w ostatnich latach energia słoneczna odnotowała szybki wzrost, a także obiecującą poprawę technologii i ceny. Do tej pory około 3% światowej energii elektrycznej pochodzi z energii słonecznej; i jest to ogromny, międzynarodowy przemysł z 141 miliardami dolarów zainwestowanymi w 2019 roku. Ale to dobrze brakuje szacowanej $794 miliard ($27 bilionów przez 2050), że Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej mówi, że jest potrzebna rocznie dla energii odnawialnej, aby osiągnąć cele porozumienia klimatycznego i uniknąć globalnego załamania.
aby trafić w taki cel, eksperci twierdzą, że musimy rozwiązać długą listę problemów. Na przykład istniejące panele są ograniczone pod względem ilości światła słonecznego, które mogą przekształcić w energię elektryczną. Wydajność wzrosła w ciągu ostatnich 40 lat, ale tylko o około 10%. I chociaż zwolennicy uznaliby instalację dachu mieszkalnego za miły sposób na zaangażowanie się w czystą energię, prawdziwa rewolucja słoneczna prawdopodobnie wymagałaby instalacji na dużą skalę.
oto lista czterech rzeczy, które, jak twierdzą naukowcy, pomogłyby w rozwoju energii słonecznej – jeśli znajdziemy rozwiązanie.
Problem 1: Znajdź lepszy materiał na panele
wady tradycyjnych paneli silikonowych obejmują wysoki koszt i niższą wydajność. Ale z pomocą perowskitów, minerału składającego się z wapnia, tytanu i tlenu, oczekuje się, że wydajność słoneczna znacznie się poprawi: panele perowskitowe mogą być wytwarzane jako bardzo cienkie warstwy, wymagają mniej materiału i są tworzone w mniej energochłonnym procesie.
po dekadzie badań i rozwoju wydajność paneli perowskitowych wzrosła z 2% do 25%; to bije najlepsze dostępne krzemowe. Ale perowscy mają własne problemy.
„komercjalizacja jest nadal bardzo ograniczona”, mówi Ufuk Alparslan, analityk danych dotyczących energii elektrycznej i klimatu w Ember, niezależnym think tanku klimatyczno-energetycznym z siedzibą w Wielkiej Brytanii. Według Alparslana trwałość i koszt to dwie przeciwstawne wady perowskitów, pierwsza kwestia związana jest z żywotnością, która jest ” znacznie krótsza niż zwykłe panele słoneczne.”
w OxfordPV, na Uniwersytecie Oksfordzkim, naukowcy próbują przyspieszyć perowskity, umieszczając je na panelach silikonowych, znanych również jako komórki tandemowe. Henry Snaith, dyrektor naukowy OxfordPV i profesor fizyki, mówi, że byli w stanie dostroić widmo światła słonecznego, które perowskity mogą absorbować za pomocą komórek tandemowych.
„wydobywamy o wiele więcej energii ze spektrum widzialnego”, mówi Snaith, dodając, że jeśli perowskity są pokryte krzemem, „naprawdę dobrze absorbują podczerwień”, dzięki czemu są bardziej wydajne. Snaith ma nadzieję, że ogniwa tandemowe będą kolejnym krokiem-ulepszeniem głównego nurtu energii słonecznej. W ciągu najbliższych 10-20 lat „plan działania zakłada około podwojenie wydajności istniejących obecnie modułów.”
Problem 2: Poprawa przechowywania i transmisji
inne wyzwania techniczne związane z energią słoneczną obejmują zwiększenie pojemności magazynowej. W USA, ulepszenia w celu rozszerzenia przesyłu energii słonecznej na duże odległości, Jak od południowej Kalifornii, gdzie jest słonecznie do pochmurnego północnego wschodu, są również najważniejsze.
„gdy osiągniesz wyższy poziom penetracji”, mówi David Feldman, starszy analityk finansowy w National Renewable Energy Laboratory, „elastyczność jest naprawdę wspomagana przez magazynowanie, szczególnie w zależności od tego, jak sieć zachęca do korzystania z energii lub płaci za nią. Magazynowanie staje się bardzo dużą częścią wielu rynków. Jeśli chcemy przejść do poziomów wdrożenia, o których mówiliśmy, myślę, że pamięć masowa będzie kluczowym elementem tego procesu.”
ponadto eksperci uważają, że prawdopodobnie Inne formy czystej energii pomogą wyprzeć słabsze obszary słońca.
