지구 온난화는 태양 전지의 효율을 감소시킬 것입니다

21세기에는 두 가지 일이 확실히 일어날 것입니다. 지구가 더 따뜻해질 것이고 태양 전지판의 배치가 증가할 것입니다. 이 두 가지 요소를 고려할 때 지구 온난화가 향후 수십 년 동안 태양 에너지 생산에 어떤 영향을 미칠 것인지에 대한 질문이 생깁니다.

태양광 전지는 온도에 민감하기 때문에 성능은 주로 대기 중 에어로졸 농도 및 수분 함량과 같은 국지적 기상 조건을 기반으로 합니다. 가장 널리 사용되는 태양광 기술인 실리콘의 성능은 온도와 습도가 상승하면 감소합니다.

온도 상승이 태양 전지 성능에 미치는 영향이 여러 연구에서 다루어졌지만 태양 일사량의 변화에 대한 예측은 여전히 불확실합니다. 이제 MIT의 연구원들은 기후 변화가 전 세계 실리콘 광전지의 성능에 미치는 영향에 대한 간단한 예측을 제시했습니다.

그들은 대표 농도 경로(RCP) 4.5 시나리오를 사용하여 태양광 설치의 영향을 분석했습니다. 이 시나리오는 온실 가스 배출량이 2040년에 정점에 도달하고 2100년까지 지구 평균 온도(1.8Kelvin)가 증가할 것으로 예상합니다.

태양 전지판은 광전지라고 하는 여러 개의 작은 단위로 구성됩니다. 이 세포는 광자(태양광)가 원자로부터 전자를 노크하여 전류의 흐름을 생성하도록 하여 작동합니다.

그렇게 하는 동안, 그들은 또한 물질 내에 양전하를 띤 '구멍'을 만들어 전자와 반대 방향으로 흐릅니다. 전지의 효율은 전자가 얼마나 빨리 정공과 재결합하는지에 달려 있습니다. 재결합이 빠를수록 전도대에서 벗어나므로 출력이 낮아집니다.

재결합 속도는 온도에 비례합니다. 즉, 외부 환경이 따뜻해지면 태양광 패널의 출력이 감소합니다.

지구상의 거의 모든 곳에서 온도가 상승함에 따라 태양 전지의 효율성은 모든 곳에서 예상됩니다. 그러나 일부 지역은 다른 지역보다 나을 것입니다. 연구원에 따르면 가장 영향을 받는(더 나쁜) 지역은 중앙 아시아, 남아프리카 및 미국 남부입니다.

참조:arXiv:1908.00622

계산에 따르면 평균적으로 태양광 전지의 출력은 온도가 1도 상승할 때마다 0.45%씩 감소합니다. 실리콘 태양광 설비의 에너지 출력은 거의 15kWh/kWp까지 감소하며 일부 지역에서는 최대 50kWh/kWp의 손실이 발생합니다.

연구원들은 또한 모든 지역에서 에너지 출력의 변화 정도를 표시하기 위해 세계 지도를 만들었습니다.

21세기에 실리콘 광전지 설치를 위한 에너지 생산량의 예상 전 세계 변화

연구원들은 -0.45%/K 표시가 단지 대표적인 값이라고 언급했습니다. 재료 과학의 발전은 미래에 이 수치를 크게 바꿀 수 있습니다.

예를 들어, 카드뮴 텔루라이드와 같이 밴드갭이 더 높은 재료는 에너지 출력이 훨씬 더 낮습니다. 따라서 미래의 태양열 설비는 온도 변화에 대해 더 강력할 수 있습니다.

읽기:22.4% 효율의 가장 효율적인 이중층 태양 전지

또한, 지구 온난화가 태양 전지의 효율을 감소시키는 유일한 요인은 아닙니다. 특히 일사량 및 습도 수준의 변화는 패널에 도달하는 햇빛에 영향을 미칩니다. 미래를 위한 친환경 재생 에너지 시스템을 계획할 때 이러한 모든 요소를 고려해야 합니다.

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