イアン・マリウス・ピーターズは、現在はMITの研究員だが、2013年にシンガポールで太陽エネルギーの研究に取り組んでいた際、異様なほど濃い大気汚染の雲に遭遇した。街は突然、異臭を放つ靄に覆われ、通りの片側からは反対側の建物が見えないほど濃く、空気には焦げたような刺激臭が漂っていた。インドネシアの森林火災を発端とし、異常な風の状態によって集中したこの現象は2週間続き、市民が呼吸を助けるためにマスクを奪い合うように買い求めたため、店頭からマスクがすぐに売り切れた。
他の人々が濃い大気汚染による公衆衛生上の問題に対処している一方で、ピーターズの同僚で、同じく太陽エネルギーを専門とするCleantech Energy Corp.のアンドレ・ノブレは、このような靄が地域の太陽光パネルの出力にどのような影響を与えるのかを疑問に思った。これをきっかけに、密集した都市に集中しがちな靄によって、都市部の太陽光発電設備がどの程度影響を受けるのかを定量化しようとする、数年にわたるプロジェクトが始まった。
このたび、その研究成果が学術誌に掲載されたばかりである。Energy & Environmental Scienceに掲載され、その結果、こうした影響が実際に大きいことが示された。場合によっては、太陽光発電設備が成功するか、期待される発電量を達成できずに失敗し、場合によっては損失を出して運転されることになるかの違いになりうる。
ピーターズは、地表に到達する太陽放射量と、他の測定機器で測定された大気中の粒子状物質量の両方のデータを当初収集した後、MITの機械工学准教授であるトニオ・ブオナシッシとその他3名と協力し、太陽光パネルに到達する前に靄によって吸収または散乱される日光の量を算出する方法を見つけようとした。この吸収レベルを判断するために必要なデータを見つけることは、驚くほど困難であることが分かった。
最終的に、インドのデリーでデータを収集することができ、2年間にわたる日射量と大気汚染の測定値を得て、太陽光パネルの出力が大幅に減少していることを確認した。しかし、シンガポールとは異なり、ピーターズは「デリーでは常にそうだ。汚染のない日は一日もない」と述べ、彼らが発見したのは、そうした状況が恒常的であるということだった。デリーでは、太陽光パネルの出力の減衰量の年平均は約12%であることが分かった。
それほど大きな数字には聞こえないかもしれないが、ピーターズは、それが一部の太陽光発電設備の利益率を上回っており、そのため文字通り、成功する事業と失敗する事業を分ける要因になりうると指摘している。これはその事業だけでなく、太陽光発電事業への投資を見送らせることによって、波及的な影響を引き起こす可能性もある。設備の規模が、靄の影響を考慮せずに、その地域で地表に到達すると予想される日光量に基づいて決定された場合、結果として、設計された出力と期待される収益を達成できなくなる。
「事業計画を立てる際に大気汚染を考慮しなければ、設備を過小に設計することになり、投資収益率の見積もりを誤ることになる」とピーターズは述べている。
デリーでの詳細な研究の後、研究チームは世界の他の16都市の予備データを検討し、シンガポールの2%から、ベイジン、ダッカ、ウランバートル、コルカタの9%超まで、影響の幅があることを明らかにした。さらに、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、ペロブスカイトといった異なる種類の太陽電池が、その異なる分光応答により靄によってどのように影響を受けるかも調べた。いずれも、当初研究した標準的なシリコンパネルよりもさらに強い影響を受け、新しく有望な太陽電池材料であるペロブスカイトが最も大きな影響を受けた（デリーでは17%超の減衰）。
世界の多くの国々は都市部の太陽光パネルの設置拡大に向かっており、インドは屋上太陽光設備400ギガワット（GW）を目指し、中国はすでに22GWを保有している。その大半は都市部にある。そのため、出力のこうした低下の影響は非常に深刻になりうると研究者らは述べている。
研究チームの推定によると、デリーだけでも発電による逸失収益は年間2,000万ドルにも達する可能性があり、コルカタでは約1,600万ドル、ベイジンとシャンハイではそれぞれ年間約1,000万ドルとなる。計画中のロサンゼルスの設備では、600万ドルから900万ドルの損失が生じる可能性がある。
全体として、研究チームは、潜在的な損失は「年間で数億ドル、もしくは数十億ドルに容易に達しうる」と予測している。また、靄を考慮しなかったために設備が過小設計された場合、システム全体の信頼性にも影響が及ぶ可能性があると述べている。
ピーターズは、大気汚染レベルの低減に関連する主要な健康上の利益だけでも、各国が強力な対策を講じる十分な動機となるはずだと述べ、この研究が「都市の大気質を改善すべきであり、それが本当に重要であることを示す、もう一つの小さな証拠になれば幸いだ」と語った。
研究チームには、シンガポールのCleantech Energy Corp.のS・カルティク、およびシンガポール国立大学のHaohui L.も参加している。この研究は、シンガポール国立研究財団によるシンガポール・MIT研究技術連携（Singapore-MIT Alliance for Research and Technology）を通じて支援を受け、また米国エネルギー省および米国国立科学財団からも支援を受けた。