„podczas bardzo mroźnej zimy w niektórych częściach kraju trudno jest polegać tylko na słońcu i wietrze”, mówi Uday Varadarajan z Rocky Mountain Institute, przemawiając na wirtualnym forum prowadzonym przez Instytut Environmental and Energy Study Institute. „Wydajność, a także inne technologie, takie jak sekwestracja i składowanie wodoru i węgla, a także energia jądrowa, mogą naprawdę pomóc w rozwiązaniu tych trudności.”
Problem 3: Pomagając solar pozostać na powierzchni, dosłownie
jedną z metod rozszerzania instalacji słonecznej, która nie została jeszcze szeroko wdrożona, jest unoszenie paneli na jeziorach i oceanach.
panele te działają w taki sam sposób, jak zwykłe jednostki lądowe, ale mają różne zalety: woda utrzymuje panele chłodniejsze, zwiększając wydajność o 5 do 10%. Instalacja tych paneli na wodzie obejdzie problem pozyskania gruntów pod projekty na dużą skalę. Pływająca energia słoneczna może również wykorzystywać energię wodną i stać się częścią sieci energetycznej.
jednak floating solar ma swój własny zestaw unikalnych puzzli. „Należy tutaj wziąć pod uwagę to, aby nie pokrywać zbytnio powierzchni wody, aby miała ona wpływ na życie wodne”, mówi Alparslan. „Ale nawet 10% pokrycia zbiorników wodnych przekłada się na tysiące terawatów potencjału energii słonecznej na świecie.”
ale cumowanie i kotwiczenie paneli w miejscu może okazać się skomplikowane, a także bardziej kosztowne niż zwykłe, uziemione solary.
Problem 4: Uzyskanie odpowiednich przepisów i Inwestycji
ulepszenia w produkcji sprawiły, że energia słoneczna stała się bardziej dostępna w ciągu ostatnich 20 lat. Według EMBER energia słoneczna w UE wzrosła do rekordowego poziomu w czerwcu i lipcu 2021 r., co stanowi 10% całkowitej energii elektrycznej (znacznie powyżej średniej światowej.) Ale to nie wystarczy – a skala skali wyzwania skalowania jest zniechęcająca. Możliwe rozwiązania sprowadzają się do pieniędzy i polityki, a nie do samej technologii.
na przykład w lipcu 2021 r., w ramach Europejskiego Zielonego ładu, Komisja Europejska zaproponowała pakiet legislacyjny w celu podniesienia celów w zakresie energii odnawialnej do 40% do 2030 r. Obejmuje on środki mające na celu ułatwienie instalacji dużych projektów solarnych, zwolnienie instalacji dachowych z pozwoleń na budowę, inwestowanie w sieć energetyczną i Wymaganie minimalnego poziomu energii odnawialnej w niektórych budynkach.
w USA Energy Information Administration zauważył, że dostawy paneli słonecznych osiągnęły rekordowy wzrost o 33% w 2019 roku. Departament Energii opublikował raport przedstawiający, w jaki sposób energia słoneczna może dostarczyć prawie połowę krajowej energii elektrycznej do 2050 roku. Dzięki dużym wydatkom energia słoneczna wzrośnie z 3% krajowej energii elektrycznej w 2020 r.do 40% do 2035 r. Prezydent Joe Biden zaproponował i mocno debatował, plan budżetu w wysokości 3,5 biliona dolarów, jeśli został przyjęty-Duże, jeśli w tej chwili-inicjuje projekty słoneczne, które mają być budowane na obecnych lub byłych terenach górniczych.
ale dużym problemem jest po prostu ułatwienie ludziom zdobycia paneli słonecznych – we własnym domu lub w przemyśle. Daniel Gregory, badacz nowych technologii energetycznych w Accenture Labs, mówi: „dostęp do technologii dla wystarczającej liczby osób to większy problem niż sama technologia. Dla kogoś, kto wynajmuje dom lub mieszkanie, nie jest oczywiste, w jaki sposób przyłączyliby się do tego i wykorzystywali energię słoneczną do wynajmowanych domów.”
pomimo pozostających wyzwań, wielu badaczy uważa, że słońce ma utrzymać swój pęd i rozszerzyć się na całym świecie. „Myślę, że osiągnęliśmy punkt krytyczny, w którym energia słoneczna to duży biznes”, mówi Feldman. „Zdecydowanie uważam, że patrząc na wszystkie zobowiązania, wydaje się nieuniknione, że zmierzamy w kierunku słońca i wiatru.”