Содержание
Производство солнечной электроэнергии быстро растет, но может ли она действительно доминировать в мировой энергетической системе? Вот что нам потребуется, чтобы обеспечить планету солнечным светом
Собирается ли солнечная энергетика завоевать мир? За последние несколько лет темпы ее внедрения заметно ускорились: в период с 2022 по 2024 год общая генерирующая мощность удвоится и будет обеспечивать 7% мирового производства электроэнергии. Насколько высока может быть эта цифра?
За первые шесть месяцев 2025 года ветровая и солнечная энергетика вместе преодолели историческую веху, впервые выработав больше энергии, чем уголь, и превратив возобновляемые источники энергии в ведущий мировой источник электроэнергии. Движущей силой этого “решающего поворотного момента” в переходе к энергетике, как охарактеризовал его британский аналитический центр Ember, стал рост солнечной энергетики. Согласно анализу Ember, в 2025 году на нее пришлось 83% общего роста мирового спроса на электроэнергию, и она уже три года подряд является крупнейшим источником новой электроэнергии в мире.
Секретное оружие солнечной энергии? Насколько она дешевая. Это самая дешевая электроэнергия в мире, при этом стоимость установки солнечной системы за последние 15 лет снизилась на 90%. “В настоящее время сами по себе кремниевые панели стоят столько же, сколько фанера”, — говорит Сэм Стрэнкс из Кембриджского университета.
Другими словами, у нас есть обильный и дешевый источник электроэнергии, который можно быстро построить практически в любой точке мира. Фантастично ли представлять, что однажды солнечная энергия сможет обеспечить энергией все?
На самом фундаментальном уровне поставки солнечной энергии на Землю практически безграничны. Даже если учесть показатели эффективности современных солнечных панелей, для удовлетворения всех мировых энергетических потребностей за счет солнечной энергии потребуется около 450 000 квадратных километров земли, говорится в отчете британского аналитического центра Carbon Tracker за 2021 год. Это всего лишь 0,3 процента от общемировой площади суши.
Кингсмилл Бонд, один из авторов отчета, который сейчас работает в Ember, говорит, что, хотя существуют “компромиссы”, когда речь заходит о землепользовании — например, солнечная энергетика может конкурировать с сельским хозяйством, – “в большинстве стран есть достаточно места для внедрения этих технологий”.
Новое поколение панелей
В таком случае возникает вопрос: что мешает солнечной энергии полностью занять место в мировом электроснабжении? Первая проблема — это эффективность. Кремниевые фотоэлектрические панели, которые составляют основную часть мирового рынка солнечной энергии, в настоящее время преобразуют около 20% солнечной энергии в электричество. Для сравнения, гидроэлектростанции преобразуют 90% потенциальной энергии в электричество, ветряные турбины — около 50%, а установки, работающие на ископаемом топливе, — от 30 до 40%.
В реальном выражении это означает, что вам нужно гораздо больше солнечных панелей, чтобы обеспечить такое же количество энергии, которое вы могли бы получать из других источников. Вот почему компании, занимающиеся солнечной энергетикой, и ученые усердно работают над повышением эффективности солнечных панелей в надежде, что повышение эффективности принесет двойную выгоду солнечной энергетике: еще более низкие затраты на систему и меньший спрос на землю.
Однако эффективность панелей из кристаллического кремния близка к пределу, которого они могут достичь, а КПД лучших в своем классе элементов в настоящее время составляет около 25%. “Практический предел использования кристаллического кремния, вероятно, составляет около 28%”, — говорит Дженни Нельсон из Имперского колледжа Лондона.
Повышение эффективности выше этого уровня потребует перехода к так называемому тандемному солнечному элементу, в котором используется второй полупроводник для увеличения количества энергии, которую элемент может извлекать из солнечного спектра. Наиболее перспективным вариантом считаются тандемные кремний-перовскитные элементы, теоретический КПД которых составляет около 50%. По словам Стрэнкса, в реальных условиях тандемные панели не достигают такого уровня эффективности, но могут достигать 35-37%.
