az elmúlt években a napenergia gyors növekedést mutatott, valamint ígéretes javulást mutatott a technológia és az ár terén. Eddig a világ villamos energiájának mintegy 3% – a napenergiából származik; és ez egy hatalmas, nemzetközi ipar, 141 milliárd dollárral 2019-ben. De ez jóval elmarad a becsült 794 milliárd dollártól (27 billió dollár 2050-ig), amelyre a nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség szerint évente szükség van a megújuló energiához, hogy megfeleljen az éghajlati megállapodás célkitűzéseinek és elkerülje a globális összeomlást.
egy ilyen cél eléréséhez a szakértők szerint a problémák hosszú listáját kell megoldanunk. Például a meglévő panelek korlátozottak abban, hogy mennyi napfényt tudnak villamos energiává alakítani. A hatékonyság az elmúlt 40 évben nőtt, de csak körülbelül 10% – kal. És bár az ügyvédek úgy vélik, hogy a lakossági tetőtéri telepítés jó módja annak, hogy az emberek bekapcsolódjanak a tiszta energiába, egy igazi napenergia-forradalom valószínűleg nagyszabású telepítéseket igényel.
itt van egy lista a négy dolog, hogy a kutatók azt mondják, segítene előre napenergia – ha találunk megoldást.
1.probléma: jobb anyag keresése a panelekhez
a hagyományos szilícium panelek hátrányai közé tartozik a magas költség és az alacsonyabb hatékonyság. De a perovszkitok, a kalciumból, titánból és oxigénből álló ásványi anyag segítségével a napenergia hatékonysága várhatóan jelentősen javulni fog: a perovszkit panelek nagyon vékony rétegként gyárthatók, kevesebb anyagot igényelnek, és kevésbé energiaigényes folyamatból készülnek.
egy évtizedes kutatás és fejlesztés után a perovszkit panelek hatásfoka 2% – ról 25% – ra emelkedett; ez felülmúlja a rendelkezésre álló legjobb szilíciumot. De a perovszkiták saját problémáikkal jönnek.
“a kereskedelmi forgalomba hozatal még mindig nagyon korlátozott” – mondja Ufuk Alparslan, az Egyesült Királyságban működő független éghajlat-és energiaügyi agytröszt, az EMBER villamosenergia-és éghajlati adatelemzője. Alparslan szerint a tartósság és a költség a perovszkiták két vitatott hátránya, az előbbi kérdés az élettartamhoz kapcsolódik, amely “sokkal rövidebb, mint a hagyományos napelemek.”
az Oxfordi Egyetemen, az Oxfordi Egyetemen, a kutatók megpróbálják előmozdítani a perovszkitokat azáltal, hogy Szilícium panelek tetejére helyezik őket, más néven tandem sejtek. Henry Snaith, az OxfordPV tudományos vezetője és a fizika professzora azt mondja, hogy képesek voltak beállítani a napfény spektrumát, amelyet a perovszkitok tandem sejtekkel képesek elnyelni.
“sokkal több energiát vonunk ki a látható spektrumból” – mondja Snaith, hozzátéve, hogy ha a perovszkitokat Szilícium tetejére vonják be, akkor “nagyon jól elnyeli az infravörös fényt”, így hatékonyabbá teszi őket. Snaith reméli, hogy a tandem cellák lesznek a következő lépés-a mainstream napenergia fejlesztése. Az elkövetkező 10-20 évben “az ütemterv az, hogy megközelítőleg megduplázzuk a mai modulok hatékonyságát.”
2.Probléma: a tárolás és az átvitel javítása
a napenergia további technikai kihívásai közé tartozik a tárolókapacitás növelése. Az Egyesült Államokban a napenergia-átvitel nagy távolságokon történő kiterjesztésének fejlesztése, például Dél-Kaliforniától, ahol napos a felhős északkeletre, szintén kiemelkedőek.
” ahogy a penetráció magasabb szintjére jut ” – mondja David Feldman, a Nemzeti megújuló energia laboratórium vezető pénzügyi elemzője -, a rugalmasságot valóban segíti a tárolás, különösen attól függően, hogy a hálózat hogyan ösztönzi vagy fizeti az energiát. A tárolás számos piac nagyon nagy részévé válik. Ha el akarjuk érni a telepítés szintjét, amiről beszéltünk, úgy gondolom, hogy a tárolás ennek kulcsfontosságú része lesz.”
ezenkívül a szakértők úgy vélik, hogy valószínűleg a tiszta energia más formái segítenek kiszorítani a napenergia gyengébb területeit.
