对于依赖太阳能的炎热地区来说，气候变化可能意味着晴天减少

虽然太阳能是一种主要的可再生能源，但新的研究表明，全球变暖导致的区域气候变化可能会使目前被认为是理想的太阳能生产地区在未来变得不那么可行。

普林斯顿的研究人员最近在《自然通讯》杂志上发表了第一份评估气候变化下太阳能日常可靠性的研究报告。团队利用卫星数据和气候模型项目阳光到达地面将如何影响全球气温变暖改变动力学和地球大气层的一致性。

一项基于普林斯顿的研究表明，全球变暖导致的区域气候变化可能会使美国西南部等目前被认为是太阳能理想的地区在未来变得不那么可行。较高的表面温度将导致大气中更多的水分、气溶胶和微粒，这可能会导致太阳辐射减少和多云天气。该研究首次评估了气候变化下太阳能的日常可靠性。

他们的研究发现，更高的表面温度——以及由此导致的大气中水分、气溶胶和微粒数量的增加——可能会导致太阳辐射的整体减少和多云天数的增加。研究人员发现，中东和美国西南部等炎热干旱地区——被认为是太阳能最大的潜在产地之一——最容易受到阳光较大波动的影响。

“我们的研究结果可以帮助设计更好的太阳能发电站和优化存储,同时避免太阳能发电容量的扩张地区未来气候条件下阳光间歇性可能过高使太阳能可靠,“说通讯作者Amilcare Porporato,普林斯顿大学的托马斯·吴94年土木与环境工程教授和普林斯顿环境研究所(PEI)。这项研究得到了位于PEI的碳减排倡议的支持。

Porporato说:“用学术的比喻来说，就太阳能而言，半干旱地区现在就像几乎每天都能拿到A的学生。”“现在，气候变化正在干扰大气层的正常动态，以及太阳辐射到达地球表面的规律。我们试图量化结果是A变成B甚至C的几率有多大。”

研究人员报告说，随着气候变化，炎热干旱地区的阳光波动可能会更大。他们利用卫星数据和气候模型输出来评估未来气候条件下太阳辐射的间歇性和光伏能源的可靠性。他们发现干旱地区(粉色)更有可能在1月(上图)和7月(下图)经历平均太阳辐射的下降，因此太阳能的可靠性也会下降。

Image courtesy of author Jun Yin, Nanjing University of Information Science and Technology

第一作者、南京信息科学技术大学的研究员尹俊说，现有的关于太阳能在这个不稳定的未来将如何发展的研究主要集中在平均日照水平上。他作为Porporato的博士后研究助理，在普林斯顿完成了这篇论文。

尹说:“我们方法的新颖之处在于指出，在某些地方，日常变化将会有更多的不确定性。”他和Porporato之前报告说，气候模型低估了每日云循环的冷却作用。他们与阿拉伯联合酋长国哈利法大学土木基础设施和环境工程副教授Annalisa Molini共同撰写了最新的论文。

研究者的研究结果是基于概率的计算类似用于确定洪水或干旱的风险。太阳能可靠性的降低与某些干旱地区大气水分和气溶胶的变异性增加有关。波尔波拉托说，温度越高，水分越多，湍流越强，有利于云的形成，使粒子悬浮的时间更长。

Porporato说:“还有土壤干燥的问题，这可能是更重要的问题。”随着中东等干旱地区气温和大气湍流的增加，干燥的土壤可能导致更多的灰尘和大气气溶胶，从而减少太阳辐射。Porporato说，这些趋势实际上已经在气候观测网络的观测中被探测到。

在美国西南部，研究人员的发现就不那么一致了。一些模型显示未来太阳辐射增加，间歇期减少，而另一些模型显示未来太阳辐射减少，间歇期增加。尹说，这些结果说明了在不确定的未来试图预测太阳能可靠性的挑战。

尹说:“我们希望政策制定者和能源行业人士能够利用这些信息，更有效地设计和管理光伏设施。”

他说:“我们的论文有助于为可能出现间歇性的不同地区找到有效的解决方案，但这种间歇性在可接受的水平上。”“各种各样的技术，如电力存储，或电力运行政策，如智能限电，负荷调整或地理分散，都是很有前途的解决方案。”

为了继续他们的工作，研究人员计划检查气候的持续性——特别是连续晴天或阴天的天数——这对太阳能很重要。他们还在探索云如何影响作为减缓气候变化策略的植树的有效性。树木不仅吸收二氧化碳，还吸收太阳能，这将提高表面温度。由此导致的云层覆盖的增加可能会改变目前对树木减少大气碳的有效性的估计。

论文《太阳能间歇性对未来光伏可靠性的影响》于9月22日发表在《自然通讯》(DOI: 10.1038/s41467-020-18602-6)。这项工作得到了美国农业部农业研究服务局的支持。58-6408-3-027);国家科学基金会(批准号:EAR-1331846、EAR-1316258和FESD EAR-1338694);PEI碳减排倡议;国家自然科学基金(批准号:41877158、51739009);南京信息科学与技术大学(批准号:)1441052001003);江苏省杰出教师计划;和哈利法大学竞争性内部研究奖(批准号:cira – 2018 – 102)。