Degradação induzida pelo aquecimento global

Degradação induzida pelo aquecimento global pode aumentar o LCOE de solar em telhados em até 20%.

Um estudo global concluiu que as mudanças climáticas aumentarão drasticamente os riscos de altas temperaturas, acelerarão a degradação e elevarão os custos dos sistemas fotovoltaicos em telhados, afetando principalmente as regiões economicamente desfavorecidas. Os pesquisadores alertam que as normas IEC atuais subestimam os riscos futuros e necessitam atualizações urgentes para evitar ativos obsoletos e o aumento dos custos de energia elétrica.

Um estudo realizado por uma equipe internacional de pesquisadores concluiu que as mudanças climáticas aumentarão os riscos de altas temperaturas, degradação acelerada e custos mais elevados para sistemas fotovoltaicos em telhados em todo o mundo. Combinando modelos climáticos com simulações de degradação de painéis fotovoltaicos e análises econômicas, os pesquisadores projetaram quais regiões do mundo com sistemas solares em telhados seriam mais afetadas e identificaram onde os módulos provavelmente sofrerão mais com o aumento das temperaturas.

“Esta é a primeira análise global que quantifica como as mudanças climáticas afetarão os riscos de altas temperaturas para painéis solares em telhados, que são particularmente vulneráveis à degradação porque os espaços de montagem restritos retêm o calor”, disse o autor principal, Haochi Wu, à pv magazine. “Estudos anteriores examinaram as perdas de eficiência devido ao aquecimento ou às mudanças na irradiação solar — fatores que causam impactos modestos e, muitas vezes, incertos. Nós abordamos um ponto cego: a degradação acelerada devido às altas temperaturas operacionais sustentadas, que ninguém havia modelado sistematicamente em escala global sob cenários climáticos futuros”.

Wu destacou que suas descobertas mostram que a indústria solar precisa adaptar “urgentemente” seus padrões de risco de alta temperatura para um futuro mais quente.

“A norma internacional atual, IEC-63126, define onde ocorre o risco de altas temperaturas com base em dados meteorológicos históricos — aproximadamente o período de 1998 a 2020”, disse ele. “Nossa análise mostra que essa norma representa apenas 74% da capacidade global em risco sob um aquecimento de 2°C e apenas 48% sob um aquecimento de 4°C. Se as normas não forem atualizadas para refletir as projeções climáticas futuras, tanto investidores quanto instaladores subestimarão o risco de degradação, levando a ativos obsoletos e custos inesperados de substituição”.

Para elaborar suas projeções, a equipe utilizou uma cadeia de modelos com diversos componentes. O primeiro incorporou dados climáticos futuros de 20 modelos do CMIP6, uma coleção de simulações climáticas de última geração que projetam as condições até 2100. Seguindo o crescente consenso sobre a quantificação dos impactos climáticos, eles avaliaram os efeitos de um aquecimento de 1 a 4°C, em intervalos de 0,5°C, em relação ao período pré-industrial.

Em seguida, os modelos operacionais de sistemas fotovoltaicos calcularam a temperatura que os sistemas instalados em telhados atingiriam. Utilizando dados de modelos climáticos — incluindo a irradiação solar projetada, a temperatura do ar e a velocidade do vento — eles estimaram as temperaturas dos módulos e a geração de energia por hora em todo o mundo. Todas as simulações consideraram módulos de silício cristalino (c-Si) em telhados inclinados a 20° voltados para o equador (azimute de 180° ou 0°). De acordo com as normas da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), um risco de alta temperatura (HTR) padrão ocorre quando o percentil 98 das temperaturas dos módulos excede 70°C, enquanto um HTR extremo ocorre acima de 80°C.

Por fim, a equipe aplicou o modelo físico-químico de Arrhenius para simular o envelhecimento dos módulos com base na temperatura. Considerando uma degradação inicial de 0,66% ao ano e definindo um módulo como inutilizável após uma perda de potência de 20%, eles calcularam o custo nivelado da energia (LCOE) para módulos submetidos a temperaturas mais altas, vidas úteis mais curtas e produção anual reduzida.

“A magnitude do aumento do LCOE realmente chamou a atenção. Com um aquecimento de 2,5°C, algumas regiões veem aumentos no custo nivelado de energia de até 20% — aproximadamente 3 vezes maiores do que os impactos das mudanças na eficiência ou na irradiação solar, que foram o foco de pesquisas anteriores”, disse Wu. “A desigualdade desse aumento também se destacou. Áreas economicamente desfavorecidas — África, Sul da Ásia, partes da América do Sul — enfrentam aumentos de custos substancialmente maiores do que as regiões mais ricas. Com um aquecimento de 4°C, o impacto do LCOE dobra nas regiões mais vulneráveis em comparação com as menos vulneráveis. A indústria solar frequentemente apresenta a energia fotovoltaica distribuída como uma ferramenta para a equidade energética, mas nossos resultados mostram que, sem adaptação, as mudanças climáticas podem comprometer essa promessa. As mudanças climáticas não apenas aumentam a degradação globalmente; elas ampliam a desigualdade entre as regiões”.

A equipe também descobriu que, com um aquecimento de 4°C, a capacidade global de energia fotovoltaica em telhados exposta ao risco de altas temperaturas quase dobra em comparação com os níveis históricos.

“Fornecemos mapas de referência globais atualizados que podem servir de base para revisões de normas”, concluiu. “Durante nossa pesquisa, estivemos em contato com especialistas do Comitê Técnico 82 da IEC — o órgão responsável pelas normas de sistemas de energia solar fotovoltaica. Eles demonstraram grande interesse em nosso trabalho de mapeamento do risco de altas temperaturas em cenários climáticos futuros. Aguardamos com expectativa uma colaboração mais aprofundada com o comitê para ajudar a traduzir essas descobertas em diretrizes atualizadas”.

Os resultados da pesquisa foram apresentados no artigo “Climate change will increase high-temperature risks, degradation, and costs of rooftop photovoltaics globally”, publicado na revista Joule. Cientistas da Universidade de Pequim e da Universidade de Zhejiang, na China, bem como da Universidade de Michigan e da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, contribuíram para a pesquisa. (pv-magazine-brasil)