Solkraft - Solar power

En solcellsanläggning på taket i Hong Kong

De första tre koncentrerad solenergi (CSP) enheter Spaniens Solnova solkraftverk i förgrunden, med PS10 och PS20 solenergi torn i bakgrunden

Denna karta över solresurser ger en sammanfattning av den beräknade solenergi som är tillgänglig för kraftproduktion och andra energitillämpningar. Det representerar den genomsnittliga dagliga/årliga summan av elproduktion från ett 1 kW högt nätanslutet solcellskraftverk som täcker perioden 1994/1999/2007 (beroende på den geografiska regionen) till 2015. Källa: Global Solar Atlas

Del av en serie om
Hållbar energi
Energibesparing Kraftvärme Effektiv energianvändning Energilagring Grön byggnad Värmepump Mikrogenerering
Förnybar energi Vattenkraft Sol Vind Geotermisk Biobränsle Kolneutralt bränsle Förnybar energiomställning Marin energi
Hållbar transport Elektriskt fordon Grönt fordon Plug-in hybrid Avfasning av fossilt bränsle
Portal för förnybar energi  Kategori
v t e

Solenergi är omvandling av energi från solljus till elektricitet , antingen direkt med hjälp av solceller (PV), indirekt med hjälp av koncentrerad solenergi eller en kombination. Koncentrerade solenergisystem använder linser eller speglar och solspårningssystem för att fokusera ett stort solljus i en liten stråle. Fotovoltaiska celler omvandlar ljus till en elektrisk ström med hjälp av den fotovoltaiska effekten .

Solceller initialt enbart användes som en källa för elektricitet för små och medelstora applikationer, från kalkylatorn drivs av en enda solcell till avlägsna hus drivs med off-grid taket solcellssystem. Kommersiella koncentrerade solkraftverk utvecklades först på 1980 -talet. Eftersom kostnaderna för solel har minskat antalet nätanslutna solceller system har vuxit till miljontals och gigawatt skala solcellskraftverk byggs. Solar PV blir snabbt en billig, koldioxidsnål teknik för att utnyttja förnybar energi från solen.

Den International Energy Agency sade i 2021 att under sin "Net Zero 2050" scenario solenergi skulle bidra med cirka 20% av den globala energiförbrukningen och sol skulle vara världens största källan till elektricitet. Kina har flest solcellsanläggningar. År 2020 genererade solenergi 3,5% av världens el, jämfört med under 3% året innan. År 2020 låg den osubventionerade nivån på elkostnaden för solenergi i stor skala på $ 36/MWh, och installationskostnaden var cirka en dollar per DC-watt.

Vanliga tekniker

Många industriländer har installerat betydande solenergikapacitet i sina nät för att komplettera eller ge ett alternativ till konventionella energikällor medan ett ökande antal mindre utvecklade länder har vänt sig till solenergi för att minska beroendet av dyra importerade bränslen (se solenergi per land ) . Långdistansöverföring gör att fjärrförnybara energiresurser kan förskjuta fossilt bränsleförbrukning. Solkraftverk använder en av två tekniker:

• Fotovoltaiska (PV) system använder solpaneler , antingen på hustaken eller i markmonterade solfarmar , och omvandlar solljus direkt till elkraft.
• Koncentrerad solenergi (CSP, även känd som "koncentrerad solvärme") använder solvärme för att tillverka ånga, som därefter omvandlas till elektricitet av en turbin.

Fotovoltaiska celler

Schema över ett nätanslutet PV-kraftsystem för bostäder

En solcell , eller solcell (PV), är en enhet som omvandlar ljus till elektrisk ström med hjälp av den fotovoltaiska effekten . Den första solcellen konstruerades av Charles Fritts på 1880 -talet. Den tyska industrimannen Ernst Werner von Siemens var bland dem som insåg vikten av denna upptäckt. År 1931 utvecklade den tyska ingenjören Bruno Lange en fotocell med silver selenid istället för kopparoxid , även om prototypen selenceller omvandlade mindre än 1% av infallande ljus till elektricitet. Efter Russell Ohls arbete på 1940 -talet skapade forskarna Gerald Pearson, Calvin Fuller och Daryl Chapin kiselsolcellen 1954. Dessa tidiga solceller kostade 286 dollar/watt och uppnådde en effektivitet på 4,5–6%. År 1957 utvecklade Mohamed M. Atalla processen för passivering av kiselytan genom termisk oxidation vid Bell Labs . Ytpassiveringsprocessen har sedan dess varit avgörande för solcellens effektivitet .

Uppsättningen av ett solcellsanläggning , eller PV -system, producerar likström (DC) som varierar med solljusets intensitet. För praktisk användning kräver detta vanligtvis omvandling till vissa önskade spänningar eller växelström (AC), genom användning av växelriktare . Flera solceller är anslutna inuti moduler. Moduler kopplas ihop för att bilda matriser och kopplas sedan till en växelriktare, som producerar effekt vid önskad spänning, och för AC, önskad frekvens/fas.

Många bostäder PV -system är anslutna till nätet där det är tillgängligt, särskilt i utvecklade länder med stora marknader. I dessa nätanslutna PV-system är användning av energilagring valfritt. I vissa applikationer som satelliter, fyrar eller i utvecklingsländer läggs ofta batterier eller extra kraftgeneratorer till som backup. Sådana fristående kraftsystem tillåter drift på natten och vid andra tillfällen med begränsat solljus.

Koncentrerad solenergi

En parabolisk uppsamlare koncentrerar solljuset på ett rör i dess kontaktpunkt.

Koncentrerad solenergi (CSP), även kallad "koncentrerad solvärme", använder linser eller speglar och spårningssystem för att koncentrera solljus, använd sedan den resulterande värmen för att generera elektricitet från konventionella ångdrivna turbiner.

Det finns ett brett spektrum av koncentreringstekniker: bland de mest kända är det paraboliska tråget , den kompakta linjära Fresnel -reflektorn , maträtten Stirling och solkraftstornet . Olika tekniker används för att spåra solen och fokusera ljus. I alla dessa system värms en arbetsvätska upp av det koncentrerade solljuset och används sedan för elproduktion eller energilagring. Termisk lagring tillåter effektivt upp till 24-timmars elproduktion.

Ett paraboliskt tråg består av en linjär parabolisk reflektor som koncentrerar ljuset på en mottagare placerad längs reflektorens fokuslinje. Mottagaren är ett rör placerat längs kontaktpunkterna i den linjära parabolspegeln och är fylld med en arbetsvätska. Reflektorn är gjord för att följa solen under dagsljus genom att spåra längs en enda axel. Paraboliska trågsystem ger den bästa markanvändningsfaktorn för någon solteknik. De Solar Energy genererande system anläggningar i Kalifornien och Acciona s Nevada Solar One nära Boulder City, Nevada är representanter för denna teknik.

