북경대학교 연구팀은 기후 변화가 전 세계적으로 태양광 PV 시스템에 어떤 영향을 미칠지에 대한 최초의 포괄적인 정량화 결과를 발표했습니다. 그 결과는 권위 있는 에너지 저널인 Joule에 게재되었으며, 온도가 상승하면 태양광 PV 시스템이 물리적으로 급격히 저하되고, 예상 수명이 단축되며, 태양광 전기 비용이 크게 증가하여 전 세계적으로 청정 에너지로 전환하는 데 심각한 장애물이 될 것이라고 지적했습니다.
기후 변화로 인해 전 세계적으로 옥상 태양광 발전의 고온 위험, 성능 저하 및 비용이 증가할 것이라는 연구는 Peking University의 Advanced Manufacturing and Robotics Institute 팀과 다른 국가의 일부 연구원들에 의해 수행되었습니다.
급성장하는 산업의 중요한 사각지대
태양광발전(PV) 기술은 전 세계적으로 탈탄소화를 추진하는 데 중요한 역할을 할 것으로 보입니다. 현재 옥상 PV 시스템은 전 세계 총 설치된 PV 용량의 약 50%를 차지하고 2050년까지 전체 PV 수요의 약 50%를 제공합니다. 옥상 시스템은 일반적으로 장기간 사용하도록 설계되며 일반적으로 25~30년 동안 지속됩니다.
옥상 시스템은 안정적이고 안전한 재생 에너지원을 제공하고 '실질적으로 방폭-'하는 것으로 확인되었지만 완화하려는 바로 그 요인인 기후 변화에 취약해질 수 있습니다. 온도가 상승하면 제한된 기간 동안 성능이 저하되는 것으로 알려져 있지만 장기적인-장기적 안정성에 대한 또 다른 심각한 위협이 있습니다. (열-기계적 피로), '가수분해' 및 '자외선을 통한 분해'를 통한 재료의 급속한 열화. 옥상 PV 시스템은 제한된 설치 공간으로 인해 냉각을 위한 공기 흐름이 감소하여 열 저하가 가속화될 위험이 평균보다 높습니다.
IEC와 같은 PV 구성요소 신뢰성에 대한 국제 표준은 과거 기후 데이터를 사용하여 고온 위험 영역을 결정합니다.- 우리 연구에 따르면 이는 수조 달러의 글로벌 자산을 위험에 빠뜨릴 수 있는 미래 온난화를 고려하지 않기 때문에 충분하지 않습니다.
획기적인 방법론 및 주요 결과
이러한 격차를 해소하기 위해 연구팀은 학제간 평가 프레임워크를 개발했습니다. 옥상 태양광 패널이 앞으로 몇 년 동안 얼마나 잘 작동할지 파악하기 위해 우리 팀은 수정된 기후 모델, 시간이 지남에 따라 태양광 패널 재료가 어떻게 분해되는지 보여주는 모델, 관련 비용을 살펴보는 모델 등 몇 가지 항목을 구성했습니다. 이를 통해 옥상 태양광 발전의 장기 성능을-시뮬레이트하고 미래의 다양한 온난화 조건에서 생산되는 전기 비용을 파악할 수 있습니다.
고온-위험 구역 확장:이 연구에서는 HTR을 패널의 작동 온도가 70도를 초과하는 경우로 정의합니다. HTR의 글로벌 입지가 극적으로 확장될 것임을 발견했습니다. 역사적 기간에 비해 HTR에 노출된 옥상 PV 용량은 2도 온난화 시나리오에서는 29%, 4도 시나리오에서는 97% 증가할 것으로 예상됩니다. 현재 IEC 표준은 각각의 미래에 따른 실제 위험 영역의 74%와 48%만을 포착하는 것으로 나타나 심각한 과소평가를 나타냅니다.
