viime vuosina solar power on nähnyt nopeaa kasvua sekä lupaavia parannuksia teknologiaan ja hintaan. Tähän mennessä noin 3% maailman sähköstä tulee aurinkoenergiasta; ja se on valtava, kansainvälinen teollisuus, johon on investoitu 141 miljardia dollaria vuonna 2019. Mutta se on kaukana arvioidusta 794 miljardista dollarista (27 biljoonaa dollaria vuoteen 2050 mennessä), jota kansainvälisen uusiutuvan energian viraston mukaan tarvitaan vuosittain uusiutuvan energian tuottamiseksi ilmastosopimuksen tavoitteiden saavuttamiseksi ja maailmanlaajuisen sulamisen välttämiseksi.
tuollaiseen kohteeseen osuminen vaatii asiantuntijoiden mukaan pitkän listan ongelmia. Nykyisillä paneeleilla on esimerkiksi rajansa siinä, kuinka paljon auringonvaloa ne voivat muuttaa sähköksi. Tehokkuus on kasvanut viimeisten 40 vuoden aikana, mutta vain noin 10 prosenttia. Ja vaikka puolestapuhujat pitäisivät asuinrakennusten kattoasennusta mukavana keinona päästä mukaan puhtaaseen energiaan, todellinen aurinkovallankumous vaatisi todennäköisesti laajamittaisia asennuksia.
tässä on lista neljästä asiasta, jotka tutkijoiden mukaan edistäisivät aurinkoenergiaa-jos ratkaisu löytyy.
ongelma 1: paneelien paremman materiaalin löytäminen
perinteisten piilevyjen haittoihin kuuluvat korkea hinta ja alhaisempi hyötysuhde. Mutta kalsiumista, titaanista ja hapesta koostuvan mineraalin perovskiittien avulla auringon hyötysuhteen odotetaan paranevan merkittävästi: perovskiittipaneeleita voidaan valmistaa hyvin ohuina kerroksina, ne vaativat vähemmän materiaalia ja ne syntyvät vähemmän energiaa kuluttavasta prosessista.
vuosikymmenen kestäneen tutkimus-ja kehitystyön jälkeen perovskiittipaneelien hyötysuhde nousi 2%: sta 25%: iin; se päihittää parhaat saatavilla olevat piipiilipaneelit. Mutta perovskilaisilla on omat ongelmansa.
” kaupallistaminen on vielä hyvin vähäistä”, sanoo Ufuk Alparslan, sähkö-ja ilmastodatan analyytikko brittiläisessä riippumattomassa ilmasto-ja energia-ajatushautomossa EMBERISSÄ. Alparslanin mukaan kestävyys ja kustannukset ovat perovskiittien kaksi kilpailevaa haittapuolta, joista edellinen liittyy elinkaareen, joka on ”paljon lyhyempi kuin tavalliset aurinkopaneelit.”
oxfordpv: ssä, Oxfordin yliopiston off-shootissa, tutkijat yrittävät edistää perovskiitteja sijoittamalla ne piipaneelien päälle, joita kutsutaan myös tandem-soluiksi. Oxfordpv: n tieteellinen johtaja ja fysiikan professori Henry Snaith sanoo, että he ovat pystyneet virittämään auringonvalon spektrin, jonka perovskiitit voivat absorboida tandem-soluilla.
” erotamme paljon enemmän energiaa näkyvästä spektristä”, Snaith sanoo ja lisää, että jos perovskiitit päällystetään piin päälle, ”se absorboi todella hyvin infrapunaa”, mikä tekee niistä tehokkaampia. Snaith toivoo, että tandem solut on seuraava askel-parannus valtavirran aurinko. Seuraavan 10-20 vuoden aikana ”tiekartan tarkoituksena on noin kaksinkertaistaa moduulien tehokkuus.”
ongelma 2: varastoinnin ja siirron parantaminen
muita aurinkoenergian teknisiä haasteita ovat varastointikapasiteetin lisääminen. Myös Yhdysvalloissa parannukset aurinkoenergian siirron laajentamiseksi laajoille etäisyyksille, kuten Etelä-Kaliforniasta, jossa on aurinkoista, pilviseen koilliseen, ovat ensiarvoisen tärkeitä.
”kun pääsee suuremmille levinneisyysasteille”, sanoo David Feldman, National Renewable Energy Laboratoryn vanhempi talousanalyytikko, ” varastointi todella auttaa joustavuutta, erityisesti riippuen siitä, miten sähköverkko kannustaa tai maksaa energiasta. Varastoinnista on tulossa hyvin suuri osa monilla markkinoilla. Jos haluamme päästä tasolle, josta olemme puhuneet, uskon, että varastointi tulee olemaan keskeinen osa sitä.”
lisäksi asiantuntijat pitävät todennäköisenä, että muut puhtaan energian muodot auttavat syrjäyttämään auringon heikommat alueet.