Compact Linear Fresnel Reflectors är CSP-växter som använder många tunna spegelremsor istället för paraboliska speglar för att koncentrera solljuset på två rör med arbetsvätska. Detta har fördelen att platta speglar kan användas som är mycket billigare än parabolspeglar, och att fler reflektorer kan placeras i samma utrymme, vilket gör att mer av det tillgängliga solljuset kan användas. Koncentrerande linjära fresnelreflektorer kan användas i antingen stora eller mer kompakta anläggningar.

De Stirling sol maträtt kombinerar en parabol koncentrering skålen med en stirlingmotor , som normalt driver en elektrisk generator. Fördelarna med Stirling solar framför solceller är högre effektivitet för att omvandla solljus till elektricitet och längre livslängd. Paraboliska skålsystem ger den högsta effektiviteten bland CSP -tekniker. 50 kW Big Dish i Canberra , Australien är ett exempel på denna teknik.

Ett solkraftstorn använder en rad spårningsreflektorer ( heliostat ) för att koncentrera ljuset på en central mottagare ovanpå ett torn. Krafttorn kan uppnå högre (termisk-till-el-omvandling) effektivitet än linjära spårnings-CSP-system och bättre energilagringsförmåga än skålomrörningsteknik. Den PS10 solkraftverk och PS20 solkraftverk är exempel på denna teknik.

Hybridsystem

Ett hybridsystem kombinerar (C) PV och CSP med varandra eller med andra former av produktion som diesel, vind och biogas . Den kombinerade produktionsformen kan göra det möjligt för systemet att modulera uteffekten som en funktion av efterfrågan eller åtminstone minska den fluktuerande karaktären hos solenergi och förbrukningen av icke-förnybart bränsle. Hybridsystem finns oftast på öar.

CPV/CSP -system

Ett nytt solcells-CPV/CSP-hybridsystem har föreslagits, som kombinerar solceller från koncentrator med icke-PV-teknik för koncentrerad solenergi, eller även känd som koncentrerad solvärme.

Integrerat solcellssystem (ISCC)

Den Hassi R'mel kraftverket i Algeriet är ett exempel på att kombinera CSP med en gasturbin, där en 25-megawatt CSP- paraboliska tråg array kompletterar en mycket större 130 MW kombinerad cykel gasturbinanläggning. Ett annat exempel är Yazd -kraftverket i Iran.

Fotovoltaisk termisk hybrid solfångare (PVT)

Även känd som hybrid PV/T, omvandlar solstrålning till termisk och elektrisk energi. Ett sådant system kombinerar en sol (PV) modul med en solvärmesamlare på ett komplementärt sätt.

Koncentrerad solceller och värme (CPVT)

Ett koncentrerat solcellshybridsystem liknar ett PVT -system. Den använder koncentrerad fotovoltaik (CPV) istället för konventionell PV -teknik och kombinerar den med en solvärmesamlare.

PV -dieselsystem

Den kombinerar ett solcellssystem med en dieselgenerator . Kombinationer med andra förnybara energikällor är möjliga och inkluderar vindkraftverk .

PV- termoelektriskt system

Termoelektriska eller "termovoltaiska" enheter omvandlar en temperaturskillnad mellan olika material till en elektrisk ström. Solceller använder endast högfrekvensdelen av strålningen, medan lågfrekvent värmeenergi går till spillo. Flera patent om användning av termoelektriska enheter tillsammans med solceller har registrerats.

Tanken är att öka effektiviteten hos det kombinerade sol/termoelektriska systemet för att omvandla solstrålningen till användbar el.

Utveckling och distribution

Utveckling av solenergiproduktion per region

Andel av elproduktion från solenergi, 2019

Tillväxt av solcells-solceller i halvlogskala sedan 1992

Tidiga dagar

Den tidiga utvecklingen av solteknik som började på 1860 -talet drevs av en förväntan om att kol snart skulle bli knappt, till exempel experiment av Augustin Mouchot . Charles Fritts installerade världens första solcellsanläggning på taket med hjälp av 1%-effektiva selenceller på ett tak i New York 1884. Utvecklingen av solteknik stagnerade dock i början av 1900-talet inför den ökande tillgängligheten, ekonomin, och nyttan av kol och petroleum . År 1974 uppskattades att endast sex privata hem i hela Nordamerika var helt uppvärmda eller kylda av funktionella solenergisystem. Oljeembargot 1973 och energikrisen 1979 orsakade en omorganisation av energipolitiken runt om i världen och väckte ny uppmärksamhet åt utvecklingen av solteknik. Distributionsstrategier fokuserade på incitamentsprogram som Federal Photovoltaic Utilization Program i USA och Sunshine -programmet i Japan. Andra insatser inkluderade bildandet av forskningsanläggningar i USA (SERI, nu NREL ), Japan ( NEDO ) och Tyskland ( Fraunhofer ISE ). Mellan 1970 och 1983 växte installationer av solcellsanläggningar snabbt, men fallande oljepriser i början av 1980 -talet dämpade tillväxten av solceller från 1984 till 1996.

Mitten av 1990-talet till början av 2010-talet

I mitten av 1990-talet började utvecklingen av både solceller på taket och kommersiella solceller såväl som solcellsanläggningar i ny skala att accelerera igen på grund av försörjningsproblem med olja och naturgas, problem med global uppvärmning och PV: s ekonomiska ställning i förhållande till annan energiteknik. I början av 2000 -talet ledde antagandet av inmatningstariffer- en politisk mekanism, som ger förnybar energi prioritet på nätet och definierar ett fast pris för den genererade elen-till en hög investeringssäkerhet och till ett stigande antal PV-distributioner i Europa.

Nuvarande status

Under flera år drevs världsomspännande tillväxt av solceller från europeisk distribution , men har sedan flyttat till Asien, särskilt Kina och Japan , och till ett växande antal länder och regioner över hela världen, inklusive, men inte begränsat till, Australien , Kanada , Chile , Indien , Israel , Mexiko , Sydafrika , Sydkorea , Thailand och USA . År 2012 blev Tokelau det första landet som helt drivs av solceller, med ett 1 MW -system som använder batterier för nattkraft.

Världsomspännande tillväxt av solceller har i genomsnitt varit 40% per år från 2000 till 2013 och den totala installerade kapaciteten nådde 303 GW i slutet av 2016 med Kina som hade de mest kumulativa installationerna (78 GW) och Honduras med den högsta teoretiska andelen årlig elanvändning som kunde genereras av solceller (12,5%). De största tillverkarna finns i Kina.

Koncentrerad solenergi (CSP) började också växa snabbt och ökade dess kapacitet nästan tiofaldigt från 2004 till 2013, om än från en lägre nivå och involverade färre länder än solceller. I slutet av 2013 nådde den globala kumulativa CSP-kapaciteten 3425 MW.

Prognoser

Faktiska årliga distributioner av solceller jämfört med förutsägelser från IEA för perioden 2002-2016. Prognoser har i stort och konsekvent underskattat den faktiska tillväxten.

