Ny forskning ledd av University of Oxford och University College London (UCL) har visat att föroreningar från kolkraftverk avsevärt minskar energiproduktionen från solcellsanläggningar, särskilt där dessa expanderar sida vid sida. Resultaten har nu publicerats i Nature Sustainability.

Den nya studien kartlade och utvärderade mer än 140 000 solcellsanläggningar världen över med hjälp av satellitdata. Genom att kombinera detta med atmosfäriska data om luftföroreningar beräknade forskarna hur mycket solljus som går förlorat och hur detta minskar elproduktionen. De fann att aerosoler – små partiklar som svävar i luften – minskade den globala solelproduktionen med 5,8 % år 2023. Detta motsvarar 111 terawattimmar (TWh) förlorad energi – den mängd som genereras av 18 medelstora kolkraftverk.

Avgörande är att dessa förluster utgör en betydande och ofta förbisedd begränsning för övergången till ren energi. Mellan 2017 och 2023 tillförde nya solcellsinstallationer i genomsnitt 246,6 TWh el varje år, medan aerosolrelaterade förluster från befintliga system nådde 74,0 TWh årligen – motsvarande nästan en tredjedel av ökningarna från ny kapacitet. Detta belyser en tidigare oupptäckt interaktion mellan användning av fossila bränslen och förnybar energi, där utsläpp från ett system direkt minskar det andra systemets prestanda.

Huvudförfattaren Dr Rui Song (Fysiska institutionen, Oxfords universitet och Mullard Space Science Laboratory, UCL):

– Vi ser en snabb global expansion av förnybar energi, men effektiviteten i den övergången är lägre än vad som ofta antas. När kol och solenergi expanderar parallellt förändrar utsläppen strålningsmiljön, vilket direkt undergräver solkraftens prestanda.

För att identifiera källorna till dessa aerosolrelaterade förluster spårade forskarna deras ursprung och fann att koleldad kraftproduktion var en viktig bidragsgivare. Denna effekt är särskilt tydlig i Kina, där sol- och kolkraftkapaciteten har expanderat parallellt och ofta är samlokaliserade. Regioner med hög kolkapacitet ligger nära de områden som upplever de största förlusterna från solceller.

Kina är världens största solproducent och genererade 793,5 TWh solcell 2023 (41,5 % av den globala totalen). Men landet upplevde också de största förlusterna från aerosoler, med en total produktion som minskade med 7,7 %. Forskarna uppskattar att cirka 29 % av de aerosolrelaterade solcellsförlusterna i Kina kommer specifikt från kolkraftverk. Kolkraftverk avger fina föroreningspartiklar som sprider och absorberar solljus, vilket minskar mängden som når närliggande solpaneler. Som ett resultat genererar panelerna mindre el än de annars skulle kunna.

Dr Song:

– Luftföroreningar blockerar inte bara solljus – de förändrar också moln, vilket kan minska solenergin ytterligare. Det betyder att den verkliga effekten sannolikt kommer att bli större än vi har mätt, så vi kanske överskattar hur mycket solenergi kan bidra till att minska utsläppen om vi inte får föroreningarna från kolkraft under kontroll.´

Intressant nog visade sig Kina vara den enda större regionen som visade en ihållande förbättring. Aerosolrelaterade förluster från solceller minskade med i genomsnitt 0,96 TWh per år (−1,4 % årligen) mellan 2013 och 2023. Detta beror sannolikt på strängare utsläppsstandarder och ett utbrett införande av ultralåga utsläppstekniker inom koleldade kraftverk, snarare än en minskning av kolkapaciteten i sig.

För att genomföra analysen kombinerade forskarna satellitbilder och maskininlärning för att identifiera och kartlägga mer än 140 000 solcellsinstallationer världen över. De integrerade sedan dessa data med atmosfäriska observationer och en validerad solenergimodell för att uppskatta hur mycket el varje anläggning genererar och hur mycket som går förlorat på grund av luftföroreningar.

Korresponderande författare professor Jan-Peter Muller (Mullard Space Science Laboratory vid UCL):

– Globala satellitbilder gjorde det möjligt för oss att kartlägga den obevekliga ökningen av billig, icke-förorenande solenergi under dagsljus. Inom en snar framtid kommer vi att kunna observera effekterna av damm- och rökpartiklar på att minska solenergin vid jordytan i realtid var tionde minut från geostationära satelliter som spänner över jorden.

Medförfattaren Dr Chenchen Huang (University of Bath):

– Våra resultat skickar en tydlig varning till de globala målen för hållbar utveckling: att förbise föroreningsinducerade solenergiförluster kan leda till en systematisk överskattning av produktionen av förnybar energi av regeringar, företag och samhället i stort. För att hålla sig på rätt spår måste politiken ta hänsyn till detta dolda drag och flytta subventioner av fossila bränslen bort från kol.

Professor Myles Allen (fysiska institutionen, Oxford University, och grundare av Oxford Net Zero, som inte var involverad i studien):

– Alla scenarier som uppfyller målen i Parisavtalet visar en snabb övergång från oförminskat kol, vilket inte händer. Anledningen är att kolkraft fortfarande är anmärkningsvärt billigt – som den här studien visar beror det på att de verkliga kostnaderna är dolda.

Vanliga frågor

Varför är dessa resultat viktiga?

Dessa resultat visar att solkraftens effektivitet inte kan bedömas enbart utifrån installerad kapacitet. Även när solenergi expanderar snabbt kan interaktioner med det befintliga fossila bränslesystemet minska mängden ren energi som faktiskt levereras. Detta har viktiga konsekvenser för hur framsteg mot klimatmål mäts och planeras, vilket tyder på att energi, luftkvalitet och infrastruktur måste betraktas tillsammans snarare än isolerat.

Förutom att fasa ut kol, vilka skulle vara de mest effektiva sätten att stoppa luftföroreningar från att begränsa solcellsproduktionen?

På kort sikt kan minskade utsläpp från befintliga källor bidra till att begränsa dessa effekter. Detta inkluderar strängare luftföroreningsstandarder, bredare användning av teknik för utsläppskontroll och minskade utsläpp från transporter och industri. Strategisk planering av solcellsinstallationer – som att undvika nära samlokalisering med stora föroreningskällor – kan också minska förlusterna. På längre sikt är dock minskat beroende av fossila bränslen fortfarande det mest effektiva sättet att ta itu med problemet vid källan.

Hur är situationen i Storbritannien?

I Storbritannien är aerosolrelaterade förluster relativt måttliga jämfört med mer förorenade regioner. Istället påverkas variationen i solproduktionen starkare av molntäcket, vilket kan förändras snabbt och skapa utmaningar för nätoperatörer. Framsteg inom jordobservation – särskilt nya geostationära satelliter som Meteosat Third Generation (MTG) – gör det nu möjligt att spåra molnrörelser med hög tidsupplösning, vilket förbättrar prognoserna för solenergiproduktion och hjälper till att hantera dessa fluktuationer mer effektivt.