Солнечная энергетика стремительно растёт, но сможет ли она действительно доминировать в мировой энергетической системе? Вот что нам потребуется, чтобы обеспечить планету энергией солнца.
Будущее солнечной энергетики выглядит светлым Фую Лю/Shutterstock
Захватит ли солнечная энергетика весь мир? В последние несколько лет мы наблюдаем поистине поразительное ускорение темпов её внедрения: общая мощность генерации удвоится в период с 2022 по 2024 год, обеспечивая целых 7% мировой электроэнергии. Насколько же высокой может быть эта цифра?
За первые шесть месяцев 2025 года ветровая и солнечная энергетика совместно преодолели исторический рубеж, впервые выработав больше электроэнергии, чем уголь, и сделав возобновляемые источники ведущим мировым источником электроэнергии. Движущей силой этого «решающего поворотного момента» в энергетическом переходе, как его охарактеризовал британский аналитический центр Ember, стал рост солнечной энергетики. Согласно анализу Ember, на её долю пришлось 83% общего прироста мирового спроса на электроэнергию в 2025 году, и она остаётся крупнейшим источником новой электроэнергии в мире уже три года подряд.
Секретное оружие солнечной энергетики? Насколько она дешева. Это самая дешевая электроэнергия в мире: за последние 15 лет стоимость установки солнечной системы снизилась на 90%. «Сейчас кремниевые панели стоят столько же, сколько фанера», — говорит Сэм Стрэнкс из Кембриджского университета.
Другими словами, у нас есть обильный и дешёвый источник электроэнергии, который можно быстро создать практически в любой точке мира. Разве не фантастично представить, что однажды солнечная энергия сможет обеспечить всё?
На самом фундаментальном уровне запасы солнечной энергии на Земле практически безграничны. Даже с учётом эффективности современных солнечных панелей, для удовлетворения всех мировых энергетических потребностей солнечной энергией потребовалось бы около 450 000 квадратных километров земли, согласно отчёту британского аналитического центра Carbon Tracker за 2021 год. Это всего 0,3% от общей площади суши.
Кингсмилл Бонд, один из авторов доклада, а теперь и сотрудник Ember, говорит, что, хотя существуют «компромиссы», когда речь идет об использовании земли (например, солнечная энергетика может конкурировать с сельским хозяйством), «для большинства стран есть достаточно места для развертывания этих технологий».
Новое поколение панелей
Итак, возникает вопрос: что мешает солнечной энергетике полностью захватить мировое электроснабжение? Первая проблема — это эффективность. Кремниевые фотоэлектрические панели, составляющие большую часть мирового рынка солнечной энергетики, в настоящее время преобразуют около 20% солнечной энергии в электричество. Для сравнения, гидроэлектростанции преобразуют в электричество 90% потенциальной энергии, ветряные турбины — около 50%, а электростанции на ископаемом топливе — от 30 до 40%.
На практике это означает, что для производства такого же количества энергии, которое можно получить из других источников, потребуется гораздо больше солнечных панелей. Именно поэтому компании и учёные, занимающиеся солнечной энергетикой, активно работают над повышением эффективности солнечных панелей в надежде, что повышение эффективности принесёт солнечной энергетике двойной выигрыш: ещё больше снизит стоимость системы и уменьшит потребность в земле.
Однако кристаллические кремниевые панели приближаются к пределу достижимой эффективности: лучшие в своем классе ячейки уже имеют КПД около 25%. «Практический предел для кристаллического кремния, вероятно, составляет около 28%», — говорит Дженни Нельсон из Имперского колледжа Лондона.
Для достижения более высокой эффективности потребуется переход к так называемым тандемным солнечным элементам, в которых используется второй полупроводник для увеличения количества энергии, извлекаемой элементом из солнечного спектра. Тандемные кремний-перовскитные элементы считаются наиболее перспективным вариантом с теоретическим пределом эффективности около 50%. Реальные тандемные панели не смогут достичь подобного уровня эффективности, но могут достигать 35–37%, говорит Стрэнкс.