År 2010 förutspådde International Energy Agency att den globala solcells -kapaciteten skulle kunna nå 3000 GW eller 11% av den beräknade globala elproduktionen år 2050 - tillräckligt för att generera 4500  TWh el. Fyra år senare, 2014, beräknade byrån att solenergi under sitt scenario med "hög förnybar energi" skulle kunna leverera 27% av den globala elproduktionen år 2050 (16% från PV och 11% från CSP).

Enligt en studie från 2021 uppskattas den globala elproduktionspotentialen för solpaneler på taket till 27 PWh per år till en kostnad från $ 40 (Asien) till $ 240 per MWh (USA, Europa). Dess praktiska realisering beror dock på tillgängligheten och kostnaden för skalbara lösningar för ellagring.

Solcellsanläggningar

Den Desert Sunlight Solar Farm är en 550 MW kraftverk i Riverside County, Kalifornien , som använder tunnfilms CdTe solcellsmoduler gjorda av First Solar . I november 2014 var Topaz Solar Farm på 550 megawatt det största solcellsanläggningen i världen. Detta överträffades av 579 MW Solar Star -komplexet. Den nuvarande största solcellsanläggningen i världen är Pavagada Solar Park , Karnataka, Indien med en produktionskapacitet på 2050 MW.

Koncentrerande solkraftverk

Ivanpah Solar Electric Generating System med alla tre torn under belastning under februari 2014, med bergskedjan Clark sett på avstånd

En del av 354 MW solenergiproduktionssystem (SEGS) paraboliska genom solkomplex i norra San Bernardino County, Kalifornien

Kommersiella koncentrerade solkraftverk (CSP), även kallade "solvärmekraftverk", utvecklades först på 1980 -talet. 377 MW Ivanpah Solar Power Facility , som ligger i Kaliforniens Mojave -öken, är världens största solkraftverksprojekt. Andra stora CSP -anläggningar inkluderar Solnova Solar Power Station (150 MW), Andasol solar power station (150 MW) och Extresol Solar Power Station (150 MW), alla i Spanien. Den huvudsakliga fördelen med CSP är möjligheten att effektivt lägga till termisk lagring, vilket gör att el kan skickas upp till en 24-timmarsperiod. Eftersom toppbehovet för el normalt inträffar vid cirka 17 -tiden använder många CSP -kraftverk 3 till 5 timmars termisk lagring.

Ekonomi

Kostnad per watt

Swansons lag - PV -inlärningskurvan

Solar PV- LCOE för Europa fram till 2020 (i euro-cts. Per kWh )

Ekonomisk solcellskapacitet kontra installationskostnad i USA med och utan federal Investment Tax Credit (ITC)

De typiska kostnadsfaktorerna för solenergi inkluderar kostnaderna för modulerna, ramen för att hålla dem, ledningar, växelriktare, arbetskostnader, eventuell mark som kan krävas, nätanslutning, underhåll och solisolering som platsen kommer att få.

Fotovoltaiska system använder inget bränsle, och moduler håller vanligtvis 25 till 40 år. Således utgör kapitalkostnaderna det mesta av kostnaden för solenergi. Drift- och underhållskostnader för nya solcellsanläggningar i USA beräknas uppgå till 9 procent av kostnaden för solceller och 17 procent av kostnaden för solvärmeel. Regeringar har skapat olika ekonomiska incitament för att uppmuntra användning av solenergi, till exempel inmatningstariffprogram . Dessutom förnybara portfölj standarder införa regeringens uppdrag att verktyg genererar eller förvärva en viss andel av förnybar energi oavsett ökade energikostnader upphandling.

Nuvarande installationspriser

År 2021 kostade solenergi för bostäder från 2 till 4 dollar/watt (men bältros för solen kostar mycket mer) och energikostnaderna för solenergi var cirka $ 1/watt.

Produktivitet efter plats

Produktiviteten för solenergi i en region beror på solens strålning , som varierar under dagen och påverkas av latitud och klimat . Det beror också på temperaturen och de lokala smutsförhållandena .

De platser med högsta årliga solstrålning ligger i de torra tropikerna och subtropen. Öken som ligger på låga breddgrader har vanligtvis få moln och kan ta emot solsken i mer än tio timmar om dagen. Dessa heta öknar bildar det globala solbältet som cirkulerar världen. Detta bälte består av omfattande områden i norra Afrika , södra Afrika , sydvästra Asien , Mellanöstern och Australien , samt de mycket mindre öknarna i Nord- och Sydamerika . Afrikas östra Sahara -öken , även känd som den libyska öknen , har observerats vara den soligaste platsen på jorden enligt NASA.

Olika mätningar av solbestrålning (direkt normal bestrålning, global horisontell strålning) kartläggs nedan:

• 

  Nordamerika

• 

  Sydamerika

• 

  Europa

• 

  Afrika och Mellanöstern

• 

  Syd- och Sydostasien

• 

  Australien

• 

  Värld

Nivåkostnad för el

PV -industrin har antagit kostnadsnivå för el (LCOE) som kostnadsenhet. Den genererade elektriska energin säljs i enheter kilowattimmar (kWh). Som en tumregel, och beroende på den lokala insolationen , genererar 1 watt-topp av installerad solceller PV-kapacitet cirka 1 till 2 kWh el per år. Detta motsvarar en kapacitetsfaktor på cirka 10–20%. Produkten av den lokala elkostnaden och insolationen avgör jämnpunkten för solenergi. Den internationella konferensen om solcellsinvesteringar, som anordnas av EPIA , har uppskattat att solcellsanläggningar kommer att betala tillbaka sina investerare om 8 till 12 år. Som ett resultat har det sedan 2006 varit ekonomiskt för investerare att installera solceller gratis mot ett långsiktigt energiköpsavtal . Femtio procent av kommersiella system i USA installerades på detta sätt 2007 och över 90% 2009.

Shi Zhengrong har sagt att från 2012 var unsubsidierad solenergi redan konkurrenskraftig med fossila bränslen i Indien, Hawaii, Italien och Spanien. Han sa "Vi är vid en vändpunkt. Förnybara energikällor som sol och vind är inte längre en lyx för de rika. De börjar nu tävla i den verkliga världen utan subventioner". "Solkraft kommer att kunna konkurrera utan subventioner mot konventionella kraftkällor i halva världen till 2015".

Palo Alto California tecknade ett grossistköpsavtal 2016 som säkrade solenergi för 3,7 cent per kilowattimme. Och i soliga Dubai såldes storskalig solgenererad elektricitet 2016 för bara 2,99 cent per kilowattimme-"konkurrenskraftig med någon form av fossilbaserad el-och billigare än de flesta." År 2020 lyckades UNDP-projektet "Enhanced Rural Resilience in Jemen" (ERRY)-som använder samhällsägda solmikronät-sänka energikostnaderna till bara 2 cent per timme (medan dieselgenererad el kostar 42 cent per timme). Från och med oktober 2020 är den osubventionerade nivåiserade elkostnaden för solenergi i stor skala cirka $ 36/MWh.

