Стоимость превращения солнечного света в электричество за последнее десятилетие снизилась более чем на 90 процентов. В настоящее время солнечная энергия является самой дешевой формой производства электроэнергии.
Работа выполнена? Не совсем. В настоящее время солнечная энергия работает хорошо при конкурентоспособных ценах и может помочь нам значительно сократить выбросы. Но поскольку солнечная энергия обеспечивает менее пяти процентов мирового производства электроэнергии, мы находимся только в самом начале пути.
Солнечная энергетика и будущее человечества
Солнечная энергия способна изменить нашу промышленность, транспорт и образ жизни - если мы доведем технологию до совершенства.
Сверхдешевая электроэнергия открывает огромные возможности: от превращения воды в экологически чистый водород для хранения энергии или использования в промышленных процессах до электрификации транспорта, энергетических систем и всего остального, для чего мы используем ископаемое топливо.
В прошлом году австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии изложило свое видение ультрадешевой солнечной энергии. Цель амбициозна, но достижима.
К 2030 году агентство хочет, чтобы эффективность коммерческих солнечных батарей достигла 30 процентов, по сравнению с 22 процентами сегодня. Оно хочет, чтобы стоимость крупномасштабной полной системы (панели, инверторы и передача энергии) снизилась на 50 процентов до 30 центов за ватт.
Для этого потребуются интенсивные исследования. Более 250 австралийских исследователей работают над достижением этих целей в Австралийском центре передовой фотовольтаики, в котором сотрудничают шесть университетов и CSIRO.
Устаревание кремния и поиск других материалов
Солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электричество без каких-либо движущихся частей. Когда солнечный свет попадает на кремний - материал, обычно используемый в солнечных батареях, - его энергия высвобождает электрон, способный перемещаться внутри материала, подобно тому, как электроны перемещаются в проводах.
Солнечные батареи на вашей крыше, вероятно, начинались как песок в пустыне, переплавленный и очищенный до 99,999% чистого поликремния. На протяжении десятилетий этот универсальный материал был основой успеха солнечной энергетики. Важно, что он масштабируется - от размера булавочной головки до массивов площадью в квадратный километр.
Но чтобы получить абсолютный максимум от солнечного света, падающего на эти панели, нам нужно выйти за рамки кремния. Мы не можем достичь эффективности в 30 процентов, используя только кремний.
Познакомьтесь с тандемной ячейкой - солнечным сэндвичем. Поскольку кремний может поглощать не более 34 процентов видимого света, исследователи сосредоточились на добавлении слоев других материалов для улавливания различных длин волн света.
Одним из вариантов являются перовскиты. Это семейство материалов можно напечатать или нанести покрытие из жидкого источника, что делает их дешевыми в обработке. Когда мы укладываем этот материал поверх кремния, мы видим значительный скачок в эффективности солнечных элементов.
Несмотря на многообещающие перспективы, все еще существуют проблемы, которые необходимо решить - в частности, обеспечение долговечности перовскитов в течение 20 с лишним лет, которые мы привыкли ожидать от кремниевых панелей.
Исследователи также рассматривают другие материалы, такие как полимеры и халькогениды - группа распространенных минералов, включая сульфиды, которые уже показали себя в тонких, гибких солнечных элементах.
Любой новый материал должен не только хорошо преобразовывать солнечный свет в электроны, но и быть распространенным в земной коре, доступным по низкой цене и достаточно стабильным, чтобы обеспечить длительный срок службы. Халькогениды, например, состоят из таких распространенных элементов, как медь, олово, цинк и сера.
Если мы сможем достичь 30-процентной эффективности, это принесет огромные дивиденды. Затраты на создание большой солнечной фермы сократятся. При более эффективных солнечных батареях для получения той же мощности потребуется меньше панелей и меньше земли.
Это также сделает ископаемое топливо еще менее конкурентоспособным. КПД угольных электростанций и автомобильных двигателей составляет около 33-35 процентов, то есть большая часть энергии, заключенной в ископаемом топливе, теряется в виде тепла и шума. Кроме того, необходимо платить за постоянную поставку топлива. Энергия солнца и ветра не требует никаких затрат, как только вы установите электростанцию.