熱天氣會降低太陽能發電效率 抗暖不能靠它

為了對抗全球暖化,太陽能這樣的低碳能源一直是最得到各界支持的,許多人期待,由太陽能電池產生的100%的清潔電力,是滿足我們不斷增長的電力需求的理想解決方案,然而現實情況沒有那麼美好,逐漸高溫的氣候,會損害太陽能發電效率,換言之,仰仗太陽能來對抗暖化,恐怕不可靠。

富比士網站(Forbes)報導,麻省理工學院(MIT)的一項新研究揭示,太陽能電池與半導體電子元件有類似的特性:對溫度非常敏感。我們知道,電腦需要散熱,溫度上升會導致電子元件的效率下降,這種缺點在太陽能電池上一樣具備。

當太陽光將能量傳遞給光敏材料中的電子時,就產生電流,但是相應的代價是,在在結構中會產生帶正電的「電洞」,它與電子的方向相反,而且會與電子結合產生熱,回復到無電狀態。因此光感電池如果要有效發電,必須趕在電子與電洞對消之前,將電子流傳遞出去。而溫度越高,電子與電洞重組的速率會越高,這是不好的。

根據 麻州理工學院光電研究實驗室的伊恩‧彼得斯(Ian Peters_和多尼歐‧布納西西(Tonio Buonassisi)的研究,隨著地球暖化,太陽能效率會跟著下降,他們計算出「每增加一度溫度,太陽能發電量就會減少0.45%。」

然後,他們利用國際氣候變化專門委員會(IPCC)預測的溫度變化,研究全球碳排量造成的全球升溫的情景,2040年全球碳排達到峰值,並在2100年之前,全球平均溫度將提高1.8°C。

他們在麻州理工學院技術評論中說:「隨著地球陸地上幾乎所有地方的氣溫升高,各地的太陽能功率反而都會減少。 而且部分地區的情況會比其他地區更糟糕,包括美國南部、非洲南部和中亞地區。」

然而,除了天氣熱,導致太陽能功率下降以外,其他因素也會影響太陽光電池的功率輸出,比如雲層和大氣含水量,也就是濕度。

研究人員指出,他們用來計算功率輸出下降的「-0.45%/°C」只是一個有代表性的數字。材料科學的突破,或許可以在改變它。例如,改用較高能隙的材料,例如碲化鎘,可以改善升溫造成的效率下降問題,然而,這項研究已經提示,我們可能不能期待太陽能電池幫我們降溫,它們自己都自身難保。

太陽能發電還有更多壞消息,2016年,在法國北部諾曼第圖魯伏爾小鎮 (Tourouvre ),曾經建立了一公里長的「太陽能公路」,希望能夠為小鎮的路燈帶來照明,然而,三年過去了,這項試驗已經完全失敗。

三年前,一項被稱為「瓦特路」(Wattway)的實驗在圖魯伏爾小鎮舉行,目的是希望太陽能電池能更廣泛的安裝在任何地方,因此選擇舖在路上,使公路也能成為發電來源。這條太陽能公路總面積2800平方公尺,建造總價約520萬美元,為了承受汽車的壓力,它採用耐壓耐磨的透明矽樹脂做為表面防護層。

然而,受限於灰塵、磨損與其他問題,它從未達到過每小時790千瓦時應產生的效果,最多只有一半的功率。

中時電子報 江飛宇

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