Nätparitet

Nätparitet, den punkt vid vilken kostnaden för solceller är lika med eller billigare än elnätets pris , uppnås lättare i områden med riklig sol och höga kostnader för el, till exempel i Kalifornien och Japan . År 2008 var den utjämnade kostnaden för el för solceller 0,25 dollar/kWh eller mindre i de flesta OECD -länder. I slutet av 2011 förutspåddes den fullastade kostnaden att falla under $ 0,15/kWh för större delen av OECD och uppnå $ 0,10/kWh i soligare regioner. Dessa kostnadsnivåer driver tre framväxande trender: vertikal integration av försörjningskedjan, ursprung för energiköpsavtal (PPA) med solkraftsföretag och oväntad risk för traditionella kraftproduktionsföretag, nätoperatörer och vindkraftverkstillverkare .

Nätparitet uppnåddes först i Spanien 2013, Hawaii och andra öar som annars använder fossilt bränsle ( diesel ) för att producera el, och de flesta av USA förväntas nå nätparitet till 2015.

År 2007 förutspådde General Electrics chefsingenjör nätparitet utan subventioner i soliga delar av USA cirka 2015; andra företag förutspådde ett tidigare datum: kostnaden för solenergi kommer att ligga under nätpariteten för mer än hälften av privatkunderna och 10% av kommersiella kunder i OECD , så länge priserna på elnät inte sjunker under 2010.

Egenkonsumtion

Vid självförbrukning av solenergi beräknas återbetalningstiden utifrån hur mycket el som inte köps från elnätet. I många fall sammanfaller dock inte generations- och konsumtionsmönstren, och en del eller hela energin matas tillbaka till nätet. Elen säljs, och vid andra tillfällen när energi tas från nätet köps el. De relativa kostnaderna och priserna som erhålls påverkar ekonomin. På många marknader är priset som betalas för såld PV -elektricitet betydligt lägre än priset på köpt el, vilket stimulerar till egenförbrukning. Dessutom har separata incitament för egenförbrukning använts i t.ex. Tyskland och Italien. Reglering av nätinteraktion har också inkluderat begränsningar av nätinmatning i vissa regioner i Tyskland med stora mängder installerad PV-kapacitet. Genom att öka egenförbrukningen kan nätinmatningen begränsas utan inskränkning , vilket slöser med el.

En bra matchning mellan generation och konsumtion är nyckeln till hög egenförbrukning. Matchen kan förbättras med batterier eller kontrollerbar elförbrukning. Batterier är dock dyra och lönsamheten kan kräva tillhandahållande av andra tjänster från dem förutom att egenförbrukningen ökar. Varmvattentankar med elektrisk uppvärmning med värmepumpar eller motståndsvärmare kan ge billig kostnad för egenförbrukning av solenergi. Växlingsbara laster, som diskmaskiner, torktumlare och tvättmaskiner, kan ge kontrollerbar förbrukning med endast en begränsad effekt på användarna, men deras effekt på egenförbrukning av solenergi kan vara begränsad.

Energipris och incitament

Det politiska syftet med incitamentspolitiken för PV är att underlätta en första småskalig distribution för att börja växa industrin, även om kostnaden för PV är betydligt över nätparitet, för att göra det möjligt för industrin att uppnå de stordriftsfördelar som är nödvändiga för att nå nätet paritet. Den politik genomförs för att främja nationell energioberoende, högteknologiska skapande av arbetstillfällen och minskning av koldioxid ₂ utsläpp. Tre incitamentsmekanismer används ofta i kombination som investeringssubventioner: myndigheterna återbetalar en del av kostnaden för installation av systemet, elnätet köper PV -el från producenten under ett flerårskontrakt till en garanterad ränta och Solar Renewable Energy Certificates (SRECs) )

Rabatter

Med investeringssubventioner faller den finansiella bördan på skattebetalaren, medan med inmatningstaxor fördelas extrakostnaden över verktygens kundbaser. Även om investeringssubventionen kan vara enklare att administrera, är främsta argumentet för inmatningstariffer uppmuntran till kvalitet. Investeringssubventioner betalas ut som en funktion av det installerade systemets typskyltkapacitet och är oberoende av dess faktiska effektutbyte över tid, vilket belönar överdriven effekt och tolererar dålig hållbarhet och underhåll. Vissa elföretag erbjuder rabatter till sina kunder, till exempel Austin Energy i Texas , som erbjuder 2,50 dollar/watt installerat upp till 15 000 dollar.

Nätmätning

Nätmätning , till skillnad från en inmatningstariff , kräver bara en meter, men den måste vara dubbelriktad.

Vid nettomätning är priset på den producerade elen samma som det pris som levereras till konsumenten, och konsumenten debiteras skillnaden mellan produktion och förbrukning. Nätmätning kan vanligtvis göras utan ändringar av vanliga elmätare , som mäter strömmen i båda riktningarna exakt och automatiskt rapporterar skillnaden, och eftersom det gör det möjligt för husägare och företag att generera el vid en annan tid än förbrukning, effektivt använda nätet som en gigantiskt lagringsbatteri. Med nettomätning faktureras underskott varje månad medan överskott rullas över till följande månad. Bästa praxis kräver ständig övergång av kWh -krediter. Överskottskrediter vid tjänstens upphörande förloras eller betalas antingen med en ränta från grossist till detaljhandel eller högre, vilket kan vara överskott av årliga krediter. I New Jersey betalas årliga överskottskrediter till grossistpriset, liksom rester kvar när en kund avslutar tjänsten.

Inmatningstariffer (FIT)

Med inmatningstariffer faller den ekonomiska bördan på konsumenten. De belönar antalet kilowattimmar som produceras under en lång tid, men eftersom takten är fastställd av myndigheterna kan det resultera i upplevd överbetalning. Priset per kilowattimme under en inmatningstariff överstiger priset på elnät. Nätmätning avser fallet där priset som verktyget betalar är samma som det pris som tas ut.

Komplexiteten i godkännanden i Kalifornien, Spanien och Italien har förhindrat jämförbar tillväxt med Tyskland trots att avkastningen på investeringen är bättre. I vissa länder erbjuds ytterligare incitament för byggintegrerade solceller (BIPV) jämfört med fristående PV:

• Frankrike + 0,16 euro /kWh (jämfört med halvintegrerat) eller + 0,27 euro /kWh (jämfört med fristående)
• Italien + EUR 0,04–0,09 kWh
• Tyskland + 0,05 EUR/kWh (endast fasader)

Solar Renewable Energy Credits (SREC)

Alternativt möjliggör Solar Renewable Energy Certificates (SREC) en marknadsmekanism för att fastställa priset på det solgenererade elbidraget. I denna mekanism sätts målet för produktion eller förbrukning av förnybar energi, och energiförsörjningen (mer tekniskt sett Load Serving Entity) är skyldig att köpa förnybar energi eller få böter (Alternativ Compliance Payment eller ACP). Producenten krediteras för en SREC för varje 1000 kWh el som produceras. Om verktyget köper denna SREC och går i pension, undviker de att betala ACP. I princip levererar detta system den billigaste förnybara energin eftersom alla solcellsanläggningar är berättigade och kan installeras på de flesta ekonomiska platser. Osäkerheter om SREC: s framtida värde har lett till att långsiktiga SREC-kontraktsmarknader ger klarhet i sina priser och gör det möjligt för solutvecklare att förförsälja och säkra sina krediter.