После многих лет исследований первые солнечные панели в тандеме кремний-перовскит только начинают поступать в промышленное производство, и их необходимо протестировать в промышленности, чтобы понять, как долго они будут сохранять свои рабочие характеристики 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, с крыши или с улицы они не будут сильно отличаться, но они вырабатывают на 50% больше энергии, чем современные панели”, — говорит Стрэнкс. “Это большое изменение”.
Повышение эффективности не только еще больше сократит расходы, но и откроет новые возможности для внедрения, говорит Стрэнкс. Например, высокоэффективные панели могут использоваться для установки солнечных крыш на электромобилях, позволяя заряжать их аккумуляторы в течение дня. Накопленную энергию затем можно было бы использовать для транспортировки или использовать дома в вечернее время, предполагает он.
Решение проблемы хранения энергии
Такое нововведение могло бы помочь решить еще одну серьезную проблему, связанную с солнечной энергией, – ее непостоянство. Солнце, конечно, светит не все время. Для стран “солнечного пояса”, включая Индию, Мексику и многие африканские страны, это не такая большая проблема, поскольку солнце светит почти круглый год, а аккумуляторы можно использовать для накопления избыточной энергии в течение дня для использования в темное время суток. По данным BloombergNEF, только за последние два года стоимость литий-ионных аккумуляторов, использующих солнечную энергию и аккумуляторы для хранения данных, становится все более рентабельной: только за последние два года стоимость литий-ионных аккумуляторов снизилась на 40%.
“В конечном счете, единственным преимуществом ископаемого топлива перед солнечным светом в качестве источника электроэнергии является его способность к хранению”, — говорит Бонд. “И внезапно проблема с возможностью хранения была решена в 90% случаев с помощью одной технологии, которой является аккумулятор”.
Но в странах, расположенных дальше к северу, где зимние дни короткие и серые, все по-другому. “[Солнечная энергия] – это невероятно, изумительно качественный источник энергии с нулевым уровнем загрязнения окружающей среды и быстрой окупаемостью инвестиций в энергетику — это соответствует всем требованиям”, — говорит Эндрю Блейкерс из Австралийского национального университета в Канберре, Австралия. “Если вы не живете в Северной Европе, северо-Восточной Азии или на северо-востоке Соединенных Штатов, где летом много солнца, а зимой мало, то [солнечная энергия] просто самая лучшая”.
По словам Блейкерса, в странах с долгими и пасмурными зимами ветроэнергетика может во многом восполнить этот пробел. Но также потребуются решения для хранения энергии, которые могут обеспечивать запас энергии на недели или месяцы. Такое “межсезонное хранение” все еще находится в зачаточном состоянии, и лишь немногие решения работают в промышленных масштабах. Но гидроаккумулируемые хранилища, содержащие водород и сжатый воздух, могут дать ответ на эту загадку. Прогноз Блейкерса? “Аккумуляторы работают в краткосрочной перспективе, а гидронасосы — в долгосрочной”.
Политические проблемы
Если уж на то пошло, то проблемы эффективности и хранения — это те проблемы, которые легко решить. “Я думаю, что узкие места, вероятно, кроются в политике, последовательности в ее проведении, регулировании, корыстных интересах других отраслей”, — говорит Нельсон.
В качестве примера можно привести скептически настроенную к изменению климата администрацию Трампа в США. Ранее в этом месяце федеральные чиновники отменили масштабный проект по строительству солнечной энергии в Неваде, который мог бы стать одним из крупнейших в мире, и стал лишь последним в серии мер по сокращению программ финансирования солнечной энергетики и блокированию проектов.
Но Бонд считает, что переход к возобновляемой энергетике в настоящее время практически неизбежен, учитывая ее экономические преимущества перед традиционными источниками генерации. “Действующие компании могут сдерживать развитие солнечной энергетики в отдельных странах, в отдельных проектах и в отдельные годы”, — говорит он. “Нынешняя администрация Трампа делает все возможное, чтобы замедлить текущее внедрение возобновляемых источников энергии. Но на самом деле это означает лишь то, что они отстают в глобальной гонке за внедрением передовых технологий”.
