under de senaste åren har solenergi sett snabb tillväxt, liksom lovande förbättringar inom teknik och pris. Hittills kommer cirka 3% av världens el från solenergi; och det är en enorm internationell industri med 141 miljarder dollar investerade i 2019. Men det är långt ifrån de beräknade 794 miljarder dollar (27 biljoner dollar år 2050) som International Renewable Energy Agency säger behövs årligen för förnybar energi för att uppfylla klimatavtalsmålen och undvika en global smältning.
för att nå ett sådant mål, säger experter, måste vi lösa en lång lista med problem. Till exempel är befintliga paneler begränsade i hur mycket solljus de kan konvertera till El. Effektiviteten har ökat under de senaste 40 åren, men bara med cirka 10%. Och även om förespråkare skulle överväga bostads takinstallation som ett trevligt sätt för människor att engagera sig i ren energi, skulle en sann solrevolution sannolikt kräva storskaliga installationer.
här är en lista över fyra saker som forskare säger skulle hjälpa till att främja solenergi – om vi kan hitta en lösning.
Problem 1: Hitta ett bättre material för panelerna
nackdelarna med traditionella kiselpaneler inkluderar hög kostnad och lägre effektivitet. Men med hjälp av perovskiter, ett mineral som består av kalcium, titan och syre, förväntas soleffektiviteten förbättras avsevärt: perovskitpaneler kan tillverkas som mycket tunna lager, kräver mindre material och skapas från en mindre energiintensiv process.
efter ett decennium av forskning och utveckling ökade effektiviteten hos perovskitpaneler från 2% till 25%; som slår de bästa tillgängliga kiselpanelerna. Men perovskiter kommer med sin egen uppsättning problem.
”kommersialiseringen är fortfarande mycket begränsad”, säger Ufuk Alparslan, en el-och klimatdataanalytiker på EMBER, en oberoende klimat-och energitank baserad i Storbritannien. Enligt Alparslan, hållbarhet och kostnad är två stridande nackdelar med perovskites, den tidigare frågan är relaterad till en livslängd som är ”mycket kortare än vanliga solpaneler.”
vid OxfordPV, en Oxford University off-shoot, försöker forskare att avancera perovskiter genom att placera dem ovanpå kiselpaneler, även kända som tandemceller. Henry Snaith, chief scientific officer vid OxfordPV och professor i fysik, säger att de har kunnat ställa in spektrumet av solljus som perovskiter kan absorbera med tandemceller.
”vi extraherar mycket mer energi ur det synliga spektrumet”, säger Snaith och tillägger att om perovskiter är belagda ovanpå kisel, ”gör det riktigt bra att absorbera infrarött”, vilket gör dem mer effektiva. Snaith hoppas att tandemceller kommer att bli nästa steg-förbättring för mainstream solar. Under de kommande 10 till 20 åren ”är färdplanen att ungefär fördubbla effektiviteten hos vad moduler är idag.”
Problem 2: Förbättra lagring och överföring
andra tekniska utmaningar för sol inkluderar ökad lagringskapacitet. I USA är förbättringar för att expandera solkraftöverföring över stora avstånd, som från södra Kalifornien där det är soligt till molnigt nordost, också av största vikt.
”när du kommer till högre penetrationsnivåer”, säger David Feldman, senior finansanalytiker vid National Renewable Energy Laboratory, ”flexibilitet är verkligen hjälpt av lagring, särskilt beroende på hur nätet stimulerar eller betalar för energin. Lagring blir en mycket stor del av många marknader. Om vi vill komma till de nivåer av distribution som vi har pratat om tror jag att Lagring kommer att vara en viktig del av det.”
dessutom tror experter att det är troligt att andra former av ren energi kommer att hjälpa till att ersätta de svagare solområdena.
”under mycket kalla vinterförlopp i vissa delar av landet är det ganska svårt att lita på sol och vind ensam”, enligt Uday Varadarajan från Rocky Mountain Institute, som talar i ett virtuellt forum som är värd för Environmental and Energy Study Institute. ”Effektivitet såväl som andra tekniker som väte-och kolbindning och lagring, såväl som kärnkraft, kan verkligen hjälpa till att hantera dessa svårigheter.”
Problem 3: Att hjälpa solenergi att hålla sig flytande, bokstavligen
en metod för att utöka solinstallationen som ännu inte har implementerats i stor utsträckning är att flyta panelerna på sjöar och hav.
dessa paneler fungerar på samma sätt som vanliga landbaserade enheter, men har olika fördelar: vattnet håller panelerna svalare och ökar prestandan med 5 till 10%. Installera dessa paneler på vatten kommer runt problemet med att förvärva mark för storskaliga projekt. Och flytande sol kan också använda vattenkraft och bli en del av energinätet.
floating solar har dock sin egen uppsättning unika pusselbitar. ”Saken att tänka på här är att inte täcka vattenytan så mycket att den påverkar vattenlivet”, säger Alparslan. ”Men även 10% täckning av vattenkraftreservoarer översätter till tusentals terawatt av solkraftpotential i världen.”
men förtöjning och förankring av panelerna på plats kan vara komplicerat, liksom dyrare än vanlig, jordad Sol.
Problem 4: Att få rätt lagar och investeringar
förbättringar i tillverkningen har gjort Sol mer tillgänglig under de senaste 20 åren. Enligt EMBER steg solenergi i EU till rekordhöga under juni och juli 2021 och stod för 10% av den totala elen (långt över det globala genomsnittet.) Men det räcker inte – och omfattningen av uppskalningsutmaningen är skrämmande. De möjliga lösningarna handlar om pengar och politik, snarare än enbart teknik.
till exempel, i juli 2021, som en del av sin Europeiska gröna affär, föreslog Europeiska kommissionen ett lagstiftningspaket för att höja målen för förnybar energi till 40% fram till 2030. Det omfattar åtgärder för att göra storskaliga solprojekt enklare att installera, undanta takinstallationer från bygglov, investera i elnätet och kräva miniminivåer av förnybar energi i vissa byggnader.
i USA noterade Energy Information Administration att transporter av solpaneler nådde en rekordökning på 33% 2019. Department of Energy släppte en rapport som beskriver hur solenergi kunde leverera nästan hälften av landets el år 2050. Genom stora utgifter skulle solenergi stiga från att driva 3% av landets el i 2020 till 40% av 2035. President Joe Bidens föreslagna och kraftigt debatterade budgetplan på 3,5 biljoner dollar, om den passeras – en stor om just nu – initierar solprojekt som ska byggas på nuvarande eller tidigare gruvplatser.
men ett stort problem är helt enkelt att göra det lättare för människor att få tag på solpaneler – i sina egna hem eller industri. Säger Daniel Gregory, en framväxande energiteknologiforskare vid Accenture Labs, ”att få tekniken tillgänglig för tillräckligt många människor är mer problemet än själva tekniken. För någon som hyr ett hus eller lägenhet är det inte uppenbart hur de skulle gå med på det och använda sol för hyrda hus.”
trots de återstående utmaningarna tror många forskare att sol är avsett att fortsätta sin fart och expandera över hela världen. ”Jag tror att vi har nått tipppunkten där Sol är stora affärer”, säger Feldman. ”Jag tror definitivt att när man tittar på alla åtaganden där ute verkar det oundvikligt att vi går mot sol och vind.”