성능 저하 가속화 및 비용 상승:노화가 가속화되면 PV 모듈의 유효 서비스 수명이 직접 단축되어 시간이 지남에 따라 총 에너지 출력이 감소하고 LCOE가 증가합니다. 2.5도 지구 온난화 시나리오에서 영향을 받는 도시의 옥상 PV에 대한 평균 LCOE는 전 세계적으로 4.8% 증가할 것으로 예상되며, 가장 기후에 민감한 지역의 증가는 최대 20%에 달합니다.{3}} 연구에 따르면 이러한 열적 저하로 인한 경제적 영향은 태양 복사열의 변화와 같은 다른 기후 요인보다 훨씬 클 가능성이 높습니다.
글로벌 불평등의 악화:연구는 이러한 위험의 분포에 있어서 심각한 "기후 불평등"을 강조합니다. 향후 PV 확장에 중요하고 자연스럽게 더워지는 남아시아, 아프리카, 남미-를 포함한 남아시아, 아프리카, 남미-를 포함한 남반구 지역은 HTR에 가장 많이 노출되고 가장 심각한 비용 증가에 직면하게 될 것입니다. 대조적으로, 위도가 높은-선진국은 영향을 덜 받을 것입니다. 이는 종종 재정적 회복력이 낮은 개발도상 지역이 에너지 전환으로 인해 더 높은 "기후 프리미엄"에 직면하게 되어 저렴한 청정 에너지에 대한 접근에 있어 잠재적으로 글로벌 불평등이 확대될 것임을 의미합니다.
아래 표에는 다양한 온난화 시나리오에서 예상되는 영향이 요약되어 있습니다.
| 지구 온난화 시나리오 | 높은-온도 위험(HTR)에 노출된 PV 용량 증가 예상 | 균등화 전기 비용(LCOE)의 예상 평균 증가분 | 표준 격차에 대한 참고 사항 |
|---|---|---|---|
| +2도 | +29%(과거 기간 대비) | +2.5도 시나리오에 대해 모델링된 데이터 | 현재 표준에만 해당74%미래 위험 지역 |
| +2.5도 | -- | +4.8%(지역별 최대 20% 증가) | -- |
| +4도 | +97%(과거 기간 대비) | -- | 현재 표준에만 해당48%미래 위험 지역 |
조치 촉구: 업데이트된 표준 및 집중된 혁신
이러한 조사 결과에 따라 연구원들은 정책 입안자, 표준 설정 기관, 업계에 명확한 조치를 촉구하는 메시지를 발표했습니다.{0}}
기사의 저자는 IEC와 같은 국제 조직이 과거 기후 데이터에 의존하는 대신 미래 기후 시나리오를 작성하여 제품 신뢰성 테스트 표준 업데이트를 우선시할 것을 권장합니다.
또한 저자는 PV용 차세대 재료 개발, 즉 더 발전된 페로브스카이트 재료를 포함하여 더 나은 열 안정성을 갖는 새로운 재료 개발, PV 시스템의 열 스트레스를 관리하기 위한 설치 및 시스템 수준 냉각 설계 수정 등 새로운 재생 에너지 기술 개발을 촉구합니다.{3}}
마지막으로, "정의로운 전환" 프레임워크를 구현해야 한다는 것이 확립되었습니다. 글로벌 기후 및 에너지 거버넌스 시스템은 기술 이전 강화, 기후 자금 조달 강화 등의 형태로 더 많은 지원을 제공하고, 에너지 전환과 관련된 추가 비용 및 위험을 관리할 수 있도록 개발도상국의 역량을 구축함으로써 존재하는 지역적 불평등을 인정하고 해결해야 합니다.
결론
Peking University의 이 획기적인 연구는 전 세계 에너지 부문에 중요한 경보를 울립니다. 이는 기후 변화가 재생 에너지로 해결해야 할 과제일 뿐만 아니라 재생 에너지의 경제적 생존 가능성과 장기적인 성과에 직접적인 위협이 된다는 것을 보여줍니다.- 강력하고 공평한 청정에너지 전환을 보장하려면 이제 세계의 태양광 인프라를 더 뜨거운 세상에 맞게 적극적으로 조정해야 합니다.