После многих лет исследований первые тандемные кремний-перовскитные солнечные панели только начинают поступать в коммерческое производство, и им ещё предстоит пройти промышленные испытания, чтобы понять, как долго они сохранят свою эффективность в реальных условиях. Но Стрэнкс с оптимизмом смотрит на их потенциал. По его оценкам, через 10 лет они станут доминирующей технологией на рынке. «На первый взгляд, они не сильно отличаются от современных панелей, установленных на крыше или на улице, но они вырабатывают на 50% больше энергии, чем современные», — говорит Стрэнкс. «Это серьёзное изменение».
По словам Стрэнкса, повышение эффективности не только ещё больше снизит расходы, но и откроет новые возможности для внедрения. Например, высокоэффективные панели можно будет использовать в солнечных батареях на крышах электромобилей, позволяя заряжать их аккумуляторы в течение дня. Накопленную энергию затем можно будет использовать для поездок или отдавать домой для использования вечером, предполагает он.
Решение проблемы хранения
Подобные инновации могут помочь решить одну из других серьёзных проблем солнечной энергетики — её капризность. Солнце, конечно, светит не постоянно. Для стран «солнечного пояса», включая Индию, Мексику и многие африканские страны, это не такая уж серьёзная проблема, поскольку солнце светит практически круглый год, а аккумуляторы можно использовать для накопления излишков энергии в течение дня для использования после наступления темноты. Такая схема, сочетающая солнечную энергию и накопление энергии, становится всё более экономически эффективной: по данным BloombergNEF, только за последние два года стоимость литий-ионных аккумуляторов снизилась на 40%.
«В конечном счёте, единственное преимущество ископаемого топлива перед солнечным светом в качестве источника электроэнергии — это его способность к хранению, — говорит Бонд. — И вот, внезапно, проблема с хранением в 90% случаев решена одной-единственной технологией — аккумулятором».
Но для стран севернее, где зимние дни короткие и пасмурные, ситуация иная. «[Солнечная] — невероятно, удивительно хороший источник энергии, с нулевым уровнем загрязнения и быстрой окупаемостью инвестиций в неё — он просто отвечает всем требованиям», — говорит Эндрю Блейкерс из Австралийского национального университета в Канберре, Австралия. «Если вы не живёте в Северной Европе, Северо-Восточной Азии или на северо-востоке США, где летом много солнца, а зимой мало, [солнечная] — просто лучший вариант».
По словам Блейкерса, для стран с долгими и тёмными зимами ветроэнергетика может стать отличным решением, способным восполнить значительную часть этого дефицита. Но также потребуются решения по хранению энергии, способные накапливать её в течение недель или месяцев. Такое «межсезонное хранение» пока находится в зачаточном состоянии, и лишь немногие решения работают в коммерческих масштабах. Однако гидроаккумулирующие электростанции, водородные электростанции и системы хранения сжатого воздуха могут стать решением этой проблемы. Прогноз Блейкерса: «Аккумуляторы обеспечивают краткосрочную перспективу, гидроаккумулирующие электростанции — долгосрочную».
Политические головные боли
Если говорить точнее, то проблемы эффективности и хранения решить проще всего. «Я думаю, что узкие места, вероятно, кроются в политике, последовательности в политике, регулировании и корыстных интересах других отраслей», — говорит Нельсон.
Климатически скептически настроенная администрация Трампа в США — яркий тому пример. Ранее в этом месяце федеральные власти отменили масштабный проект солнечной энергетики в Неваде, который мог бы стать одним из крупнейших в мире. Это лишь последний шаг в череде мер по сокращению программ финансирования солнечной энергетики и блокировке проектов.
