Плюсы и минусы солнечной энергии

Взвесьте основные факторы, чтобы определить, подходит ли вам солнечная энергия.

Солнечная электроэнергия, которая когда-то была дорогостоящей и незначительной частью производства энергии во всем мире, за последнее десятилетие резко набрала обороты. Растущий спрос на солнечную энергию отчасти объясняется ее доказанным успехом: фотоэлектрические (PV) элементы внутри солнечных панелей преобразуют солнечное электромагнитное излучение в электричество, которое они могут отправить в дом или в электросеть. Этот процесс рассматривается как многообещающий и важный инструмент в развитии устойчивой энергетической системы. (1)

Но у многих остаются вопросы: стоит ли это затрат как с экономической, так и с экологической точки зрения? Что сдерживает широкое распространение солнечной энергии? В этой статье рассматриваются наиболее сильные и слабые стороны солнечной энергии, а также то, как люди могут решить, подходит ли им переход на солнечную энергию.

Плюсы	Минусы
Доступнее, чем когда-либо	Высокие первоначальные затраты
Государственные стимулы повышают доступность	Зависит от пребывания на солнце
Низкие эксплуатационные расходы после установки солнечной панели	Не идеально подходят для всех жилых помещений
Нулевые выбросы от солнечной энергии	Выбросы углерода от производства солнечных панелей

Плюсы солнечной энергии

Как для индивидуальных домовладельцев, так и для разработчиков электростанций общего пользования солнечная энергия является самой дешевой энергией почти во всех частях мира. Государственные стимулы делают ее еще более привлекательной в качестве инвестиций. После установки ее практически нулевые эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание означают, что она заменяет ископаемое топливо, такое как уголь и природный газ. А ее нулевые выбросы и возобновляемый источник энергии (солнце) сокращают загрязнение воздуха и выбросы парниковых газов, вызывающих изменение климата.

Доступность

Солнечная энергия сейчас является самой дешевой формой электричества почти во всех частях мира. Затраты на солнечную электроэнергию упали на 90% в период с 2009 по 2020 год, и теперь дешевле построить новую солнечную электростанцию ​​в масштабах коммунального предприятия, чем поддерживать работающую угольную электростанцию. Ожидается, что в масштабах производства солнечная энергия будет соответствовать так называемому закону Свенсона, который гласит, что стоимость солнечных панелей снижается на 20% с каждым удвоением их производства. В 2010 году один киловатт-час (кВт⋅ч) солнечной электроэнергии стоил около 37 центов. По прогнозам, к 2030 году он будет стоить 2 цента, а к 2050 году – половину одного цента. (2)

Большая часть стоимости солнечной энергии приходится на установку, но поскольку солнечный свет является бесплатным, «солнечные ресурсы обычно производят энергию с нулевыми (или даже отрицательными) предельными затратами.» Предельные затраты – это затраты, необходимые для производства одной дополнительной единицы продукта. Руководители электросетей часто покупают электроэнергию у поставщиков по предельным затратам, поэтому солнечная энергия часто превосходит уголь на энергетических рынках. (3)

Государственные стимулы

Налоговые льготы позволяют домовладельцам вычитать процент от стоимости установки солнечных панелей из их годового налогового бремени. По состоянию на начало 2021 года этот кредит составлял 26% от стоимости солнечной фотоэлектрической системы. Государственные стимулы также существуют в зависимости от вашего места проживания, и электроэнергетические компании также могут предлагать скидки, которые исключаются из подоходного налога. Владельцы солнечных фотоэлектрических систем также могут получать платежи за сертификаты возобновляемой энергии (REC), которые коммунальные предприятия или другие корпорации могут покупать, чтобы компенсировать выбросы углерода. Федеральные налоговые льготы также применяются к домовладельцам за установку в доме аккумуляторных батарей для хранения энергии, производимой их солнечными панелями. (4)

