© Jannes Wiersema
Achtergrond

Kleine impact klimaatverandering op opbrengst zonnepanelen

In de loop van deze eeuw zal ten gevolge van klimaatverandering de totale opbrengst op Europese schaal van elektrische energie met behulp van zonnecellen (PhotoVoltaic-cells) met hooguit 10% afnemen.

De conclusie geldt voor de huidige technologie van zonnecellen en volgt uit een analyse van modelberekeningen door een aantal Europese klimaatinstituten waaronder het KNMI die gezamenlijk zijn opgezet in het kader van het CORDEX-project (COrdinated Regional climate Downscaling Experiment). De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Nature Communications.

Toename van zonnestraling zal opbrengst zonnepanelen vergroten maar het rendement neemt af bij toenemende temperaturen.

Op voorhand is niet duidelijk hoe veranderingen in weergerelateerd parameters als straling, temperatuur en wind de prestaties van zonnepanelen per saldo zullen beïnvloeden. Enerzijds zal een toename in de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak bereikt de opbrengst vergroten, anderzijds neemt het rendement van zonnepanelen af bij toenemende temperaturen. Het negatieve effect van opwarming zou wat kunnen worden afgezwakt als door een toename van de windsnelheid de zonnepanelen efficiënter worden geventileerd.

Om het effect van klimaatverandering op PV-opbrengst in kaart te brengen hebben de onderzoekers met behulp van een PV-model de opbrengst berekend op basis van de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak bereikt. Zowel directe als diffuse straling tellen mee, alsmede de omgevingstemperatuur en de windsnelheid.
Het PV-model is gevoed met de uitkomsten van fijnmazige regionale klimaatmodellen (12 km oplossend vermogen) waarmee bestaande klimaatprojecties voor de 21ste eeuw van mondiale klimaatmodellen (80-200 km oplossend vermogen) verder zijn gedetailleerd boven Europa. Uitvoer van de klimaatmodellen met een frequentie van tenminste drie uur blijkt nodig om de sterke dagelijkse gang in de productie van zonne-energie goed in rekening te kunnen brengen.

Verschil Noord- en Zuid-Europa

De resultaten laten een duidelijk verschil zien tussen Noord-Europa en Zuid-Europa. In Scandinavië en in de noordelijke delen van West-, Centraal- en Oost-Europa zal volgens de klimaatprojecties de hoeveelheid straling in het voorjaar en de zomer met 5-10 W/m2, en op sommige plekken tot 15 W/m2 afnemen, voornamelijk ten gevolge van een toename in de hoeveelheid bewolking.
Tegelijkertijd is de verwachting dat aan het eind van de eeuw de temperatuur in deze gebieden met 3-5 graden zal zijn toegenomen, vergeleken met het eind van de vorige eeuw, terwijl windsnelheid nauwelijks zal veranderen. De combinatie van veranderingen leidt in Noord-Europa tot afnames in PV-opbrengst die uiteenlopen van 6 tot 14 procent.

In het Middellandse Zeegebied, met name in Spanje en Portugal is het beeld anders. Terwijl de geprojecteerde mate van opwarming hetzelfde is als in Noord-Europa, is er tegelijk een marginale toename te zien in de straling. Dit tezamen leidt in dit deel van Europa tot een verandering in PV-opbrengst die uiteenloopt van een toename van 2 procent tot een afname van 4 procent.

Relatieve verandering in PV-opbrengst volgens het model ensemble gemiddelde (2070-2099 vergeleken met 1970-1999) onder RCP8.5. © KNMI
Relatieve verandering in PV-opbrengst volgens het model ensemble gemiddelde (2070-2099 vergeleken met 1970-1999) onder RCP8.5. © KNMI
De maximum waarden in relatieve verandering in PV-opbrengst zoals die voorkomen in het ensemble. © KNMI
De maximum waarden in relatieve verandering in PV-opbrengst zoals die voorkomen in het ensemble. © KNMI
De minimum waarden in relatieve verandering in PV-opbrengst zoals die voorkomen in het ensemble. © KNMI
De minimum waarden in relatieve verandering in PV-opbrengst zoals die voorkomen in het ensemble. © KNMI

Alle genoemde resultaten zijn berekend onder de aanname van sterk emissiescenario (RCP8.5) waarbij de toename in de uitstoot van broeikasgassen deze eeuw nog geruime tijd doorgaat. Gebruik van een meer gematigd emissiescenario waarbij in de loop van de eeuw de mondiale uitstoot sterk afvlakt (RCP4.5) laat een beeld zien waarin de geprojecteerde veranderingen ruwweg zijn gehalveerd.

Afname straling

Om na te gaan of het eindresultaat robuust is worden in dit type studies dikwijls uitkomsten van meerdere klimaatmodellen gebruikt. Hier zijn zes regionale klimaatmodellen en vijf mondiale klimaatmodellen gecombineerd tot tien verschillende experimenten om verzekerd te zijn van voldoende modelspreiding. Voor Noord-Europa en het Iberisch schiereiland zijn de gevonden resultaten inderdaad robuust. In het overgangsgebieden zal volgens het modelgemiddelde de opbrengst ook licht dalen. Maar dat resultaat is niet robuust omdat volgens een deel van de modelcombinaties de straling afneemt, terwijl volgens een ander deel de straling juist toeneemt. Dat geldt vooral voor grote delen van Frankrijk en Italië.

Ontwikkeling in de tijd van de relatieve PV-opbrengst gemiddeld over heel Europa voor twee emissie scenarios. De dikke lijnen geven het model ensemble gemiddelde weer, de arcering de spreiding in het ensemble.
Ontwikkeling in de tijd van de relatieve PV-opbrengst gemiddeld over heel Europa voor twee emissie scenarios. De dikke lijnen geven het model ensemble gemiddelde weer, de arcering de spreiding in het ensemble.

De slotconclusie van de onderzoekers is dat de klimaatverandering die volgens de huidige projecties in de loop van deze eeuw zal optreden een relatief kleine impact heeft op de productie van zonne-energie op Europese schaal. In Noord-Europa is de verwachte afname het grootst maar daar is PV-productie toch al niet de belangrijkste bijdrage aan duurzame energie. In Zuid-Europa daarentegen, waar duurzame energie voor een groot deel afkomstig is van PV-productie, is de verwachte impact klein, hooguit een paar procent. Bovendien, aldus de onderzoekers, blijkt uit de projecties dat de klimaatvariabiliteit in Zuid-Europa in de loop van de eeuw afneemt, zowel de jaar-op-jaar variaties als de variaties binnen een seizoen, wat een gunstig effect heeft op de stabiliteit van de PV-productie in deze regio.

 

Referentie van artikel:
S. Jerez, I. Tobin, R. Vautard, J.P. Montávez, J.M. Lopéz-Romero, F. Thais, B. Bartok, O.B. Christensen, A. Colette, M. Déqué, G. Nikulin, S. Kotlarski, E. van Meijgaard, C. Teichmann, and M. Wild (2015): The impact of climate change on photovoltaic power generation in Europe. Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms10014

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen