in de afgelopen jaren heeft zonne-energie een snelle groei gekend, evenals veelbelovende verbeteringen in technologie en prijs. Tot nu toe komt ongeveer 3% van ‘ s werelds elektriciteit uit zonne-energie; en het is een enorme, internationale industrie met $ 141 miljard geïnvesteerd in 2019. Maar dat is ver onder de geschatte $ 794 miljard ($27 biljoen tegen 2050) die het Internationaal Agentschap voor hernieuwbare energie zegt jaarlijks nodig is voor hernieuwbare energie om de doelstellingen van het klimaatakkoord te bereiken en een wereldwijde kernsmelting te voorkomen.
om zo ‘ n doel te bereiken, zeggen experts, moeten we een lange lijst van problemen oplossen. Bestaande panelen zijn bijvoorbeeld beperkt in hoeveel zonlicht ze kunnen omzetten in elektriciteit. De efficiëntie is de afgelopen 40 jaar toegenomen, maar slechts met ongeveer 10%. En hoewel voorstanders residentiële Dakmontage zouden beschouwen als een mooie manier voor mensen om betrokken te raken bij schone energie, zou een echte zonne-revolutie waarschijnlijk grootschalige installaties vereisen.
hier is een lijst van vier dingen die, zeggen onderzoekers, zouden helpen bij het bevorderen van zonne-energie-als we een oplossing kunnen vinden. Probleem 1: Zoek een beter materiaal voor de panelen
de nadelen van traditionele silicium panelen zijn hoge kosten en een lagere efficiëntie. Maar met de hulp van perovskieten, een mineraal dat bestaat uit calcium, titanium en zuurstof, zal de zonne-efficiëntie naar verwachting aanzienlijk verbeteren: perovskietpanelen kunnen worden vervaardigd als zeer dunne lagen, vereisen minder materiaal en worden gemaakt van een minder energie-intensief proces.
na een decennium van onderzoek en ontwikkeling steeg de efficiëntie van perovskietpanelen van 2% naar 25%; dat is beter dan de best beschikbare silicium panelen. Maar perovskieten komen met hun eigen set van problemen. “Commercialisering is nog steeds zeer beperkt,” zegt Ufuk Alparslan, een elektriciteit en Klimaat data analist bij EMBER, een onafhankelijke klimaat en energie denktank gevestigd in het Verenigd Koninkrijk. Volgens Alparslan, duurzaamheid en kosten zijn twee concurrerende nadelen van perovskites, de eerste kwestie wordt gerelateerd aan een levensduur die “veel korter is dan gewone zonnepanelen.”
op OxfordPV, een off-shoot Universiteit van Oxford, proberen onderzoekers perovskieten te bevorderen door ze bovenop silicium panelen te plaatsen, ook bekend als tandemcellen. Henry Snaith, de chief scientific officer bij OxfordPV en een professor in de natuurkunde, zegt dat ze in staat zijn geweest om het spectrum van zonlicht perovskieten kunnen absorberen met tandemcellen af te stemmen.
“we halen veel meer energie uit het zichtbare spectrum”, zegt Snaith, eraan toevoegend dat als perovskieten bedekt zijn met silicium, “het echt goed doet bij het absorberen van het infrarood “, waardoor ze efficiënter worden. Snaith hoopt dat tandemcellen zal de volgende stap-verbetering voor mainstream zonne-energie. In de komende 10 tot 20 jaar: “de roadmap is om de efficiëntie van de huidige modules ongeveer te verdubbelen.”
Probleem 2: verbetering van opslag en transmissie
andere technische uitdagingen voor zonne-energie zijn onder meer het vergroten van de opslagcapaciteit. In de VS zijn verbeteringen om de transmissie van zonne-energie over grote afstanden uit te breiden, zoals van Zuid-Californië waar het zonnig is naar het bewolkte noordoosten, ook van groot belang.
“naarmate je een hogere penetratiegraad bereikt,” zegt David Feldman, senior financieel analist bij National Renewable Energy Laboratory, “wordt flexibiliteit echt bevorderd door opslag, in het bijzonder afhankelijk van hoe het net de energie stimuleert of betaalt. Opslag wordt een zeer groot deel van vele markten. Als we het niveau van implementatie willen bereiken waar we het over hebben gehad, denk ik dat opslag daar een belangrijk onderdeel van zal zijn.”
bovendien zijn deskundigen van mening dat andere vormen van schone energie waarschijnlijk zullen helpen de zwakkere gebieden van zonne-energie te verdringen.
“tijdens zeer koude winterperiodes in bepaalde delen van het land, is het nogal moeilijk om alleen op zonne-en windenergie te vertrouwen”, aldus Uday Varadarajan van het Rocky Mountain Institute, in een virtueel forum dat wordt georganiseerd door het Environmental and Energy Study Institute. “Efficiëntie en andere technologieën zoals waterstof en koolstofopslag en kernenergie kunnen echt helpen om die problemen aan te pakken.”
Probleem 3: Zonne-energie helpen drijven, letterlijk
een methode voor de uitbreiding van zonne-installatie die nog niet op grote schaal is geïmplementeerd is het drijven van de panelen op meren en oceanen.
deze panelen werken op dezelfde manier als gewone eenheden op het land, maar hebben verschillende voordelen: het water houdt panelen koeler, waardoor de prestaties met 5 tot 10% toenemen. Het installeren van deze panelen op water omzeilt het probleem van het verwerven van grond voor grootschalige projecten. Drijvende zonne-energie kan ook waterkracht gebruiken en deel uitmaken van het energienet.
echter, floating solar heeft zijn eigen set van unieke puzzelstukjes. “Het ding om te overwegen hier is niet te dekken het wateroppervlak veel, zodat het van invloed op het water leven,” zegt Alparslan. “Maar zelfs 10% dekking van waterkrachtreservoirs vertaalt zich in duizenden terawatt aan zonne-energie potentieel in de wereld.”
maar het afmeren en verankeren van de panelen op hun plaats kan ingewikkeld en duurder blijken dan gewone, geaarde zonne-energie.
Probleem 4: Het verkrijgen van de juiste wetten en Investeringen
verbeteringen in de productie hebben zonne-energie in de afgelopen 20 jaar meer beschikbaar gemaakt. Volgens EMBER steeg zonne-energie in de EU tot een recordhoogte in juni en juli 2021, goed voor 10% van de totale elektriciteit (ver boven het mondiale gemiddelde.) Maar dat is niet genoeg – en de schaal van de scale-up uitdaging is ontmoedigend. De mogelijke oplossingen komen neer op geld en politiek, in plaats van technologie alleen. Zo heeft de Europese Commissie in juli 2021, als onderdeel van haar Europese Green Deal, een wetgevingspakket voorgesteld om de streefcijfers voor hernieuwbare energie tegen 2030 op te trekken tot 40%. Het omvat maatregelen om grootschalige zonne-energieprojecten gemakkelijker te installeren, dakinstallaties vrij te stellen van bouwvergunningen, te investeren in het elektriciteitsnet en in bepaalde gebouwen minimumniveaus van hernieuwbare energie te eisen.
in de VS merkte de Energy Information Administration op dat de transporten van zonnepanelen in 2019 een recordgroei van 33% bereikten. Het Ministerie van energie heeft een rapport uitgebracht waarin wordt beschreven hoe zonne-energie tegen 2050 bijna de helft van de elektriciteit van het land kan leveren. Door middel van zware uitgaven zou zonne-energie stijgen van het voeden van 3% van de elektriciteit van het land in 2020 tot 40% in 2035. President Joe Biden ‘ s voorgesteld, en zwaar besproken, $ 3,5 biljoen budget plan, als aangenomen-een grote if op het moment – initieert zonne-projecten worden gebouwd op de huidige of voormalige mijnbouw sites.
maar een groot probleem is gewoon het gemakkelijker maken voor mensen om hun handen te krijgen op zonnepanelen-in hun eigen huis of industrie. Daniel Gregory, een opkomende onderzoeker op het gebied van energietechnologie bij Accenture Labs, zegt: “de technologie beschikbaar maken voor genoeg mensen is meer het probleem dan de technologie zelf. Voor iemand die het huren van een huis of appartement, het is niet duidelijk hoe ze zou meedoen aan dat en gebruik maken van zonne-energie voor gehuurde huizen.”
ondanks de resterende uitdagingen geloven veel onderzoekers dat zonne-energie voorbestemd is om zijn momentum te behouden en over de hele wereld uit te breiden. “Ik denk dat we het omslagpunt hebben bereikt waar Zonne-energie big business is”, zegt Feldman. “Ik denk zeker dat als je kijkt naar alle verplichtingen die er zijn, lijkt het onvermijdelijk dat we bewegen in de richting van zonne-en windenergie.”