“az ország bizonyos részein a nagyon hideg téli varázslatok során meglehetősen nehéz egyedül a nap-és szélenergiára támaszkodni” – mondta Uday Varadarajan, a Rocky Mountain Institute munkatársa, a környezetvédelmi és energia Tanulmányi Intézet virtuális fórumán. “A hatékonyság, valamint más technológiák, mint a hidrogén és a szén megkötése és tárolása, valamint a nukleáris, valóban segíthetnek ezeknek a nehézségeknek a kezelésében.”
3. probléma: A napenergia felszínen tartásának elősegítése, szó szerint
a napenergia-telepítés kiterjesztésének egyik módszere, amelyet még nem széles körben alkalmaztak, a panelek lebegtetése a tavakon és az óceánokon.
ezek a panelek ugyanúgy működnek, mint a szokásos szárazföldi egységek, de számos előnye van: a víz hűvösebbé teszi a paneleket, 5-10%-kal növelve a teljesítményt. Ezeknek a paneleknek a vízre történő telepítése megkerüli a földterület megszerzésének problémáját nagyszabású projektekhez. A lebegő napenergia vízenergiát is használhat, és az energiahálózat részévé válhat.
azonban úszó solar saját készlet egyedi puzzle darab. “Itt figyelembe kell venni, hogy ne takarja le annyira a vízfelületet, hogy az befolyásolja a víz életét” – mondja Alparslan. “De még a vízerőművek 10% – os lefedettsége is több ezer terawatt napenergia-potenciált jelent a világon.”
de a panelek kikötése és lehorgonyzása bonyolultnak és költségesebbnek bizonyulhat, mint a hagyományos földelt napenergia.
4. probléma: A megfelelő törvények és beruházások megszerzése
a gyártás fejlesztése az elmúlt 20 évben elérhetővé tette a napenergiát. EMBER szerint a napenergia az EU-ban 2021 júniusában és júliusában rekordmagasságra emelkedett, a teljes villamos energia 10% – át tette ki (messze meghaladva a globális átlagot.) De ez nem elég – és a skála-up kihívás ijesztő. A lehetséges megoldások a pénzre és a politikára korlátozódnak, nem pedig a technológiára.
például 2021 júliusában az Európai Zöld megállapodás részeként az Európai Bizottság jogalkotási csomagot javasolt a megújuló energiákra vonatkozó célok 40% – ra történő emelésére 2030-ig. Olyan intézkedéseket tartalmaz, amelyek megkönnyítik a nagy léptékű napenergia-projektek telepítését, mentesítik a tetőtéri létesítményeket az építési engedélyek alól, beruháznak az elektromos hálózatba, és bizonyos épületekben megkövetelik a megújuló energia minimális szintjét.
az Egyesült Államokban az Energy Information Administration megjegyezte, hogy a napelemek szállítása 33% – os rekordnövekedést ért el 2019-ben. Az Energiaügyi Minisztérium kiadott egy jelentést, amely felvázolja, hogy a napenergia 2050-re képes lesz ellátni az ország villamos energiájának közel felét. A nagy kiadások révén a napenergia az ország villamos energiájának 3% – át az 2020-ban az 40% – ra emeli az 2035-ra. Joe Biden elnök által javasolt és erősen vitatott, 3,5 billió dolláros költségvetési terv, ha elfogadják – egy nagy, ha jelenleg – kezdeményezi a napenergia-projekteket a jelenlegi vagy korábbi bányászati helyszíneken.
de egy nagy probléma egyszerűen megkönnyíti az emberek számára, hogy kezüket a napelemek – a saját otthonukban vagy az iparban. Daniel Gregory, az Accenture Labs feltörekvő energiatechnológiai kutatója szerint ” a technológia elegendő ember számára történő elérhetővé tétele inkább a kérdés, mint maga a technológia. Annak, aki házat vagy lakást bérel, nem nyilvánvaló, hogyan csatlakoznának ehhez, és napelemet használnának bérelt házakhoz.”
a fennmaradó kihívások ellenére sok kutató úgy véli, hogy a napnak meg kell tartania lendületét és terjeszkednie kell az egész világon. “Úgy gondolom, hogy elértük azt a fordulópontot, ahol a napenergia nagy üzlet” – mondja Feldman. “Határozottan úgy gondolom, hogy ha megnézzük az összes kötelezettségvállalást, elkerülhetetlennek tűnik, hogy a nap és a szél felé haladjunk.”