Isı Dalgaları ve Solar PV: Güneşin Kendisi Düşman Haline Geldiğinde

İber Yarımadası uzun zamandır güneş enerjisi gelişimi açısından Avrupa'nın en umut verici bölgelerinden biri olarak görülüyor. Bol güneş ışığı, destekleyici politikalar ve yalnızca İspanya'da 25 GW'ı aşan büyüyen kurulu kapasiteyle bölge, kendisini yenilenebilir bir enerji santrali olarak konumlandırdı. Ancak Portekiz'deki Évora Üniversitesi'nde yakın zamanda yapılan bir araştırma çarpıcı bir gerçeklik kontrolü sağladı: sıcak hava dalgası koşullarında bölgedeki fotovoltaik santraller %90'a varan saatlik kayıplarla karşılaşabiliyor. Bu bulgu, güneş enerjisinin güvenilirliğiyle ilgili-uzun süredir kabul edilen varsayımlara meydan okuyor ve sektörün ısınan bir iklime nasıl uyum sağlaması gerektiği konusunda kritik soruları gündeme getiriyor.

Uluslararası İklim Değişikliği Stratejileri ve Yönetimi Dergisi'nde yayınlanan çalışma, Portekiz'de bulunan Zebro tesisini (37,06 kW), İspanya Zaragoza'daki Ariza tesisini (15 kW) ve yine Zaragoza şehrinde bulunan Amibil tesisini (64,5 kW) içeren İber Yarımadası'ndaki üç güneş PV tesisinden toplanan saatlik üretim verilerinin analizini içeriyordu. Araştırmacılar, ikisi Temmuz – Ağustos 2024 ve Haziran 2025'te İspanya'da, diğer ikisi ise Ağustos 2024 ve Mayıs – Haziran 2025'te Portekiz'de meydana gelen, AEMET ve IPMA tarafından kabul edilen dört büyük sıcak hava dalgasının etkisini değerlendirdi. 2024'te meydana gelen sıcak hava dalgalarının, Portekiz'de 39,4 dereceye ve İspanya'da 38,9 dereceye ulaşan sıcaklıklarla en zararlı olduğu kanıtlandı.

Analitik titizliği sağlamak için araştırmacılar, üretim verilerini, Amibil tesisinin yanına kurulan bir hava durumu istasyonu kullanılarak doğrulanan ERA5-Land yeniden analiz veri setinden alınan meteorolojik bilgilerle karşılaştırdı. Doğrulama, hava sıcaklığı için 0,95'e ve küresel yatay ışınım için 0,98'e varan korelasyon katsayılarıyla güçlü bir uyum gösterdi.

Bulgular dikkat çekici. Performans oranındaki en büyük saatlik düşüş, 2024 İspanya sıcak hava dalgası sırasında Amibil fabrikasında %90,4'e ulaştı. Başka bir deyişle, bu PV tesisi tam bir saat boyunca beklenen üretimin yalnızca-onda birini üretti. Çalışma maksimum saatlik dip oranının %90,44 olduğunu belgeledi. Günlük kayıplar daha mütevazı olsa da{8}}2025 Portekiz sıcak hava dalgası sırasında kaydedilen en büyük kayıp %17,59 ile Zebro fabrikasında gerçekleşti{11}}kayıpların talebin yoğun olduğu saatlerde yoğunlaşması ciddi bir operasyonel zorluk teşkil ediyor.

Araştırmacılar, cesaret verici bir şekilde, termal stres azaldığında PV performansının genellikle aynı gün veya ertesi gün iyileştiğini belirtti. Bununla birlikte,-resmi olarak sınıflandırılmış sıcak hava dalgası dönemleri de dahil olmak üzere- kısa süreli aşırı sıcaklıklarda bile bu kadar ciddi kayıpların meydana gelebilmesi, sorunun daha önce fark edilenden daha yaygın olabileceğini düşündürmektedir.

Isı dalgaları neden bu kadar aşırı kayıplara neden oluyor? Bunun nedeni fotovoltaik teknolojinin arka planında bulunabilir. Yüksek sıcaklıklar, kristalin silikon sistemlerinin verimliliğini azaltır ve bu nedenle modüllerin performansı, 25 derecenin üzerindeki her derece için %0,3-0,5 oranında azalır. Sıcak hava dalgaları geldiğinde sıcaklık yaklaşık 70 derece olabiliyor, bu da kapsüllerin ve kabloların bozulmasını hızlandırıyor. Ayrıca termal değer kaybına da neden olabilir.

