Os painéis solares podem gerenciar o calor de um mundo aquecedor? | Blog Ambiental
Os painéis solares podem gerenciar o calor de um mundo aquecedor?
Isto história Foi publicado originalmente por CityLab e é reproduzido aqui como parte do documento Área de trabalho climática colaboração
As células solares precisam da luz solar para gerar eletricidade, mas com os raios também há calor. À medida que o planeta esquenta, os cientistas alertam que as temperaturas podem ser muito altas para os painéis solares funcionarem com eficiência.
Atualmente, a tecnologia solar fotovoltaica responde por 55% de toda a capacidade de energia renovável e continuará aumentando, de acordo com 2018 relatório sobre o estado das energias renováveis. É improvável que o planeta fique quente demais para que os painéis solares funcionem em breve. Mas um trabalho recente No Instituto de Tecnologia de Massachusetts, verificou-se que, para cada grau de temperatura do aumento da temperatura, a tensão de saída dos módulos solares diminui em média 0,45%. Em um único cenário de aquecimento projetado pelo Painel Intergovernamental das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas, que estima que a temperatura global aumentará de 1,8 graus C para 2100, isso resulta em uma redução de 1%.
O relatório estima que a redução média será de cerca de 15 quilowatts (kWh) por instalação, mas em algumas regiões, onde a elevação da temperatura será maior, até 50 kWh. "Se olharmos para os mapas (no relatório), existem sites que aquecem mais de 2 graus, locais que chegam perto de casa", diz Tonio Buonassisi, do MIT, que vai Co-autor do estudo com o fotógrafo fotovoltaico Ian Marius Peters. Essas regiões incluem o sul dos Estados Unidos, o sul da África e a Ásia Central.
Uma redução de 1% da geração de energia solar por painel pode não parecer muito, mas se todos os painéis ao redor do mundo forem levados em consideração, acrescenta-se. A previsão da demanda solar é complicada, de acordo com Peters, mas considere que a suposição de que a energia solar fornecerá pelo menos 50% da demanda de energia até 2100 e que, então, haverá um bilhão Painéis solares com capacidade fotovoltaica instalada de cerca de 20 terawatts. . Apenas 1% disso pode ser suficiente para atender à demanda de energia de um país inteiro. "Um pequeno efeito em uma coisa enorme ainda pode ter um impacto considerável", diz Peters.
Peters ressalta que os números, embora o digam, são especulativos. A temperatura do ar é apenas uma das várias variáveis ​​que permitem avaliar a eficiência do painel solar. Existem outros fatores relacionados ao clima, como umidade, mais água fica no ar e impede que os raios do sol cheguem aos painéis, menos energia é gerada e poeira. Ao mesmo tempo, à medida que a tecnologia solar continua a melhorar, o desempenho de cada instalação também melhora.
No curto prazo, as reduções afetarão o mercado de energia solar. "As margens econômicas continuarão baixas", diz Buonassisi. "Se você privar um painel solar de 1% da geração de energia e disser que reduz de 3% (margem de lucro) para 2%, isso significará uma queda de 33% na receita líquida. , portanto, é uma quantia muito importante ".
À medida que a dependência global da energia solar aumenta, mais painéis precisarão ser instalados para atender à demanda de rápido crescimento. De acordo com uma estimativa, o mundo será adicionado 70.000 painéis solares todos os anos apenas nos próximos cinco anos. Isso exigirá espaço.
"As energias renováveis ​​tendem a ocupar grandes áreas de terra, especialmente quando é solar", diz Chad Higgins, professor de ciências agrícolas da Universidade Estadual do Oregon. Quanto depende de várias coisas, incluindo o avanço da tecnologia solar e as condições do microclima. Utilizando dados de instalações solares existentes, o Laboratório Nacional de Energias Renováveis calculado em 2013 que a energia de 1.000 casas nos Estados Unidos exigiria 32 hectares de terra (cerca de 24 campos de futebol) para se tornar uma usina de energia solar capaz de gerar 1 gigawatt por hora por ano.
Em uma escala global, a quantidade de terra necessária não parece muito. Amin Al-Habaibeh, professor de sistemas de engenharia inteligentes na Universidade de Nottingham Trent, na Inglaterra, ele argumentou Que cobrir apenas um pequeno pedaço do deserto do Saara com painéis solares usando a tecnologia solar térmica geraria energia suficiente. (Esse processo aproveita o calor do sol em vez de sua luz.)