Блейкерс соглашается, добавляя, что солнечная энергия может быть единственным способом удовлетворить быстрорастущий спрос на электроэнергию в центрах обработки данных с искусственным интеллектом. “Даже в США трудно представить, чтобы федеральное правительство решительно отключало солнечную энергию, потому что многим штатам это нравится, и это, безусловно, самый быстрый способ получить большое количество энергии”, — говорит он.
Другим серьезным препятствием на пути к экологически чистой энергетике является логистика. Существующие электросети нуждаются в модернизации, чтобы справляться с огромными и неустойчивыми поставками электроэнергии из новых районов. Более гибкая энергосистема, способная справляться со скачками выработки и даже корректировать спрос на электроэнергию в ответ на это, поможет максимально эффективно использовать экологически чистую энергию. Но создание таких энергосистем будущего стоит денег. Только в Великобритании энергетические компании планируют потратить 77 миллиардов фунтов стерлингов в течение следующих пяти лет на переоснащение передающей сети, чтобы справиться с переходом на ветровую и солнечную энергию.
В странах с низким уровнем дохода, где электросетевые сети еще не настолько развиты, страны могут быстрее приступить к созданию инфраструктуры, ориентированной на возобновляемые источники энергии, с самого начала, что позволит возобновляемым источникам энергии шире внедряться в электроснабжение. По данным Ember, на 10 так называемых стран БРИКС — Бразилию, Китай, Египет, Эфиопию, Индию, Индонезию, Иран, Россию, Южную Африку и Объединенные Арабские Эмираты – в настоящее время в совокупности приходится более половины мирового производства электроэнергии за счет солнечной энергии.
Более серьезной проблемой для стран является электрификация большей части их потребностей в энергии, от отопления до транспорта. Такой прогресс имеет решающее значение для сокращения использования ископаемого топлива в других отраслях мировой экономики. Как говорит Нельсон: “Если мы хотим обезуглерожить планету, то сначала нам нужно электрифицировать ее”. И здесь страны с низким уровнем дохода опережают страны с высоким уровнем дохода. По словам Эмбера, доля электроэнергии в конечном потреблении энергии в Китае в 2023 году достигнет 32%, что намного превысит уровень электрификации в 24% в США и более богатых европейских странах.
Будущее за солнечной энергией?
Несмотря на успех в этом году, технические, логистические и политические проблемы, описанные выше, могут замедлить внедрение солнечной энергии в некоторых странах в краткосрочной перспективе. Ранее в этом месяце Международное энергетическое агентство предсказало, что к концу десятилетия возобновляемая энергетика увеличится более чем вдвое, но, как ожидается, не достигнет международной цели по утроению мощности к той же дате. Агентство заявило, что политические изменения в США и проблемы, связанные с интеграцией солнечной энергии в энергосистемы, стали препятствием для расширения мощностей возобновляемых источников энергии.
Однако эксперты энергетического рынка уверены, что к середине столетия и далее солнечная энергия будет доминировать в мировом энергоснабжении. “К концу этого столетия совершенно очевидно, что мы будем получать всю нашу электроэнергию из возобновляемых источников, подавляющее большинство из которых будут солнечными”, — говорит Бонд, подсчитывая, что к 2100 году до 80% мировой электроэнергии будет вырабатываться за счет солнечной энергии. В дополнение к этому, по его прогнозам, по меньшей мере 80% мирового спроса на энергию будет обеспечено электричеством.
Политические препятствия, проблемы хранения энергии и инфраструктуры будут устранены на пути к началу революции в области зеленой энергетики. “Задача человека — превращать энергию в материал”, — говорит Бонд. “Мы используем энергию для всего. И вот, неожиданно, мы нашли этот дешевый универсальный источник энергии – конечно, мы собираемся разобраться с этим”.