Çalışma, kayıpları genel olarak sıcak hava dalgalarının süresinden ziyade öncelikle yüksek çalışma sıcaklıklarına ve invertör termal zayıflamasına bağlıyor. Bu önemli bir ayrımdır: Önemli olan sıcak hava dalgasının uzunluğu değil, sıcaklık zirvelerinin yoğunluğudur. 35 derecenin üzerindeki kümülatif saatlerin -araştırmacıların sıcak hava dalgası yoğunluğunu değerlendirmek için kullandıkları bir ölçüm-performans düşüşüne ilişkin temel bir tahmin aracı olduğu kanıtlandı.

Belki de bu araştırmanın en önemli sonucu, güneş enerjisi endüstrisinin enerji üretimini nasıl planladığı ve tahmin ettiği ile ilgilidir. Çalışma, Tipik Meteorolojik Yıl verilerine dayanan PVsyst simülasyonlarını, gerçek ERA5-Land hava durumu girdilerini kullanan simülasyonlarla karşılaştırdı. Sonuçlar endişe vericiydi: yalnızca TMY veri kümelerine güvenmek, aşırı sıcaklık olayları sırasında PV üretimini sistematik olarak olduğundan fazla tahmin edebilir.

Araştırmacılar, "Sunulan Enerji"yi-TMY verileri kullanılarak tahmin edilen enerji ile gerçekte üretilen elektrik arasındaki boşluğu hesapladılar. En büyük fark Zebro tesisinde simüle edilen enerjinin %17,3'ünü temsil eden 553,25 kWh (36,88 kWh/kWp) olurken, en yüksek göreceli fark Ariza tesisinde %22,34'e ulaştı. Bunlar önemsiz hata marjları değil. Proje geliştiricileri, yatırımcılar ve şebeke operatörleri için bu tür aşırı tahminler, önemli mali kayıplara ve operasyonel istikrarsızlığa dönüşebilir.

İberya'daki bulgular daha büyük bir modelin parçası. Avrupa'nın yüzey hava sıcaklıkları 1979'dan bu yana küresel ortalamanın üç katı kadar hızlı arttı. Bölgesel tahminler, Avrupa kara sıcaklıklarının 2100 yılına kadar ılımlı senaryolarda 1,2–3,4 derece, yüksek-emisyon senaryolarında ise 8,5 dereceye kadar artmaya devam edeceğini ve en güçlü ısınmanın Akdeniz ülkelerinin iç bölgelerinde bekleneceğini gösteriyor.

Güneş enerjisi endüstrisi için bu, mevcut projelerin çoğunun temelini oluşturan iklim varsayımlarının halihazırda güncelliğini kaybetmiş olabileceği anlamına geliyor. Solar PV'nin sıcak ve güneşli iklimlerde en iyi performansı gösterdiği yönündeki geleneksel inanış, aşırı sıcaklığın (yalnızca bulutlar veya yağmurun değil-nesil için büyük bir tehdit olabileceği gerçeğiyle altüst oluyor.

Araştırma ekibi, çevresel verilerin doğrulandığı ve tesislerin performansına göre değerlendirildiği yenilikçi bir yaklaşımın kullanılması gerektiğine inanıyor. Bu, yalnızca sıcak hava dalgalarından kaynaklanan arıza olasılığının belirlenmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bunların önlenmesi için gerekli önlemlerin alınmasını da mümkün kılar.
Ayrıca, modüller ve invertörler için daha etkili soğutucular, yüksek sıcaklığı daha iyi tolere eden bileşenlerin seçilmesi, sıcaklık artışlarını içerecek yeni tahmin modellerinin geliştirilmesi ve sıcak hava dalgaları ortaya çıkmadan önce tesisin önleyici bakımı gibi ilgili operasyonların benimsenmesi gibi yeni teknolojiler kullanılabilir.

İberya'daki PV sistemlerinin sıcaklığın en yüksek olduğu saatlerde üretkenliğinin %90'a kadarını kaybedebileceği gerçeği-dünya güneş enerjisi endüstrisi için gerçek bir uyandırma çağrısıdır. İklim değişikliğinin bu olayları yalnızca daha olağan ve şiddetli hale getirebileceği açıktır. Bu nedenle endüstrinin, tarihsel ortalamalara güvenmekten, aşırı sıcakların olduğu dünyada var olmak için uygulanabilir projelerin geliştirilmesine doğru ilerlemesi gerekiyor. Güneş, güneş panelleri için sadece enerji kaynağı olmakla kalmaz, aynı zamanda onların en büyük düşmanı da olabilir.