空氣汙染作祟損害太陽能發電效率 潛在損失每年或高達數十億美元

2020-12-01 前瞻網

空氣汙染作祟損害太陽能發電效率 潛在損失每年或高達數十億美元

 olivia chan • 2018-08-30 16:53:47　來源：前瞻網　E494G0

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Ian Marius Peters現在是麻省理工學院(MIT)的研究科學家，於2013年在新加坡從事太陽能研究工作，當時他遭遇了非常嚴重的汙染雲。彼時這座城市突然被一團濃厚的霧霾籠罩，從街道的一邊看不見街對面的建築，空氣中瀰漫著燃燒的刺鼻氣味。這場由印尼森林大火引發、並受罕見風力模式的推動加劇了空氣汙染，使得該現象持續了兩周。這很快就導致商店裡的口罩遭市民們哄搶，因為口罩可以幫助市民們在呼吸時過濾掉一些汙染物。

當其他人在討論嚴重的空氣汙染對公共健康造成的影響時，Peters的同事Andre Nobre(來自Cleantech Energy Corp.，同樣也從事太陽能研究工作)想知道，這些霧霾會對該地區太陽能電池板的發電量產生什麼影響。這導致了一個長達數年的項目，試圖量化城市太陽能設施受霧霾影響的程度。而霧霾往往集中在人口密集的城市。

現在，這項研究的結果剛剛發表在《能源與環境科學》(Energy & Environmental Science)雜誌上，研究結果表明，這些影響的確是巨大的。在某些情況下，這可能意味著成功安裝的太陽能發電設備實際發電與最終未能達到預期生產水平的差異--並有可能出現營運虧損的情況。

在最初收集了到達地面的太陽輻射數據以及利用其他儀器測量了空氣中顆粒物的數量後，Peters 曾與麻省理工學院機械工程的副教授Buonassisi以及其他三人一起合作，找到了一種方法來計算在到達太陽能電池板之前被霧霾吸收或散射的太陽量。要找到必要的數據來確定被吸收的太陽量，被證明是非常困難的。

最終，他們在印度德裡收集了數據，提供了兩年內日照和汙染的測量數據，並證實了太陽能電池板發電量的顯著下降。但與新加坡不同的是，他們發現「在德裡，這是常態」。沒有一天是沒有汙染的。在那裡，他們發現太陽能電池板發電量的年平均衰減水平大約是12%。

雖然這聽起來量不大，但Peters指出它大於某些太陽能裝置的利潤空間，因此可能足以讓一個成功的項目和一個失敗的項目之間產生差異--不僅影響該項目,但也可能產生連鎖反應,阻止其他人投資太陽能項目。如果一個裝置的大小是基於到達該地區地面的預期日照水平，而不考慮霧霾的影響，那麼它將達不到預期的產量和收入。

Peters說:「當你在做項目規劃時，如果你沒有考慮到空氣汙染，實際項目規模會縮小，你的投資回報率就會得到錯誤的估計。」

在對德裡的詳細研究之後，研究小組對世界上其他16個城市的初步數據進行了分析，發現影響程度從新加坡的2%到北京、達喀爾、烏蘭巴託和加爾各答的9%以上不等。此外，他們還觀察了不同類型的太陽能電池——砷化鎵、碲化鎘和鈣鈦礦——如何受到霧霾的影響，因為它們的光譜響應不同。與他們最初研究的標準矽板相比，這些材料受到的影響更大，其中最有前途的新型太陽能電池材料鈣鈦礦受到的影響最大(在德裡衰減超過17%)。

世界上許多國家都在努力增加城市太陽能電池板的安裝，印度計劃在屋頂安裝400千兆瓦太陽能電池板，而中國已經有22千兆瓦。其中大部分在城市地區。因此，研究人員說，這些減產的影響可能相當嚴重。

研究小組估計，僅在德裡，每年發電造成的收入損失就可能高達2000萬美元;加爾各答約為1600萬美元;北京和上海的每年約為1000萬美元。計劃在洛杉磯安裝的太陽能設備可能會損失600萬到900萬美元。

他們預計，總的來說，潛在的損失「每年可能高達數億美元，甚至數十億美元」。他們說，如果由於沒有考慮到霧霾而導致系統設計不足，這也可能影響整個系統的可靠性。

Peters說，與減少空氣汙染水平相關的主要健康益處應該足以激勵各國採取有力措施，但這項研究「希望是另一項小發現，表明我們確實應該改善城市空氣品質，並強調這真的很重要。」

研究團隊還包括新加坡Cleantech Energy Corp.的S. Karthik和新加坡國立大學的Haohui l。這項工作得到了新加坡國家研究基金會、新加坡-麻省理工研究與技術聯盟以及美國能源部和國家科學基金會的支持。

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