Un planeta más caliente hará que la energía solar sea menos eficiente

La energía solar es una fuente de energía verde y renovable y una forma importante de reducir la dependencia del planeta de los combustibles fósiles. La gran esperanza es que esta y otras fuentes renovables puedan ayudar a revertir el calentamiento que amenaza nuestro clima.

Pero hay un problema: es probable que el cambio climático tenga un impacto significativo en la generación de energía solar, sobre todo debido a los cambios en la cantidad de luz solar incidente en diferentes partes del mundo. Algunas áreas verán más luz solar y otras menos debido a los cambios en la cubierta de nubes, el contenido de agua en la atmósfera, los aerosoles, etc. La mayoría de los lugares verán una mayor variabilidad.

Los cambios exactos en ubicaciones específicas son difíciles de calcular. Es por eso que los científicos, los legisladores, los proveedores de energía y otros luchan por predecir cómo se verán afectadas sus áreas.

Hoy, Ian Peters y Tonio Buonassisi del MIT muestran por qué es necesario tener en cuenta otro factor: la temperatura. La producción de las células fotovoltaicas cae a medida que se calientan. Pero no se sabe bien cómo se acumulará esto a medida que el planeta se calienta, y ahí es donde Peters y Buonassisi intervienen.

Las celdas fotovoltaicas crean corriente cuando la luz del sol transfiere energía a los electrones en el material. Este proceso también crea agujeros cargados positivamente en la estructura que fluyen en dirección opuesta a los electrones.

Un factor importante en la eficiencia de las células fotovoltaicas es la velocidad a la que los electrones se recombinan con los huecos, un proceso que los saca de la banda de conducción y, por lo tanto, reduce la producción. Esta tasa es muy sensible a la temperatura: cuanto más caliente es, mayor es la tasa de recombinación.

Es probable que eso desempeñe un papel importante a medida que el planeta se calienta, dicen Peters y Buonassisi. Calculan que, en promedio, la producción de energía fotovoltaica se reduce en un 0,45% por cada grado de aumento de la temperatura.

Luego estudian el efecto de este cambio utilizando el cambio de temperatura predicho por el Panel Internacional sobre el Cambio Climático. El IPCC ha realizado varias predicciones basadas en diferentes estimaciones de futuras emisiones de gases de efecto invernadero. Peters y Buonassisi utilizan el escenario de la ruta de concentración representativa 4.5, en el que las emisiones alcanzan su punto máximo en 2040 y aumentan la temperatura global promedio en 1,8 grados Kelvin para 2100.

A medida que las temperaturas aumentan en casi todas partes de la masa terrestre de nuestro planeta, la producción de energía se reduce en todas partes, dicen. Pero algunas áreas estarán peor que otras. Las áreas que se ven especialmente afectadas incluyen el sur de los Estados Unidos, el sur de África y Asia central.

Continúan produciendo un mapa global que muestra el alcance del cambio en la producción de energía en cualquier área.

Por supuesto, los investigadores señalan una serie de advertencias. Dicen que otros factores también influirán en la producción de energía de las células fotovoltaicas. En particular, la cantidad de luz solar incidente dependerá de la cobertura de nubes y el contenido de agua en la atmósfera (es decir, la humedad).

Y señalan que la cifra de -0,45 %/K que utilizan para calcular la caída de la potencia de salida es solo un número representativo. Los avances en la ciencia de los materiales podrían cambiarlo significativamente en el futuro. Por ejemplo, los materiales con una banda prohibida más alta, como el telururo de cadmio, tienen una caída de eficiencia significativamente menor.

Sin embargo, el mensaje es claro. El calentamiento global reducirá la cantidad de energía que pueden producir las células fotovoltaicas, en algunos lugares en una cantidad significativa. Y eso deberá tenerse en cuenta cuando se trata de la planificación energética futura.

Ref: arxiv.org/abs/1908.00622 : El impacto del calentamiento global en el rendimiento de energía fotovoltaica de silicio en 2100

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