Но Бонд считает, что переход на возобновляемую энергетику теперь практически необратим, учитывая её экономические преимущества по сравнению с традиционными источниками энергии. «Традиционные компании могут сдерживать развитие солнечной энергетики в отдельных странах, отдельных проектах и в отдельные годы», — говорит он. «Нынешняя администрация Трампа делает всё возможное, чтобы замедлить текущее внедрение возобновляемых источников энергии. Но на самом деле это означает лишь то, что они отстанут в глобальной гонке за внедрение передовых технологий».
Блейкерс соглашается, добавляя, что солнечная энергия может быть единственным способом удовлетворить быстрорастущий спрос на электроэнергию со стороны центров обработки данных ИИ. «Даже в США сложно представить, чтобы солнечная энергия была отключена, даже решительным федеральным правительством, потому что многим штатам это нравится, и это, безусловно, самый быстрый способ получить большие объёмы энергии», — говорит он.
Другим серьёзным препятствием для чистой энергии является логистика. Существующие электросети необходимо перестроить, чтобы справиться с огромными, нестабильными поставками электроэнергии из новых регионов. Более гибкая сеть, способная справляться с резкими скачками производства и даже корректировать спрос на электроэнергию в ответ, поможет максимально эффективно использовать зелёную энергию. Однако создание таких сетей будущего требует больших затрат. Только в Великобритании энергетические компании планируют потратить 77 миллиардов фунтов стерлингов в течение следующих пяти лет на переоснащение передающих сетей в связи с переходом на ветровую и солнечную энергию.
В странах с низким уровнем дохода, где сетевые сети пока не столь развиты, можно быстрее начать создавать инфраструктуру, благоприятную для возобновляемых источников энергии, с самого начала, что позволит им глубже проникнуть в энергосистемы. По данным Ember, на 10 стран БРИКС (Бразилия, Китай, Египет, Эфиопия, Индия, Индонезия, Иран, Россия, ЮАР и Объединённые Арабские Эмираты) в настоящее время приходится более половины мирового производства электроэнергии с помощью солнечной энергии.
Более масштабная задача для стран — электрифицировать большую часть своего энергетического спроса, от отопления до транспорта. Такой прогресс критически важен для сокращения использования ископаемого топлива в других секторах мировой экономики. Как говорит Нельсон: «Если мы хотим декарбонизировать планету, то нам сначала нужно электрифицироваться». И здесь страны с низким уровнем дохода опережают страны с высоким уровнем дохода. Доля Китая в конечном потреблении энергии достигла 32% в 2023 году, что значительно превышает 24%-ный уровень электрификации США и более богатых европейских стран, говорит Эмбер.
Солнечное будущее?
Несмотря на успехи этого года, технические, логистические и политические проблемы, описанные выше, могут замедлить внедрение солнечной энергетики в некоторых странах в краткосрочной перспективе. Ранее в этом месяце Международное энергетическое агентство прогнозировало, что к концу десятилетия объёмы возобновляемой энергетики удвоятся, но не сможет достичь международной цели утроить мощности к тому же сроку. Агентство заявило, что изменения в политике США и сложности с интеграцией солнечной энергетики в энергосистемы препятствуют расширению мощностей возобновляемых источников энергии.
Однако эксперты энергетического рынка уверены, что к середине века и далее солнечная энергетика будет доминировать в мировом энергоснабжении. «К концу этого столетия совершенно очевидно, что мы будем получать всю электроэнергию из возобновляемых источников, подавляющее большинство которых будет приходиться на солнечную энергию», — говорит Бонд, оценивая, что к 2100 году до 80% мирового потребления электроэнергии будет обеспечиваться солнечной энергией. Кроме того, он ожидает, что не менее 80% мирового спроса на энергию будет электрифицировано.
Препятствия, связанные с политикой, хранением энергии и инфраструктурой, будут устранены, чтобы начать революцию в сфере зелёной энергетики. «Человеческая природа — превращать энергию в вещи», — говорит Бонд. «Мы используем энергию для всего. И вот, внезапно, мы нашли этот дешёвый и универсальный источник энергии — конечно, мы разберёмся с этим».
Источник: www.newscientist.com
