Un pianeta più caldo renderà l'energia solare meno efficiente

L'energia solare è una fonte di energia verde e rinnovabile e un modo importante per ridurre la dipendenza del pianeta dai combustibili fossili. La grande speranza è che questa e altre fonti rinnovabili possano aiutare a invertire il riscaldamento che minaccia il nostro clima.

Ma c'è un problema: è probabile che il cambiamento climatico abbia un impatto significativo sulla produzione di energia solare, anche a causa dei cambiamenti nella quantità di luce solare incidente in diverse parti del mondo. Alcune aree vedranno più luce solare e altre meno a causa dei cambiamenti nella copertura nuvolosa, del contenuto idrico atmosferico, degli aerosol e così via. La maggior parte dei luoghi vedrà una maggiore variabilità.

I cambiamenti esatti in posizioni specifiche sono difficili da calcolare. Ecco perché scienziati, responsabili politici, fornitori di energia e altri stanno lottando per prevedere in che modo le loro aree saranno interessate.

Oggi Ian Peters e Tonio Buonassisi al MIT mostrano perché bisogna tenere conto di un altro fattore: la temperatura. La produzione delle celle fotovoltaiche diminuisce man mano che diventano più calde. Ma come questo si accumulerà con il riscaldamento del pianeta è poco compreso, ed è qui che intervengono Peters e Buonassisi.

Le celle fotovoltaiche creano corrente quando la luce solare trasferisce energia agli elettroni nel materiale. Questo processo crea anche buchi caricati positivamente nella struttura che scorrono nella direzione opposta agli elettroni.

Un fattore importante nell'efficienza delle celle fotovoltaiche è la velocità con cui gli elettroni si ricombinano con i buchi, un processo che li porta fuori dalla banda di conduzione e quindi riduce la produzione. Questo tasso è molto sensibile alla temperatura: più è caldo, maggiore è il tasso di ricombinazione.

È probabile che svolga un ruolo significativo mentre il pianeta si riscalda, affermano Peters e Buonassisi. Calcolano che, in media, la produzione di energia fotovoltaica si riduce dello 0,45% per ogni grado di aumento della temperatura.

Quindi studiano l'effetto di questo cambiamento utilizzando il cambiamento di temperatura previsto dall'International Panel on Climate Change. L'IPCC ha fatto diverse previsioni basate su diverse stime delle future emissioni di gas serra. Peters e Buonassisi utilizzano il cosiddetto scenario Representative Concentration Pathway 4.5, in cui le emissioni raggiungono il picco nel 2040 e aumentano la temperatura media globale di 1,8 gradi Kelvin entro il 2100.

Poiché le temperature aumentano quasi ovunque sulla massa terrestre del nostro pianeta, la produzione di energia si riduce ovunque, dicono. Ma alcune aree staranno peggio di altre. Le aree particolarmente colpite includono gli Stati Uniti meridionali, l'Africa meridionale e l'Asia centrale.

Continuano a produrre una mappa globale che mostra l'entità del cambiamento nella produzione di energia in qualsiasi area.

Naturalmente, i ricercatori sottolineano una serie di avvertimenti. Dicono che anche altri fattori influenzeranno la produzione di energia dalle celle fotovoltaiche. In particolare, la quantità di luce solare incidente dipenderà dalla copertura nuvolosa e dal contenuto di acqua atmosferica (cioè dall'umidità).

E sottolineano che la cifra di -0,45%/K che usano per calcolare il calo della potenza è solo un numero rappresentativo. Le scoperte nella scienza dei materiali potrebbero cambiarlo in modo significativo in futuro. Ad esempio, i materiali con un gap di banda maggiore, come il tellururo di cadmio, hanno un calo di efficienza significativamente minore.

Tuttavia, il messaggio è chiaro. Il riscaldamento globale ridurrà la quantità di energia che le celle fotovoltaiche possono produrre, in alcuni luoghi di una quantità significativa. E questo dovrà essere tenuto in considerazione quando si tratta di pianificazione energetica futura.

Rif: arxiv.org/abs/1908.00622 : L'impatto del riscaldamento globale sul rendimento energetico fotovoltaico del silicio nel 2100

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