”erittäin kylminä talvijaksoina tietyissä osissa maata on melko vaikeaa luottaa pelkästään aurinkoon ja tuuleen”, sanoi Uday Varadarajan Rocky Mountain Institutesta puhuessaan ympäristö-ja Energiantutkimuslaitoksen isännöimässä virtuaalifoorumissa. ”Tehokkuus ja muut teknologiat, kuten vedyn ja hiilen Sidonta ja varastointi sekä ydinvoima, voivat todella auttaa käsittelemään näitä ongelmia.”
ongelma 3: Auttaa aurinkoenergiaa pysymään pinnalla, kirjaimellisesti
yksi menetelmä aurinkoenergian laajentamiseksi, jota ei ole vielä laajalti toteutettu, on paneelien kelluttaminen järvillä ja valtamerillä.
nämä paneelit toimivat samalla tavalla kuin tavalliset maalla toimivat yksiköt, mutta niillä on monia etuja: vesi pitää paneelit viileämpinä, mikä lisää suorituskykyä 5-10%. Näiden paneelien asentaminen veteen kiertää ongelman hankkia maata suurten hankkeiden. Ja kelluva aurinko voi myös käyttää vesivoimaa ja tulla osaksi energiaverkkoa.
floating solarilla on kuitenkin omat ainutlaatuiset palapelin palaset. ”Tässä ei pidä ottaa huomioon sitä, että veden pinta peittyy paljon niin, että se vaikuttaa veden elämään”, Alparslan sanoo. ”Mutta jo 10%: n kattavuus vesivoimavarannoista merkitsee tuhansia terawatteja aurinkoenergiapotentiaalia maailmassa.”
mutta paneelien kiinnittäminen ja ankkurointi paikoilleen voi osoittautua hankalaksi ja kalliimmaksi kuin tavallinen, maadoitettu aurinko.
ongelma 4: Oikeiden lakien saaminen ja investoinnit
teollisuuden parannukset ovat lisänneet auringon saatavuutta viimeisten 20 vuoden aikana. Emberin mukaan aurinkoenergia nousi EU: ssa ennätyslukemiin kesä-heinäkuussa 2021, ja sen osuus kokonaissähköstä oli 10 prosenttia (reilusti yli maailmanlaajuisen keskiarvon.) Mutta se ei riitä – ja mittakaava-up haaste on pelottava. Mahdollisissa ratkaisuissa on kyse rahasta ja politiikasta, ei pelkästä teknologiasta.
esimerkiksi Euroopan komissio ehdotti heinäkuussa 2021 osana European Green Deal-sopimustaan lakipakettia, jolla uusiutuvan energian tavoitteet nostettaisiin 40 prosenttiin vuoteen 2030 mennessä. Se sisältää toimenpiteitä, joilla helpotetaan laajamittaisten aurinkoenergiahankkeiden asentamista, vapautetaan kattolaitokset rakennusluvista, investoidaan sähköverkkoon ja vaaditaan uusiutuvan energian vähimmäistasoa tietyissä rakennuksissa.
Yhdysvalloissa Energy Information Administration totesi, että aurinkopaneelien toimitukset kasvoivat ennätyksellisesti 33 prosenttia vuonna 2019. Energiaministeriö julkaisi raportin, jossa hahmotellaan, miten aurinko voisi toimittaa lähes puolet maan sähköstä vuoteen 2050 mennessä. Raskailla menoilla aurinkoenergia nousisi 3%: sta maan sähköstä vuonna 2020 40%: iin vuoteen 2035 mennessä. Presidentti Joe Bidenin ehdottama ja paljon keskustelua herättänyt 3,5 biljoonan dollarin budjettisuunnitelma, jos se hyväksytään – Iso jos tällä hetkellä – käynnistää aurinkoenergiahankkeita, jotka rakennetaan nykyisille tai entisille kaivosalueille.
mutta suuri ongelma on yksinkertaisesti se, että ihmisten on helpompi saada aurinkopaneelit käsiinsä – omassa kodissaan tai teollisuudessaan. Accenture Labsin kehittyvien energiateknologioiden tutkija Daniel Gregory sanoo, että ” teknologian saaminen riittävän ihmisten saataville on tärkeämpää kuin itse teknologia. Sellaiselle, joka vuokraa taloa tai asuntoa, ei ole selvää, miten he liittyisivät siihen ja käyttäisivät aurinkoenergiaa vuokrataloihin.”
jäljellä olevista haasteista huolimatta monet tutkijat uskovat, että auringon on määrä pitää vauhtinsa yllä ja laajentua ympäri maailmaa. ”Luulen, että olemme saavuttaneet käännekohdan, jossa aurinkoenergia on iso bisnes”, Feldman sanoo. ”Olen ehdottomasti sitä mieltä, että kun tarkastellaan kaikkia sitoumuksia siellä, näyttää väistämättömältä, että olemme siirtymässä kohti aurinko ja tuuli.”