în ultimii ani, energia solară a cunoscut o creștere rapidă, precum și îmbunătățiri promițătoare în tehnologie și preț. Până în prezent, aproximativ 3% din electricitatea mondială provine din energia solară; și este o industrie uriașă, internațională, cu 141 miliarde de dolari investiți în 2019. Dar aceasta este cu mult mai mică decât suma estimată de 794 miliarde de dolari (27 de trilioane de dolari până în 2050) despre care Agenția Internațională pentru energie regenerabilă spune că este necesară anual pentru ca energia regenerabilă să îndeplinească obiectivele Acordului climatic și să evite o colaps global.
pentru a atinge o astfel de țintă, spun experții, trebuie să rezolvăm o listă lungă de probleme. De exemplu, panourile existente sunt limitate în ceea ce privește cantitatea de lumină solară pe care o pot transforma în energie electrică. Eficiența a crescut în ultimii 40 de ani, dar numai cu aproximativ 10%. Și, deși avocații ar considera instalarea pe acoperiș rezidențial ca o modalitate frumoasă pentru ca oamenii să se implice în energia curată, o adevărată revoluție solară ar necesita probabil instalații la scară largă.
Iată o listă cu patru lucruri care, spun cercetătorii, ar ajuta la avansarea energiei solare – dacă putem găsi o soluție.
Problema 1: Găsiți un material mai bun pentru panouri
dezavantajele panourilor tradiționale de siliciu includ costuri ridicate și eficiență mai mică. Dar cu ajutorul perovskitelor, un mineral compus din calciu, titan și oxigen, se așteaptă ca eficiența solară să se îmbunătățească semnificativ: panourile perovskite pot fi fabricate ca straturi foarte subțiri, necesită mai puțin material și sunt create dintr-un proces mai puțin consumator de energie.
după un deceniu de cercetare și dezvoltare, ratele de eficiență ale panourilor perovskite au crescut de la 2% la 25%; asta bate cele mai bune siliciu disponibile. Dar perovskiții vin cu propriul lor set de probleme.
„comercializarea este încă foarte limitată”, spune Ufuk Alparslan, analist de date despre electricitate și climă la EMBER, un think tank independent pentru climă și energie cu sediul în Marea Britanie. Potrivit Alparslan, durabilitatea și costul sunt două dezavantaje concurente ale perovskiților, prima problemă fiind legată de o durată de viață care este „mult mai scurtă decât panourile solare obișnuite.”
la OxfordPV, o universitate Oxford off-shoot, cercetătorii încearcă să avanseze perovskiții plasându-i pe panourile de siliciu, cunoscute și sub numele de celule tandem. Henry Snaith, directorul științific al OxfordPV și profesor de fizică, spune că au reușit să regleze spectrul de lumină solară pe care perovskiții îl pot absorbi cu celule tandem.
„extragem mult mai multă energie din spectrul vizibil”, spune Snaith, adăugând că, dacă perovskitele sunt acoperite deasupra siliciului, „se descurcă foarte bine la absorbția infraroșiei”, făcându-le mai eficiente. Snaith speră că celulele tandem vor fi următorul pas-îmbunătățirea pentru energia solară de masă. În următorii 10-20 de ani, ” foaia de parcurs este de a dubla aproximativ eficiența a ceea ce sunt modulele de astăzi.”
Problema 2: Îmbunătățirea stocării și transmisiei
alte provocări tehnice pentru energia solară includ creșterea capacității de stocare. În SUA, îmbunătățirile pentru extinderea transmisiei energiei solare pe distanțe mari, cum ar fi de la sudul Californiei, unde este însorit până la nord-estul înnorat, sunt, de asemenea, primordiale.
„pe măsură ce ajungi la niveluri mai ridicate de penetrare”, spune David Feldman, analist financiar senior la Laboratorul Național de energie regenerabilă, ” flexibilitatea este într-adevăr ajutată de stocare, în special în funcție de modul în care rețeaua stimulează sau plătește energia. Depozitarea devine o parte foarte mare a multor piețe. Dacă vrem să ajungem la nivelurile de implementare despre care am vorbit, cred că stocarea va fi o parte cheie a acestui lucru.”
în plus, experții cred că este probabil ca alte forme de energie curată să ajute la înlocuirea zonelor mai slabe ale soarelui.