Ekonomiska incitament för solceller skiljer sig åt mellan länder, inklusive Australien , Kina , Tyskland , Israel , Japan och USA och till och med mellan stater i USA.

Den japanska regeringen drev genom sitt ministerium för internationell handel och industri ett framgångsrikt subventioneringsprogram från 1994 till 2003. Vid slutet av 2004 ledde Japan världen med installerad PV -kapacitet med över 1,1  GW .

År 2004 införde den tyska regeringen det första storskaliga inmatningstariffsystemet enligt den tyska lagen om förnybar energi , vilket resulterade i en explosiv tillväxt av solcellsanläggningar i Tyskland. Till en början var FIT över 3x detaljpriset eller 8x industripriset. Principen bakom det tyska systemet är ett 20-årigt schablonavtal. Värdet på nya kontrakt är programmerat att minska varje år, för att uppmuntra industrin att föra över lägre kostnader till slutanvändarna. Programmet har varit mer framgångsrikt än väntat med över 1 GW installerat 2006, och politiskt tryck ökar för att sänka avgiften för att minska den framtida bördan för konsumenterna.

Därefter Spanien , Italien , Grekland-som fick en tidig framgång med inhemska solvärmeinstallationer för varmvattenbehov-och Frankrike införde inmatningstariffer. Ingen har dock replikerat den programmerade minskningen av FIT i nya kontrakt, vilket gör det tyska incitamentet relativt mindre och mindre attraktivt jämfört med andra länder. Kalifornien, Grekland, Frankrike och Italien har 30–50% mer insolation än Tyskland vilket gör dem ekonomiskt mer attraktiva.

Nätintegrering

Konstruktion av salttankarna som ger effektiv värmeenergilagring så att utmatning kan tillhandahållas efter solnedgången och produktionen kan schemaläggas för att möta efterfrågekraven. 280 MW Solana Generation Station är utformad för att ge sex timmars energilagring. Detta gör att anläggningen kan generera cirka 38% av sin nominella kapacitet under ett år.

Värmeenergilagring . Den Andasol CSP Anläggningen använder tankar med smält salt för att lagra solenergi.

Pumpelagrad vattenkraft (PSH). Denna anläggning i Geesthacht , Tyskland, inkluderar också en solcellsanläggning.

Den överväldigande majoriteten av el som produceras världen över används omedelbart eftersom lagring vanligtvis är dyrare och eftersom traditionella generatorer kan anpassa sig till efterfrågan. Både solenergi och vindkraft är variabel förnybar energi , vilket innebär att all tillgänglig utgång måste tas när det är tillgängligt genom att flytta genom transmissionsledningar till där den kan användas nu . Eftersom solenergi inte är tillgänglig på natten är lagring av energin potentiellt en viktig fråga, särskilt i off-grid och för framtida 100% förnybara energiscenarier att ha kontinuerlig eltillgänglighet.

Solel är i sig variabel och förutsägbar efter tid på dagen, plats och årstider. Dessutom är solenergi intermittent på grund av dag/natt cykler och oförutsägbart väder. Hur stor en speciell utmaning solenergi är i ett givet elnät varierar betydligt. I en sommar toppverktyg är solenergi väl anpassad till kylbehovet under dagen. På vinternas toppverktyg förskjuter solenergi andra former av produktion, vilket minskar deras kapacitetsfaktorer .

I ett elsystem utan energilagring i nät måste produktionen från lagrade bränslen (kol, biomassa, naturgas, kärnkraft) gå upp och ner som reaktion på uppgång och fall av solenergi (se belastning efter kraftverk ). Medan vattenkraft- och naturgasanläggningar snabbt kan reagera på förändringar i belastning, tar kol-, biomassa- och kärnkraftsanläggningar vanligtvis lång tid att reagera på last och kan bara planeras följa den förutsägbara variationen. Beroende på lokala omständigheter, utöver cirka 20–40% av den totala generationen, tenderar nätanslutna intermittenta källor som sol att kräva investeringar i någon kombination av nätanslutningar , energilagring eller efterfrågesidans hantering . Integrering av stora mängder solenergi med befintlig generationsutrustning har i vissa fall orsakat problem. Till exempel, i Tyskland, Kalifornien och Hawaii, har elpriserna varit kända för att bli negativa när solenergi genererar mycket ström, vilket förskjuter befintliga baslastproduktionskontrakt .

Konventionell vattenkraft fungerar mycket bra tillsammans med solenergi; vatten kan hållas tillbaka eller släppas ut från en behållare efter behov. Om en lämplig flod inte är tillgänglig, använder vattenkraftverk med pumplagring solenergi för att pumpa vatten till en hög reservoar under soliga dagar, sedan återvinns energin på natten och i dåligt väder genom att släppa ut vatten via en vattenkraftverk till en låg reservoar där cykeln kan börja om. Denna cykel kan förlora 20% av energin till ineffektivitet tur och retur, detta plus byggkostnaderna ökar kostnaden för att implementera höga nivåer av solenergi.

Koncentrerade solkraftverk kan använda termisk lagring för att lagra solenergi, till exempel i högtemperatur smälta salter. Dessa salter är ett effektivt lagringsmedium eftersom de är billiga, har en hög specifik värmekapacitet och kan leverera värme vid temperaturer som är kompatibla med konventionella kraftsystem. Denna metod för energilagring används till exempel av Solar Two -kraftverket, så att den kan lagra 1,44  TJ i sin 68 m ³ lagertank, tillräckligt för att ge full effekt i nära 39 timmar, med en verkningsgrad på cirka 99% .

I fristående PV -system används traditionellt batterier för att lagra överflödig el. Med nätanslutet solcellssystem kan överskott av elektricitet skickas till elnätet . Nätmätning och inmatningstariffprogram ger dessa system en kredit för den el de producerar. Denna kredit kompenserar el som tillhandahålls från nätet när systemet inte kan tillgodose efterfrågan, och handlar effektivt med elnätet istället för att lagra överskottsel. Krediter rullas normalt över från månad till månad och eventuellt återstående överskott regleras årligen. När vind och sol är en liten bråkdel av nätkraften kan andra generationstekniker justera sin effekt på lämpligt sätt, men när dessa former av variabel kraft växer behövs ytterligare balans på nätet. Eftersom priserna snabbt sjunker använder PV -system alltmer laddningsbara batterier för att lagra ett överskott som senare ska användas på natten. Batterier som används för nätlagring kan stabilisera elnätet genom att utjämna toppbelastningar i cirka en timme eller mer. I framtiden kan billigare batterier spela en viktig roll på elnätet, eftersom de kan ladda under perioder då generationen överstiger efterfrågan och mata in sin lagrade energi i nätet när efterfrågan är högre än generationen.

