Energia słoneczna zazieleni pustynie. Ogromne farmy słoneczne mogą wywołać deszcz

Nie tylko energia, ale i bezcenna woda. Wielkie farmy słoneczne mogą mieć kluczowe znaczenie dla ludzi zamieszkujących pustynne obszary na całym świecie. Najnowsze badanie wskazuje, że wielkie elektrownie słoneczne, pokrywające wiele hektarów wysuszonej ziemi, mogą tworzyć własną pogodę, a w tym wywołać opady deszczu. 

To kluczowe dla państw takich, jak Zjednoczone Emiraty Arabskie. Pustynny kraj jest bogaty w ropę naftową, ale niezwykle ubogi w wodę. Aby zapewnić milionom mieszkańców miast takich, jak Dubaj wodę pitną, władcy ZEA polegają na kosztownych zakładach odsalania wody morskiej. Tworzą też sztuczne chmury deszczowe poprzez rozsiewanie z samolotów cząsteczek soli, wokół których tworzą się chmury deszczowe.

Okazuje się jednak, że można zrobić to łatwiej - i rozwiązać dwa problemy za jednym zamachem.

Według naukowców z Uniwersytetu w Hochenheim, wielkie farmy słoneczne rozmiarami przypominające miasta mogą tworzyć własną pogodę. Ciepło emitowane  przez duże obszary ciemnych paneli słonecznych może powodować prądy wstępujące, które w odpowiednich warunkach prowadzą do ulew, zapewniając wodę dla dziesiątek tysięcy ludzi. "Niektóre farmy fotowoltaiczne osiągają już odpowiednią wielkość" mówi magazynowi “Science" Oliver Branch, klimatolog z Uniwersytetu w Hohenheim, który kierował pracami opublikowanymi w zeszłym tygodniu w czasopiśmie Earth System Dynamics. "To nie science fiction, możemy uzyskać taki efekt".

Branch specjalizuje się w badaniach nad tym, w jaki sposób energia odnawialna może zmieniać regionalne wzorce pogodowe. W badaniu przeprowadzonym w 2020 r. naukowcy odkryli, że gigantyczne farmy fotowoltaiczne które teoretycznie można by postawić na Saharze i zajmujące ponad 1 milion kilometrów kwadratowych, mogą zwiększyć lokalne opady deszczu i spowodować rozkwit roślinności.

Naukowcy odkryli jednak, że będzie to miało swoją cenę: zmieniając wzorce wiatrów, farmy fotowoltaiczne wypchną pasma deszczów tropikalnych na północ. "Nie będzie to dobra wiadomość dla Amazonii" - mówi Zhengyao Lu, klimatolog na Uniwersytecie w Lund i główny autor badania z 2020 roku.

Branch i jego współautorzy chcieli sprawdzić, czy farmy fotowoltaiczne o bardziej realistycznych rozmiarach również mogą zmieniać pogodę. W tym celu wykorzystali model pogody opracowany przez Amerykańskie Narodowe Centrum Badań Atmosferycznych, który może uwzględniać zmiany w wykorzystaniu powierzchni lądu. Modelowali farmy słoneczne jako prawie czarne pola, które pochłaniały 95% docierającego światła słonecznego. Odkryli, że kiedy powierzchnia farm fotowoltaicznych przekroczyła 15 kilometrów kwadratowych, zwiększone ciepło pochłaniane na powierzchni, w porównaniu z otaczającym je stosunkowo odblaskowym piaskiem, znacznie zwiększyło prądy wstępujące, które napędzają tworzenie się chmur.

Jednak sama konwekcja nie wystarczyła: potrzebne jest również źródło wilgoci atmosferycznej. Model pokazał, że wystarczające byłyby wilgotne wiatry znad Zatoki Perskiej występujące na dużych wysokościach. Model pozwolił naukowcom odkryć, że gdy warunki będą sprzyjające, pole paneli słonecznych o powierzchni 20 kilometrów kwadratowych zwiększy opady o prawie 600 000 metrów sześciennych, co odpowiada 1 centymetrowi deszczu spadającego na obszar wielkości Manhattanu. Gdyby takie ulewy wystąpiły 10 razy w ciągu jednego lata, zapewniłyby wystarczającą ilość wody, aby zapewnić wodę i żywność dla ponad 30 000 ludzi przez rok.

Jedynym problemem jest to, że symulowane panele słoneczne były ciemniejsze, niż te, które obecnie produkuje większość producentów. Niektóre obecne panele słoneczne są nawet odblaskowe i zaprojektowane tak, aby chłodzić otoczenie.

Branch ma jednak nadzieję, że pomysł można kiedyś przetestować w realnych warunkach. Farmy fotowoltaiczne uruchamiane obecnie w Chinach i innych krajach maja już niemal właściwe rozmiary. Jeśli zostały zbudowane we właściwych miejscach, trzeba jedynie maksymalnie przyciemnić panele i posadzić między rzędami paneli odporne na suszę rośliny o ciemnych liściach.

Modelowanie sfinansowały Zjednoczone Emiraty Arabskie, ale czas pokaże, czy kraj zdecyduje się na przetestowanie tego rozwiązania. Obecnie ZEA realizuje około 300 lotów samolotów zasiewających chmury rocznie. 

Zdaniem naukowców, innymi regionami, w których proponowane przez nich rozwiązanie mogłoby się sprawdzić są np. Namibia i półwysep Baja w Meksyku. Kolejnym krokiem zespołu będzie poprawa realizmu symulacji, poprzez porównywanie założeń z z pomiarami terenowymi wykonywanymi w istniejących farmach fotowoltaicznych. "Jeśli uda się przedstawić dowody na to, że ogromna farma fotowoltaiczna wytwarza opady atmosferyczne" mówi Branch "może dać to impuls do zwiększenia ich wielkości".

Obecnie krajem, który najwięcej inwestuje w rozwój swojej energetyki słonecznej są Chiny, które zainstalowały do 2023 r. panele o łącznej mocy ponad 430 gigawatów. Wiele krajów wyznaczyło jednak sobie ambitne cele w zakresie energii słonecznej na przyszłość i buduje elektrownie na dużą skalę.

Największą obecnie działającą elektrownią słoneczną świata jest Bhadla Solar Park w Indiach. Farma fotowoltaiczna ma ponad 56 kilometrów kwadratowych powierzchni i znajduje się w pustynnej prowincji Radżastan. Produkuje 2,25 GW mocy, a jej budowa kosztowała ponad 1,3 mld dol. Kompleks, oddany do użytku w 2017 r., obejmuje ponad10 milionów paneli słonecznych. Został on opracowany w czterech fazach w ramach programu Ministerstwa Energii Nowej i Odnawialnej (MNRE) Indii.

Drugie miejsce zajmuje obecnie elektrownia słoneczna Huanghe Hainan Solar Park, położona w odległej prowincji Qinghai w Chinach. Jest to największa instalacja fotowoltaiczna w kraju, o mocy zainstalowanej energii słonecznej wynoszącej 2,2 GW. Obiekt kosztował 2,3 mld dolarów i został uruchomiony w 2020 r. Planuje się rozbudowę jego mocy do aż 10 GW.