„în timpul perioadelor foarte reci de iarnă din anumite părți ale țării, este destul de dificil să te bazezi doar pe soare și vânt”, potrivit lui Uday Varadarajan de la Institutul Rocky Mountain, vorbind într-un forum virtual găzduit de Institutul de studii de mediu și energie. „Eficiența, precum și alte tehnologii precum sechestrarea și stocarea hidrogenului și carbonului, precum și energia nucleară, pot ajuta cu adevărat la rezolvarea acestor dificultăți.”
Problema 3: Ajutând la menținerea solară pe linia de plutire, literalmente
o metodă de extindere a instalației solare care nu a fost încă implementată pe scară largă este plutirea panourilor pe lacuri și oceane.
aceste panouri funcționează în același mod ca și unitățile terestre obișnuite, dar au diverse avantaje: apa menține panourile mai reci, crescând performanța cu 5 până la 10%. Instalarea acestor panouri pe apă rezolvă problema achiziționării de terenuri pentru proiecte la scară largă. Și plutitorul solar poate utiliza, de asemenea, hidroenergia și poate deveni parte a rețelei energetice.
cu toate acestea, plutitor solar are propriul set de piese de puzzle unice. „Lucrul de luat în considerare aici este să nu acoperiți prea mult suprafața apei, astfel încât să afecteze viața apei”, spune Alparslan. „Dar chiar și o acoperire de 10% a rezervoarelor hidroenergetice se traduce în mii de terawați de potențial de energie solară în lume.”
dar ancorarea și ancorarea panourilor în loc se poate dovedi complicată, precum și mai costisitoare decât solarul obișnuit, împământat.
problema 4: Obținerea legilor corecte și a investițiilor
îmbunătățirile în producție au făcut ca energia solară să fie mai disponibilă în ultimii 20 de ani. Potrivit EMBER, energia solară din UE a crescut la un nivel record în iunie și iulie 2021, reprezentând 10% din totalul energiei electrice (cu mult peste media globală.) Dar asta nu este suficient – iar amploarea provocării la scară este descurajantă. Soluțiile posibile se reduc la bani și politică, mai degrabă decât la tehnologie.
de exemplu, în iulie 2021, ca parte a Acordului Verde European, Comisia Europeană a propus un pachet legislativ pentru a ridica obiectivele privind energia regenerabilă la 40% până în 2030. Acesta include măsuri pentru facilitarea instalării proiectelor solare la scară largă, scutirea instalațiilor de pe acoperiș de autorizațiile de construcție, investițiile în rețeaua electrică și necesitatea unor niveluri minime de energie regenerabilă în anumite clădiri.
în SUA, Administrația pentru informații energetice a remarcat că transporturile de panouri solare au atins o creștere record de 33% în 2019. Departamentul Energiei a publicat un raport care descrie modul în care energia solară ar putea furniza aproape jumătate din electricitatea națiunii până în 2050. Prin cheltuieli mari, energia solară ar crește de la alimentarea cu 3% din electricitatea națiunii în 2020 la 40% până în 2035. Președintele Joe Biden a propus și a dezbătut intens planul de buget de 3,5 trilioane de dolari, dacă va fi adoptat – un mare dacă în acest moment-inițiază proiecte solare care urmează să fie construite pe site-uri miniere actuale sau anterioare.
dar o mare problemă este pur și simplu de a face mai ușor pentru oameni să pună mâna pe panouri solare – în propriile lor case sau industrie. Daniel Gregory, cercetător în domeniul tehnologiilor energetice emergente la Accenture Labs, spune: „obținerea tehnologiei disponibile pentru suficienți oameni este mai mult problema decât tehnologia în sine. Pentru cineva care închiriază o casă sau un apartament, nu este evident cum s-ar alătura și ar folosi energia solară pentru casele închiriate.”
în ciuda provocărilor rămase, mulți cercetători cred că energia solară este destinată să-și mențină impulsul și să se extindă în întreaga lume. „Cred că am ajuns la punctul critic în care energia solară este o afacere mare”, spune Feldman. „Cu siguranță cred că atunci când te uiți la toate angajamentele de acolo, pare inevitabil să ne îndreptăm spre soare și vânt.”