Vanliga batteriteknologier som används i dagens PV-system i hemmet inkluderar ventilreglerat bly-syrabatteri- en modifierad version av det konventionella bly-syrabatteriet , nickel-kadmium och litiumjonbatterier . Blybatterier är för närvarande den dominerande tekniken som används i småskaliga PV-system för bostäder, på grund av deras höga tillförlitlighet, låga självurladdning och investeringar och underhållskostnader, trots kortare livslängd och lägre energitäthet. Litiumjonbatterier har potential att byta bly-syrabatterier inom en snar framtid, eftersom de utvecklas intensivt och lägre priser förväntas på grund av stordriftsfördelar från stora produktionsanläggningar som Gigafactory 1 . Dessutom kan Li-ion-batterierna i laddbara elbilar fungera som framtida lagringsenheter i ett fordon-till-nät- system. Eftersom de flesta fordon parkeras i genomsnitt 95% av tiden kan deras batterier användas för att låta elektricitet flöda från bilen till kraftledningarna och tillbaka. Andra laddningsbara batterier som används för distribuerade PV -system inkluderar natrium -svavel- och vanadiumredoxbatterier , två framträdande typer av smält salt respektive ett flödesbatteri .

Kombinationen av vind och solceller har fördelen att de två källorna kompletterar varandra eftersom topptiden för varje system inträffar vid olika tidpunkter på dygnet och året. Kraftproduktionen av sådana solhybridkraftsystem är därför mer konstant och fluktuerar mindre än vart och ett av de två komponentsubsystemen. Solenergi är säsongsbetonat, särskilt i norra/södra klimat, bort från ekvatorn, vilket tyder på ett behov av långsiktig säsongsförvaring i ett medium som väte eller pumpat vattenkraftverk. Institutet för solenergiförsörjningsteknologi vid University of Kassel testade ett kombinerat kraftverk som kopplar ihop sol, vind, biogas och vattenkraft för pumpad lagring för att ge lastföljande kraft från förnybara källor.

Forskning bedrivs också inom detta område av artificiell fotosyntes . Det innebär användning av nanoteknik för att lagra elektromagnetisk solenergi i kemiska bindningar, genom att dela vatten för att producera vätebränsle eller sedan kombinera med koldioxid för att göra biopolymerer som metanol . Många stora nationella och regionala forskningsprojekt om artificiell fotosyntes försöker nu utveckla tekniker som integrerar förbättrad ljusinsamling, kvantkoherensmetoder för elektronöverföring och billiga katalytiska material som fungerar under olika atmosfäriska förhållanden. Seniorforskare inom fältet har gjort det allmänna politiska fallet för ett globalt projekt om artificiell fotosyntes för att ta itu med kritiska energisäkerhets- och miljömässiga hållbarhetsfrågor.

Miljöpåverkan

En del av Senftenberg Solarpark , ett solcellsanläggning som ligger på tidigare gruvområden i närheten av staden Senftenberg , i Östra Tyskland. Anläggningens fas 1 på 78 MW slutfördes inom tre månader.

Till skillnad från fossilbränslebaserad teknik leder solenergi inte till några skadliga utsläpp under drift, men produktionen av panelerna leder till en viss mängd föroreningar.

Växthusgaser

De livscykel utsläpp av solenergi växthusgaser är i intervallet från 22 till 46 gram (g) per kilowattimme (kWh), beroende på om solvärme eller solceller analyseras, respektive. Med detta potentiellt minskat till 15 g/kWh i framtiden. För jämförelse (av viktade medelvärden) avger ett gaseldat kraftverk i en kombinerad cykel cirka 400–599 g/kWh, ett oljeeldat kraftverk 893 g/kWh, ett kolkraftverk 915–994 g/kWh och en geotermisk hög temperatur. kraftverk 91–122 g/kWh. Livscykelutsläppsintensiteten för vatten- , vind- och kärnkraft är lägre än solens från och med 2011 som publicerades av IPCC och diskuterades i artikeln Livscykelutsläpp av växthusgaser från energikällor . Liksom alla energikällor där deras totala livscykelutsläpp främst låg i konstruktions- och transportfasen, skulle övergången till låg koldioxideffekt vid tillverkning och transport av solcellsanordningar ytterligare minska koldioxidutsläppen. BP Solar äger två fabriker byggda av Solarex (en i Maryland, den andra i Virginia) där all energi som används för att tillverka solpaneler produceras av solpaneler. Ett 1-kilowatt-system eliminerar förbränning av cirka 170 pund kol, 300 pund koldioxid från att släppas ut i atmosfären och sparar upp till 400 liter vattenförbrukning varje månad.

US National Renewable Energy Laboratory ( NREL ), i harmoniseringen av de olika uppskattningarna av utsläpp av växthusgaser i livscykeln för solceller, fann att den mest kritiska parametern var solens insolering av platsen: Utsläppsfaktorer för växthusgaser för solceller är omvänt proportionella mot insolering . För en plats med insolering på 1700 kWh/m2/år, typisk för södra Europa, uppskattade NREL -forskare växthusgasutsläpp till 45 g CO
2e/kWh. Med samma antaganden, i Phoenix, USA, med isolering på 2400 kWh/m2/år, skulle utsläppsfaktorn för växthusgaser reduceras till 32 g CO ₂ e/kWh.

Den Nya Zeelands parlamentariska miljökommissionär fann att solceller skulle ha liten inverkan på landets utsläpp av växthusgaser. Landet genererar redan 80 procent av sin elektricitet från förnybara resurser (främst vattenkraft och geotermi) och nationella elanvändningstoppar på vinterkvällar medan solgenereringstoppar på sommareftermiddagar, vilket innebär att ett stort upptag av solceller kommer att sluta förskjuta andra förnybara generatorer före fossil -drivna kraftverk.

Tillverkning av solpaneler kräver kvävetrifluorid (NF ₃ ) som är en potent växthusgas och med ökad PV -produktion har dess användning ökat med över 1000% under de senaste 25 åren.

Energibetalning

Den energiåterbetalningstiden (EPBT) hos en effektgenererande system är den tid som krävs för att generera så mycket energi som förbrukas under produktionen och livslängd drift av systemet. På grund av förbättrad produktionsteknik har återbetalningstiden minskat konstant sedan PV -system introducerades på energimarknaden. År 2000 uppskattades energibetalningstiden för PV -system till 8 till 11 år och 2006 beräknades detta vara 1,5 till 3,5 år för PV -system för kristallint kisel och 1–1,5 år för tunnfilmsteknik (S. Europe). Dessa siffror sjönk till 0,75–3,5 år 2013, med i genomsnitt cirka 2 år för PV- och CIS -system för kristallint kisel.

