Desertification risk management in photovoltaics: a real options framework for reducing CO2 emissions

Environmental risk mitigation on photovoltaic (PV) panels is essential for driving the transition towards reduced CO₂ emissions in the renewable energy sector. These installations are particularly vulnerable to environmental factors, including dust accumulation worsened by the desertification growing trend. Environmental conditions are inherently unpredictable, with global warming further increasing this unpredictability. In this dissertation, a flexible framework based on the real options method is developed to evaluate the CO₂ benefits and costs of the activation of a waterbased cleaning system for photovoltaic (PV) panels in response to dust accumulation increased by desertification phenomena. Considering the increasing uncertainty in environmental conditions, it is becoming crucial to employ methodologies such as real options (ROA), designed to accommodate uncertainty in the investment decision-making process. In our dissertation, this method is applied to a case where it is not immediately clear whether the investment will result in a CO₂ benefit (by reducing dust and increasing panel efficiency) or a CO₂ cost due to emissions associated with water usage. The real options method proves very useful in evaluating this trade-off. The developed framework is customisable to each company’s needs, allowing for input adjustments based on regional and city-level factors. It integrates a physical model of dust deposition with a stochastic evaluation through Monte Carlo simulations, encompassing the impact of aridity on the investment outcome. This approach enables companies to ascertain the circumstances under which cleaning solar panels represents an advantageous strategy for reducing CO₂ emissions.

La mitigazione dei rischi ambientali sui pannelli fotovoltaici (PV) è essenziale per guidare la transizione verso la riduzione delle emissioni di CO₂ nel settore delle energie rinnovabili. Questi impianti sono particolarmente vulnerabili ai fattori ambientali, tra cui l'accumulo di polvere aggravato dalla crescente tendenza alla desertificazione. Le condizioni ambientali sono intrinsecamente imprevedibili e il riscaldamento globale aumenta ulteriormente questa imprevedibilità. In questa tesi, viene sviluppato un quadro flessibile basato sul metodo delle opzioni reali per valutare i benefici e i costi in termini di CO₂ dell'attivazione di un sistema di pulizia ad acqua per i pannelli fotovoltaici (PV) in risposta all'accumulo di polvere aumentato dal trend crescente di desertificazione. Considerando l'incertezza crescente nelle condizioni ambientali, sta diventando cruciale adottare metodologie come le opzioni reali (ROA), progettate per gestire l'incertezza nel processo decisionale di investimento. Nella nostra tesi, questo metodo viene applicato a un caso in cui non è immediatamente chiaro se l'investimento porterà a un beneficio in termini di CO₂ (riducendo la polvere e aumentando l'efficienza dei pannelli) o a un costo di CO₂ a causa delle emissioni legate all'uso dell'acqua. Il metodo delle opzioni reali si rivela molto utile nella valutazione di questo compromesso. Il framework sviluppato è personalizzabile per le esigenze di ciascuna azienda, consentendo di adattare gli input in base a fattori a livello regionale e cittadino. Integra un modello fisico di deposizione della polvere con una valutazione stocastica tramite simulazioni Monte Carlo, che tiene conto dell'impatto dell'aridità sul risultato dell'investimento. Questo approccio consente alle aziende di determinare le circostanze in cui la pulizia dei pannelli solari rappresenta una strategia vantaggiosa per la riduzione delle emissioni di CO₂.