Низкие эксплуатационные расходы

После установки обслуживание солнечных панелей минимально, что является одной из причин того, что предельные затраты на солнечную энергию так низки. Дождь очищает большинство солнечных панелей. И хотя снег может покрывать солнечные панели и препятствовать преобразованию энергии, снег относительно быстро тает на наклонном стекле панелей, а альбедо (отраженный свет) от заснеженной крыши или поля увеличивает солнечное излучение, которое могут собирать панели. Солнечные инверторы, которые преобразуют электричество постоянного тока, вырабатываемое панелями, в электричество переменного тока, которое подается в дома и в сеть, служат от 10 до 15 лет, прежде чем их потребуется заменить. Производители часто гарантируют 25-летний срок службы самих панелей, поскольку они не имеют движущихся частей. Эффективность солнечных панелей снижается примерно на 0,5% в год. Даже если скорость деградации будет вдвое выше, солнечные панели все равно будут работать на 74% через 30 лет.

Нулевые выбросы

По данным Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL), солнечная система на крыше, обеспечивающая все потребности среднего домохозяйства в электроэнергии в течение всего срока службы системы, может предотвратить выброс 200 тонн углекислого газа в атмосферу. Это эквивалентно тому, что каждый год убирают с дороги четыре автомобиля с бензиновым двигателем или ездят на 87 000 километров меньше, чем каждый год. (5)

Хотя производство и окончательная утилизация солнечных панелей сопряжена с экологическими издержками, отрасль солнечной энергетики не подвержена экологическим бедствиям, связанным с огромными человеческими жертвами и затратами на очистку. Не существует таких вещей, как солнечные разливы, солнечные выбросы, солнечные пожары в скважинах, солнечные расплавления, обрушения солнечных шахт, взрывы солнечных трубопроводов, солнечные стоки, столкновения солнечных танкеров, крушение солнечных поездов или утечки на солнечных перерабатывающих заводах. Действительно, в результате того, что солнечная энергия помогает снизить зависимость от угля, выбросы углерода от угля в электроэнергетическом секторе сократились более чем на 50% за тот же период. (6)

Минусы солнечной энергии

Несмотря на то, что сегодня это наименее дорогая форма энергии, препятствия на пути широкого распространения солнечной энергии остаются. Как упоминалось выше, солнечная промышленность выросла в десять раз за последнее десятилетие, однако на нее по-прежнему приходится менее 5% мирового производства электроэнергии. Солнечная энергия по своей природе изменчива, она может быть дорогостоящей, а первоначальное производство и окончательная утилизация солнечных панелей может иметь высокие экологические затраты. Барьеры на пути к солнечной энергии уменьшаются, но все еще необходимо добиться прогресса, чтобы солнечная энергия могла выполнить свое обещание по обеспечению действительно устойчивой энергией.

Высокие первоначальные затраты

Несмотря на снижение стоимости – по данным Международного энергетического агентства, с 2010 года количество солнечных систем в жилых домах упало почти на две трети – установка солнечных панелей в доме по-прежнему обходится дорого, учитывая, что большая часть затрат на установку приходится на рабочую силу и оборудование. Налоговые льготы могут значительно сократить первоначальные затраты на солнечную систему, потребители с низкими доходами могут не задолжать достаточно налогов, чтобы воспользоваться этими льготами. Конечно, нужно иметь собственность, на которой можно установить панели, что исключает многих арендаторов. Программы коммунальной солнечной энергии позволяют потребителям солнечной энергии либо распределять авансовые затраты между многими участниками солнечной фермы, либо ежемесячно подписываться на местного поставщика солнечной энергии без каких-либо предварительных затрат. (7, 8)

Беспокойство среди коммунальных предприятий

Еще одним препятствием являются высокие капитальные затраты, которые влияют на то, что коммунальные предприятия иногда медленно используют солнечную энергию, что может привести к тому, что клиенты столкнутся с непредвиденными препятствиями и задержками. Столетняя национальная электросеть была построена для перетока электроэнергии в одном направлении – от коммунальных служб к потребителям. В конечном итоге добавление солнечной энергии к сети стабилизирует ее и снижает затраты на электроэнергию, но первоначальные затраты на модернизацию сети значительны, и могут возникать задержки с подключением новых потребителей.