En annan ekonomisk åtgärd, nära besläktad med återbetalningstiden för energi, är den energi som returneras på investerad energi (EROEI) eller energiavkastning på investering (EROI), vilket är förhållandet mellan el som genereras dividerat med den energi som krävs för att bygga och underhålla utrustningen. (Detta är inte samma sak som den ekonomiska avkastningen på investeringen (ROI), som varierar beroende på lokala energipriser, tillgängliga subventioner och mättekniker.) Med förväntad livstid på 30 år ligger EROEI för PV -system i intervallet 10 till 30, vilket genererar tillräckligt med energi under deras livstid för att reproducera sig många gånger (6–31 reproduktioner) beroende på vilken typ av material, systembalans (BOS) och systemets geografiska läge.

Vattenanvändning

Solenergi inkluderar anläggningar med bland de lägsta vattenförbrukningen per elenhet (solceller) och även kraftverk med den högsta vattenförbrukningen (koncentrerad solenergi med våtkylningssystem).

Fotovoltaiska kraftverk använder mycket lite vatten för drift. Livscykelvattenförbrukning för användningsskalor bedöms vara 45 liter (12 US gallon) per megawattimme för platt-PV-solceller. Endast vindkraft, som förbrukar i princip inget vatten under drift, har en lägre vattenförbrukningsintensitet.

Koncentrerande solkraftverk med våtkylsystem har å andra sidan de högsta vattenförbrukningsintensiteterna av någon konventionell typ av elkraftverk. endast fossila bränsleverk med kolavskiljning och lagring kan ha högre vattenintensitet. En studie från 2013 som jämförde olika elkällor fann att medianvattenförbrukningen vid koncentrering av solkraftverk med våtkylning var 3,1 kubikmeter per megawattimme (810 US gal /MWh) för kraftverk och 3,4 m ³ /MWh ( 890 US gal/MWh) för trågplantor. Detta var högre än den operativa vattenförbrukningen (med kyltorn) för kärnkraft vid 2,7 m ³ /MWh (720 US gal /MWh), kol vid 2,0 m ³ /MWh (530 US gal /MWh) eller naturgas vid 0,79 m ³ /MWh (210 US gal /MWh). En studie från 2011 av National Renewable Energy Laboratory kom till liknande slutsatser: för kraftverk med kyltorn var vattenförbrukningen under drift 3,27 m ³ /MWh (865 US gal /MWh) för CSP -tråg, 2,98 m ³ /MWh (786 US gal/MWh) för CSP -torn, 2,60 m ³ /MWh (687 US gal/MWh) för kol, 2,54 m ³ /MWh (672 US gal/MWh) för kärnkraft och 0,75 m ³ /MWh (198 US gal/MWh ) för naturgas. Solar Energy Industries Association noterade att Nevada Solar One genom CSP -anläggningen förbrukar 3,2 m ³ /MWh (850 US gal /MWh). Frågan om vattenförbrukning ökar eftersom CSP -anläggningar ofta ligger i torra miljöer där vatten är knappt.

År 2007 uppmanade den amerikanska kongressen energidepartementet att rapportera om sätt att minska vattenförbrukningen med CSP. Den efterföljande rapporten noterade att torkylningsteknik fanns tillgänglig som, trots att den var dyrare att bygga och driva, kunde minska vattenförbrukningen med CSP med 91 till 95 procent. Ett hybrid våt/torrt kylsystem kan minska vattenförbrukningen med 32 till 58 procent. En rapport från 2015 från NREL noterade att av de 24 driftande CSP -kraftverken i USA använde fyra torrkylsystem. De fyra torkylda systemen var de tre kraftverken vid Ivanpah Solar Power Facility nära Barstow, Kalifornien , och Genesis Solar Energy Project i Riverside County, Kalifornien . Av 15 CSP -projekt under uppbyggnad eller utveckling i USA i mars 2015 var 6 våta system, 7 var torra system, 1 hybrid och 1 ospecificerad.

Även om många äldre termoelektriska kraftverk med en gång genomkylande eller kylande dammar använder mer vatten än CSP, vilket innebär att mer vatten passerar genom sina system, återgår det mesta av kylvattnet till den vattenkropp som är tillgänglig för annan användning, och de förbrukar mindre vatten genom avdunstning. Till exempel använder mediankolkraftverket i USA med genomgående kylning 138 m ³ /MWh (36 350 US gal /MWh), men endast 0,95 m ³ /MWh (250 US gal /MWh) (mindre än en procent) går förlorad genom avdunstning. Sedan 1970-talet har majoriteten av de amerikanska kraftverken använt återcirkulerande system som kyltorn snarare än genomgående system.

Markanvändning, avskogning och motstånd mot bostäder

Livscykelens ytkraftstäthet för solenergi uppskattas till 6,63 W/m2, vilket är två storleksordningar mindre än fossila bränslen och kärnkraft . Kapacitetsfaktorn för PV är också relativt låg, vanligtvis under 15%. Som ett resultat kräver PV mycket större mängder landyta för att producera samma nominella mängd energi som källor med högre ytkraftstäthet och kapacitetsfaktor. Enligt en studie från 2021 skulle 80% från PV år 2050 kräva upp till 2,8% av den totala landmassan i Europeiska unionen och upp till 5% i länder som Japan och Sydkorea. Ockupation av så stora områden för PV -gårdar kommer sannolikt att driva bostadsmotstånd och leda till avskogning, avlägsnande av vegetation och ombyggnad av jordbruksmark.

En 2014-publicerad livscykelanalys av markanvändning för olika elkällor drog slutsatsen att en storskalig implementering av sol och vind potentiellt minskar föroreningsrelaterade miljöpåverkan. Studien fann att markanvändningsavtrycket, givet i kvadratmeterår per megawattimme (m ² a/MWh), var lägst för vind, naturgas och PV på taket, med 0,26, 0,49 respektive 0,59, och följde med solcells-PV med 7,9. För CSP var fotavtrycket 9 och 14, med hjälp av paraboliska tråg respektive soltorn. Det största fotavtrycket hade kolkraftverk med 18 m ² a/MWh. Studien utesluter kärnkraft och biomassa.

Industriella fotovoltaiska gårdar använder mycket utrymme på grund av relativt låg ytkraftstäthet och möter ibland invånare från lokalbefolkningen, särskilt i länder med hög befolkningstäthet eller när installationen innebär borttagning av befintliga träd eller buskar. Byggandet av Cleve Hill Solar Park i Kent ( Storbritannien ) bestående av 880'000 paneler upp till 3,9 m höga på 490 hektar mark mötte motstånd på grund av att inte bara "förstöra det lokala landskapet" utan också storskalig litiumjon batterianläggning som uppfattades som utsatt för en explosion. Solparken delade upp Greenpeace (som motsatte sig) och Jordens vänner (som stödde det). Liknande bekymmer om avskogning väcktes när stora mängder träd togs bort för installation av solfarmar i New Jersey och andra.