Em outra estimativa, a instalação de painéis solares em menos de 1% das terras agrícolas do mundo compensaria a demanda global de energia. Esta é a conclusão de Higgins estudo recente na revista Nature, que concluiu que o terreno de cultivo possui o microclima ideal para gerar a maior potência fotovoltaica: muita luz solar, temperatura moderada, ventos fracos, o que aumenta a eficiência fotovoltaica, de acordo com o relatório, e baixa umidade.
"Os painéis são muito parecidos com as pessoas; Eles gostam de condições temperadas com ventos fracos e baixa umidade e é aí que eles funcionam melhor ", diz Higgins. Ele e seus colegas coletaram dados da produção fotovoltaica em intervalos de 15 minutos a partir de um painel solar operado por Tesla na Oregon State University.
A seguir, a sincronização desses dados com os dados meteorológicos gerou uma equação baseada na lei da termodinâmica que calcula como os microclimas de diferentes tipos de solo (terras agrícolas, florestas e solos urbanos, por exemplo) afetam a eficiência do painel solar. Usando dados de satélites sobre topografia e clima global, eles calcularam a produção de energia média a 28 watts por metro quadrado em terras agrícolas, classificada em primeiro lugar entre os 17 tipos diferentes de terra estudar O terreno árido ocupava o quarto lugar e as áreas urbanas na nona posição, com uma produção mediana de energia de 25 watts por metro quadrado.
Mas a terra é escassaE cada vez mais nas mudanças climáticas. E só porque a terra é adequada não significa que ela também esteja disponível. Há um debate sobre a concorrência e os direitos à terra quando se trata de encontrar espaço para painéis solares. Na Califórnia, por exemplo, tribos americanas citaram a necessidade de fazê-lo proteger terras sagradas quando protestaram contra uma grande fazenda solar que foi finalmente construída no deserto de Mojave. Grupos ecológicos continuam pressionando contra um plano aprovado pelo governo Trump para construir uma enorme Exploração solar de 3.100 hectares perto do Coachella Valley e do Joshua Tree National Park, que dizem que vão perturbar o ecossistema do deserto.
Quando se trata de colocar painéis solares em fazendas, especialmente nos EUA, Higgins ouviu muitos argumentos contra a idéia. "Se você remover a terra da agricultura, todas as empresas (que oferecem serviços à América rural) desaparecerão", diz ele. Também existem críticas relacionadas à estética, degradação do solo e o medo de que "o manejo da terra acabe sendo governado por grandes empresas de energia". Depois, há o fato de que um boom na população mundial exige mais comida e a segurança alimentar já está ameaçada. em um mundo quente. Para alimentar os 9,1 bilhões de pessoas planejadas no mundo até 2050, a produção de alimentos deve ser tão aumento de 70 por cento, de acordo com as projeções da ONU
Higgins está em um campo de pesquisadores que pensam que os sistemas agrários, nos quais painéis instalados em terras agrícolas e altos o suficiente para permitir que as culturas cresçam ao redor e abaixo deles, são uma vitória potencial para ambas as partes.
Este tipo de sistema é usado em lugares como França e Japão, mas apenas começou alcançar Nos EUA, pesquisadores da Universidade do Arizona e da Universidade de Massachusetts experimentam instalações solares de uso duplo. Na última instituição, de acordo com um relatório do site de notícias Civil Menges, os pesquisadores descobriram que os pimentões, brócolis e flores suíças cresceram até 60% do volume que teriam em pleno sol, enquanto os painéis produziam metade da energia por acre de um sistema tradicional. Mas os pesquisadores dizem que o sistema se pagará em cerca de oito anos em economia de energia. Estes são apenas os primeiros resultados de um campo; Outros pesquisadores dizem que as culturas podem crescer ainda melhor sob o sistema dual, especialmente à medida que a tecnologia avança.
Higgins enfatiza que não suborna porque todas as terras agrícolas se tornam sistemas agrotolíticos. Mas, para incentivar mais agricultores a considerá-lo, o governo deve estabelecer uma "política fundiária sensível", diz ele, que protegerá as terras dos agricultores ao mesmo tempo em que permitirá que a tecnologia agrícola evolua "à medida que o sofisticação do agricultor moderno ".
"Pode-se prever que a expansão da população global e a demanda per capita à medida que a população se torne mais rica, juntamente com os crescentes impactos das mudanças climáticas, levarão as energias renováveis ​​a muito mais áreas agrícolas", diz ele. "E temos que pensar em como tornar isso benéfico para todos".
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