalų veikimą. Tai leidžia ne tik nustatyti gedimų dėl karščio bangų tikimybę, bet ir imtis reikiamų veiksmų jų prevencijai.
Be to, gali būti naudojamos naujos technologijos, įskaitant efektyvesnius modulių ir keitiklių aušintuvus, aukštą temperatūrą geriau toleruojančių komponentų parinkimą, naujų prognozių modelių, apimančių temperatūros smailes, kūrimą ir atitinkamų operacijų, tokių kaip prevencinė gamyklos priežiūra, pritaikymą prieš prasidedant karščio bangoms.

Tai, kad PV sistemos Iberijoje gali prarasti net 90 % produktyvumo piko valandomis, yra tikras žadintuvas{1}}pasaulinei saulės energijos pramonei. Akivaizdu, kad dėl klimato kaitos tie įvykiai gali tapti tik dar įprastesni ir sunkesni. Todėl pramonė turėtų pereiti nuo pasikliovimo istoriniais vidurkiais prie įgyvendinamų projektų kūrimo ekstremalaus karščio pasaulyje. Saulė yra ne tik saulės baterijų energijos šaltinis, bet ir gali tapti didžiausiu jų priešu.