Nos últimos anos, a energia solar tem visto um rápido crescimento, assim como prometendo melhorias em tecnologia e preço. Até agora, cerca de 3% da eletricidade do mundo vem da energia solar; e é uma indústria enorme e internacional com US $141 bilhões investidos em 2019. Mas isso está bem aquém dos estimados US $794 bilhões (US $ 27 trilhões até 2050) que a Agência Internacional de Energia Renovável diz ser necessária anualmente para que as energias renováveis atendam aos objetivos do acordo climático e evitem um colapso global.
para atingir um alvo como esse, dizem os especialistas, precisamos resolver uma longa lista de problemas. Por exemplo, os painéis existentes são limitados em quanta luz solar eles podem converter em eletricidade. A eficiência aumentou nos últimos 40 anos, mas apenas cerca de 10%. E embora os defensores considerem a instalação residencial de telhados como uma boa maneira de as pessoas se envolverem em energia limpa, uma verdadeira revolução solar provavelmente exigiria instalações em grande escala.Aqui está uma lista de quatro coisas que, dizem os pesquisadores, ajudariam a avançar a energia solar – se pudermos encontrar uma solução.
Problema 1: Encontre um material melhor para os painéis
as desvantagens dos painéis tradicionais de silício incluem alto custo e menor eficiência. Mas com a ajuda de perovskitas, um mineral composto de cálcio, titânio e oxigênio, espera-se que a eficiência solar melhore significativamente: os painéis de perovskita podem ser fabricados como camadas muito finas, requerem menos material e são criados a partir de um processo menos intensivo em energia. Após uma década de pesquisa e desenvolvimento, as taxas de eficiência dos painéis de perovskita aumentaram de 2% para 25%; isso supera os melhores painéis de silício disponíveis. Mas os perovskitas vêm com seu próprio conjunto de problemas. “A comercialização ainda é muito limitada”, diz Ufuk Alparslan, Analista de dados de eletricidade e clima da EMBER, um think tank independente de clima e energia com sede no Reino Unido. De acordo com Alparslan, durabilidade e custo são duas desvantagens contendentes dos perovskitas, sendo a primeira questão relacionada a uma vida útil que é “muito mais curta do que os painéis solares regulares.”
na OxfordPV, uma universidade de Oxford off-shoot, os pesquisadores estão tentando avançar perovskites colocando-os em cima de painéis de silício, também conhecidos como células tandem. Henry Snaith, Diretor Científico da OxfordPV e professor de física, diz que eles foram capazes de ajustar o espectro da luz solar que as perovskitas podem absorver com células tandem.
“extraímos muito mais energia do espectro visível”, diz Snaith, acrescentando que se as perovskitas são revestidas em cima do Silício, “ele se sai muito bem em absorver o infravermelho “, tornando-as mais eficientes. Snaith espera que as células tandem sejam o próximo passo-melhoria para a energia solar convencional. Nos próximos 10 a 20 anos, “o roteiro é aproximadamente dobrar a eficiência do que os módulos são hoje.”
Problema 2: Melhorar o armazenamento e a transmissão
outros desafios técnicos para a energia solar incluem o aumento da capacidade de armazenamento. Nos EUA, melhorias para expandir a transmissão de energia solar em grandes distâncias, como do Sul da Califórnia, onde é ensolarado para o Nordeste nublado, também são fundamentais.”À medida que você chega a níveis mais altos de penetração”, diz David Feldman, Analista Financeiro Sênior do National Renewable Energy Laboratory, ” a flexibilidade é realmente ajudada pelo armazenamento, particularmente dependendo de como a rede incentiva ou paga pela energia. O armazenamento está se tornando uma parte muito grande de muitos mercados. Se quisermos chegar aos níveis de implantação de que estamos falando, acho que o armazenamento será uma parte fundamental disso. Além disso, os especialistas acreditam que é provável que outras formas de energia limpa ajudem a suplantar as áreas mais fracas da energia solar. “Durante períodos de Inverno muito frios em certas partes do país, é bastante difícil confiar apenas no sol e no vento”, de acordo com Uday Varadarajan, do Rocky Mountain Institute, falando em um fórum virtual organizado pelo Environmental and Energy Study Institute. “A eficiência, bem como outras tecnologias como o sequestro e armazenamento de hidrogênio e carbono, bem como nuclear, podem realmente ajudar a resolver essas dificuldades.”
Problema 3: Ajudando o solar a se manter à tona, literalmente
um método de expansão da instalação solar que ainda não foi amplamente implementado é flutuar os painéis em Lagos e oceanos.
esses painéis operam da mesma forma que as unidades terrestres regulares, mas têm várias vantagens: a água mantém os painéis mais frios, aumentando o desempenho em 5 a 10%. A instalação desses painéis na água evita o problema de adquirir terras para projetos de grande escala. E solar flutuante também pode usar energia hidrelétrica e se tornar parte da rede de energia.
no entanto, a floating solar tem seu próprio conjunto de peças únicas do quebra-cabeça. “A coisa a considerar aqui não é cobrir muito a superfície da água, de modo que afete a vida útil da água”, diz Alparslan. “Mas mesmo 10% de cobertura de reservatórios de energia hidrelétrica se traduz em milhares de terawatts de potencial de energia solar no mundo.”
mas amarrar e ancorar os painéis no lugar pode ser complicado, bem como Mais caro do que o normal, aterrado solar.
problema 4: Obter as leis e investimentos certos
melhorias na fabricação tornaram a energia solar mais disponível nos últimos 20 anos. De acordo com EMBER, a energia solar na UE subiu para um recorde durante junho e julho de 2021, representando 10% do total de eletricidade (muito acima da média global.) Mas isso não é suficiente – e a escala do Desafio de aumento de escala é assustadora. As possíveis soluções se resumem a dinheiro e política, em vez de apenas tecnologia. Por exemplo, em julho de 2021, como parte do acordo Verde Europeu, a Comissão Europeia propôs um pacote legislativo para elevar as metas de energia renovável para 40% até 2030. Inclui medidas para facilitar a instalação de projetos solares em larga escala, isentar instalações de telhados de licenças de construção, investir na rede elétrica e exigir níveis mínimos de energia renovável em certos edifícios.
nos EUA, A Energy Information Administration observou que as remessas de painéis solares atingiram um aumento recorde de 33% em 2019. O Departamento de energia divulgou um relatório descrevendo como a energia solar poderia fornecer quase metade da eletricidade do país até 2050. Por meio de gastos pesados, a energia solar subiria de 3% da eletricidade do país em 2020 para 40% até 2035. O plano de orçamento proposto pelo presidente Joe Biden, e fortemente debatido, de US $3,5 trilhões, se aprovado – um grande se no momento – inicia projetos solares a serem construídos em locais de mineração atuais ou antigos.
mas um grande problema é simplesmente tornar mais fácil para as pessoas colocarem as mãos em painéis solares – em suas próprias casas ou indústria. Segundo Daniel Gregory, Pesquisador de tecnologias de energia emergentes da Accenture Labs, “disponibilizar a tecnologia para pessoas suficientes é mais o problema do que a própria tecnologia. Para alguém que está alugando uma casa ou apartamento, não é óbvio como eles se juntariam a isso e usariam energia solar para casas alugadas. Apesar dos desafios remanescentes, muitos pesquisadores acreditam que a energia solar está destinada a manter seu impulso e se expandir em todo o mundo. “Acho que chegamos ao ponto de inflexão em que a energia solar é um grande negócio”, diz Feldman. “Eu definitivamente acho que quando você olha para todos os compromissos lá fora, parece inevitável que estamos nos movendo em direção à energia solar e eólica.”