Andra problem

En fråga som ofta har väckt oro är användningen av kadmium (Cd), en giftig tungmetall som har en tendens att ackumuleras i ekologiska livsmedelskedjor . Den används som halvledarkomponent i CdTe -solceller och som ett buffertlager för vissa CIGS -celler i form av kadmiumsulfid . Mängden kadmium som används i tunnfilms solceller är relativt liten (5–10 g/m ² ) och med korrekt teknik för återvinning och utsläppskontroll kan kadmiumutsläppen från modulproduktion vara nästan noll. Nuvarande PV-teknik leder till kadmiumutsläpp på 0,3–0,9 mikrogram /kWh under hela livscykeln. De flesta av dessa utsläpp uppstår genom användning av kolkraft för tillverkning av modulerna, och förbränning av kol och brunkol leder till mycket högre utsläpp av kadmium. Livscykelkadmiumutsläpp från kol är 3,1 mikrogram/kWh, brunkol 6,2 och naturgas 0,2 mikrogram/kWh.

I en livscykelanalys har det noterats att om el producerad av solcellspaneler användes för att tillverka modulerna istället för el från brinnande kol, kunde kadmiumutsläpp från kolanvändning i tillverkningsprocessen helt elimineras.

När det gäller kristallina kiselmoduler innehåller lödmaterialet , som sammanfogar kopparnas strängar i cellerna, cirka 36 procent bly (Pb). Dessutom innehåller pastan som används för screentryck främre och bakre kontakter spår av Pb och ibland även Cd. Det uppskattas att cirka 1 000 ton Pb har använts för 100 gigawatt c-Si solcellsmoduler. Det finns dock inget grundläggande behov av bly i lödlegeringen.

Vissa mediekällor har rapporterat att koncentrerade solkraftverk har skadat eller dödat ett stort antal fåglar på grund av intensiv värme från de koncentrerade solstrålarna. Denna negativa effekt gäller inte solcellsanläggningar för solceller, och några av påståendena kan ha överdrivits eller överdrivits.

Medan den genomsnittliga solpanelens livstid uppskattas överstiga 20 år, kan höga temperaturer, sand eller väder påskynda åldringsprocessen avsevärt. På grund av stora utrymmeskrav från solenergi uppskattas att mängden giftigt (t.ex. kadmium) avfall som måste bearbetas är 300 gånger högre per energienhet än för kärnkraft . Återvinning är en stor utmaning på grund av de stora avfallsmängderna. År 2013 lämnade en amerikansk Solyndra solpark över 5670 ton farligt avfall efter att det gått i konkurs efter 4 års verksamhet.

Tillverkning av solpaneler kräver sällsynta jordartsmetaller som producerar radioaktivt avfall på låg nivå under gruvprocessen.

Internationella energimyndighetens studieprojekt efterfrågan på utvalda resurser som litium , grafit , kobolt , koppar , nickel och sällsynta jordartsmetaller kommer att stiga 4x år 2040 och konstaterar att otillräckligt utbud av dessa material matchar efterfrågan från förväntade storskaliga distributioner av decentraliserad teknik och vindkraft och nödvändiga nätuppgraderingar. Enligt en studie från 2018 skulle en betydande ökning av PV -solenergi kräva 3000% ökning av tillgången på dessa metaller till 2060, termisk sol - 6000%, vilket kräver en betydande ökning av gruvdriften.

Politiska frågor

Majoriteten av PV -panelerna tillverkas i Kina med kisel från en viss region i Xinjiang , vilket väcker oro över kränkningar av de mänskliga rättigheterna ( Xinjang interneringsläger ) samt beroende av leveranskedjan.

Framväxande teknik

Koncentrator solceller

CPV -moduler på tvåaxliga solspårare i Golmud, Kina

Koncentrator fotovoltaik (CPV) system använder solljus koncentrerat på fotovoltaiska ytor för elektrisk kraftproduktion . I motsats till konventionella fotovoltaiska system använder den linser och böjda speglar för att fokusera solljuset på små men mycket effektiva solceller med flera övergångar . Solkoncentratorer av alla sorter kan användas, och dessa är ofta monterade på en solspårare för att hålla fokuspunkten på cellen när solen rör sig över himlen. Självlysande solkoncentratorer (i kombination med en PV-solcell) kan också betraktas som ett CPV-system. Koncentrerad solceller är användbara eftersom de kan förbättra effektiviteten hos PV-solpaneler drastiskt.

Dessutom är de flesta solpaneler på rymdfarkoster också gjorda av högeffektiva solceller med flera övergångar för att få elektricitet från solljus när de arbetar i det inre solsystemet .

Floatovoltaics

Floatovoltaics är en växande form av PV -system som flyter på ytan av bevattningskanaler, vattenreservoarer, stenbrottssjöar och svansdammar. Flera system finns i Frankrike, Indien, Japan, Korea, Storbritannien och USA. Dessa system minskar behovet av värdefull landyta, sparar dricksvatten som annars skulle gå förlorat genom avdunstning och visar en högre effektivitet vid omvandling av solenergi , eftersom panelerna hålls vid en svalare temperatur än de skulle vara på land. Även om det inte flyter, inkluderar andra anläggningar med dubbla användningsområden med solenergi fiske .

Soluppgångstorn

Den sol updraft torn (SUT) är ett designkoncept för en förnyelsebar energi kraftverk för alstring av elektricitet från låg temperatur solvärme. Solsken värmer luften under en mycket bred växthusliknande takbunden samlarstruktur som omger den centrala basen i ett mycket högt skorstentorn . Den resulterande konvektionen orsakar uppvärmning av varmluft i tornet av skorstenseffekten . Detta luftflöde driver vindkraftverk , placerade i skorstenens uppdrag eller runt skorstenens bas, för att producera el . Från och med mitten av 2018, även om flera prototypmodeller har byggts, är inga praktiska enheter i full skala i drift. Uppskalade versioner av demonstrationsmodeller är planerade att generera betydande kraft. De kan också tillåta utveckling av andra applikationer, till exempel jordbruk eller trädgårdsodling, till vattenuttag eller destillation eller till förbättring av luftföroreningar i städerna

Perovskit solceller

En perovskit-solcell (PSC) är en typ av solceller som innehåller en perovskit-strukturerad förening, oftast ett hybridorganiskt-oorganiskt bly- eller tennhalidbaserat material, som det ljusskördande aktiva skiktet. Perovskitmaterial, såsom metylammonium-blyhalogenider och helt oorganiskt cesium-blyhalogenid, är billiga att producera och enkla att tillverka. Solcellseffektiviteten för laboratorieinstrument som använder dessa material har ökat från 3,8% 2009 till 25,5% år 2020 i enkelkorsningsarkitekturer och, i kiselbaserade tandemceller, till 29,15%, vilket överstiger den maximala verkningsgraden som uppnås vid enkel- korsning kisel solceller. Perovskitesolceller har därför varit den snabbast utvecklande soltekniken från och med 2016. Med potentialen att uppnå ännu högre effektivitet och mycket låga produktionskostnader har perovskitsolceller blivit kommersiellt attraktiva. Kärnproblem och forskningsämnen inkluderar deras stabilitet på kort och lång sikt.

Se även

Referenser

Källor

Vidare läsning

• Sivaram, Varun (2018). Tämja solen: Innovation för att utnyttja solenergi och driva planeten . Cambridge, MA: MIT Press. ISBN 978-0-262-03768-6.

externa länkar