Научный сотрудник Массачусетского технологического института (MIT) Ян Мариус Петерс, котрый работал над исследованиями в области солнечной энергии в Сингапуре в 2013 году, столкнулся тогда с необычайным облаком выбросов. Город внезапно погрузился в дымку, настолько густую, что не было видно другой стороны улицы. Это было вызвано лесными пожарами в Индонезии и продолжалось две недели, что быстро привело к тому, что в магазинах закончились маски для лица.
Коллега Петерса Андре Нобр из Cleantech Energy Corp. решил изучить, какое влияние могут оказать такие дымки на производительности солнечных панелей. В рамках многолетнего проекта, направленного на количественную оценку того, как на городские солнечные установки влияют смог и дымка в крупных городах, было сделано крупное исследование. Оно было опубликовано в журнале Energy & Environmental Science и результаты показали, что эффекты действительно существенны. В некоторых случаях смог даже может привести к тому, что фотопанели начнут работать в убыток.
После первоначального сбора данных о количестве солнечной радиации, достигающей земли, и количестве частиц в воздухе, измеренных другими инструментами, Петерс в сотрудничестве с доцентом машиностроения MIT Тонио Буонассиси и тремя другими сотрудниками сделали расчеты количества солнечного света, которое поглощалось или рассеивалось дымкой еще до достижения солнечных панелей.
Ученые смогли собрать все нужные данные в Дели, Индия, за двухлетний период. Но в отличие от Сингапура, они обнаружили, что «в Дели это происходит постоянно. Не бывает и дня без загрязнения». Команда обнаружила, что среднегодовой уровень снижения производительности солнечной панели составляет около 12%.
Этот показатель нередко больше, чем производительность некоторых солнечных установок, и, таким образом, такие установки становятся бессмысленными. Если размер установки основывается на ожидаемых уровнях солнечного света, достигающих земли в этой области, без учета влияния дымки, вместо намеченного объема производства и ожидаемых доходов получатся гораздо меньшие цифры.
После подробного исследования в Дели команда изучила предварительные данные из 16 других городах по всему миру и обнаружила, что воздействие варьируется от 2% для Сингапура до более чем 9% в Пекине, Дахе, Улан-Баторе и Калькутте.
Кроме того, они изучили, как различные типы солнечных элементов – на основе арсенида галлия, теллурида кадмия и перовскита — подвержены воздействию смога из-за их различных спектральных реакций. Все они оказались затронуты еще сильнее, чем стандартные кремниевые панели. Причем перовскит, являющийся многообещающим новым материалом для солнечных элементов, подвергался наибольшему воздействию (с более чем 17% падением производительности в Дели).
Многие страны мира стремятся к установке солнечных панелей в городах, Индия нацелена на 40 ГВт, а Китай уже имеет 22 ГВт. Большинство из них находятся в городских районах. Таким образом, влияние этих сокращений производства может быть довольно серьезным, считают исследователи.
Только в Дели потерянный доход от выработки электроэнергии может составлять до 20 миллионов долларов в год; для Калькутты около 16 миллионов долларов; а для Пекина и Шанхая — около 10 миллионов долларов ежегодно.
Планируемые установки в Лос-Анджелесе могут потерять от 6 до 9 миллионов долларов.
В целом, аналитики прогнозируют, что потенциальные потери «могут легко составить сотни миллионов, если не миллиарды долларов в год». И если системы недоработаны из-за неспособности учесть смог, это может также повлиять на общую надежность системы.