Изменчивость в зависимости от воздействия солнца

Никого не должно удивлять, что солнце не светит ночью, что иногда бывает пасмурно, а зимние дни короче летних. Солнечная энергия по своей природе непостоянна и недоступна всякий раз, когда она необходима. Поскольку солнечная энергия становится все большей и большей частью мирового электроснабжения, проектировщики и менеджеры сетей должны найти творческие способы интеграции переменного возобновляемого электричества в энергосистему. Они полагаются на очень подробные прогнозы погоды, чтобы предсказать, сколько энергии будет доступно в ближайшие дни и часы, что делает солнечную энергию более предсказуемой. Расширение географического диапазона сети также позволяет менеджерам сети получать электроэнергию из областей и часовых поясов, где светит солнце, и доставлять ее в районы, где его нет.

Все чаще менеджеры сетей и владельцы домов могут хранить вырабатываемую солнечными панелями электроэнергию в больших аккумуляторах, чтобы сгладить изменчивость солнечной энергии. Новые аккумуляторные батареи продолжают устанавливать рекорды как самые емкие аккумуляторы в мире. В марте 2021 года Apple объявила о создании аккумулятора, способного хранить 240 мегаватт-час (МВт·ч) энергии, вырабатываемой ее солнечной фермой в Калифорнии. Этого количества энергии достаточно для питания более 7000 домов в течение одного дня. (9)

По состоянию на конец 2019 года 28% новых солнечных установок были подключены к аккумуляторам. Хранение энергии в той или иной форме является ведущим решением для интеграции переменных возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия, но отрасль аккумуляторов отстает, возможно, на десятилетие от солнечной отрасли с точки зрения разработки зрелой технологии с согласованными отраслевыми стандартами и масштабируемого производства. (10)

Неподвижность

Если вы переедете, вряд ли вы сможете взять с собой солнечные панели. Инвестиции в солнечную энергию обычно являются долгосрочным обязательством, и первоначальные вложения владельца могут окупиться через 7–10 лет. Это создает препятствия для людей, чьи жилищные условия более мобильны, например, съемщиков, или домовладельцев с солнечными панелями на крыше, которые решают продать свой дом. По данным Zillow Research, солнечные панели могут повысить ценность дома, однако не все потенциальные покупатели желают использовать солнечные панели в своем следующем доме или даже знают, как договариваться о покупке. (11)

Воздействие на окружающую среду

Хотя солнечные панели не выделяют выбросов парниковых газов, поскольку они производят электроэнергию для потребителей, производство и утилизация этих панелей оказывает воздействие на окружающую среду, которое необходимо решать. К ним относятся добыча сырья, производство сточных вод и опасных отходов во время производства, вопросы землепользования при размещении солнечных панелей и переработка панелей, которые больше не используются. По оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), к 2050 году ежегодно будет производиться 6 миллионов метрических тонн отходов от производства солнечной энергии. (12)

Недавние попытки решить эти проблемы включают усилия Green Electronics Council по повышению стандартов устойчивости путем создания «экомаркировки EPEAT» для солнечных фотоэлектрических модулей и инверторов; законы Европейского Союза, США и других стран, требующие надлежащей утилизации солнечных панелей; изменения в производственном процессе, которые уменьшают количество и токсичность отходов; повышение отслеживаемости материалов и методов во всей цепочке поставок солнечной энергии; и практики совместного размещения, которые объединяют сельское хозяйство и солнечные панели, а не панели, устраняющие ценные сельскохозяйственные земли. (13, 14, 15)

Подходит ли вам солнечная энергия?

Инвестирование в солнечную энергию может быть вторым по величине вложением в вашу жизнь после покупки дома. Это может быть так же дорого, как покупка нового автомобиля, но может прослужить дольше и быть гораздо менее привычным. Знание плюсов и минусов означает отсутствие неприятного сюрприза от дороговизны при разговоре с установщиком солнечных панелей. Также стоит присмотреться к магазинам, так как цены и варианты могут отличаться. К счастью, есть много разных способов перейти на солнечную энергию, и долгосрочная экономика будет преимуществом для вас.

Treehugger