Роль солнечных лучей в достижении целей устойчивого развития

Прямые вклады в достижение ключевых целей устойчивого развития

ЦУР 7: Доступная и чистая энергия

ЦУР 7 направлена на обеспечение всеобщего доступа к доступной, надежной, устойчивой и современной энергии к 2030 году. Солнечные батареи являются прямым решением: они преобразуют солнечный свет - бесплатный и обильный ресурс - в электричество без выбросов парниковых газов или потребления воды во время работы. Уровнированная стоимость электроэнергии от солнечной энергии в масштабе коммунальных услуг упала ниже, чем у угля и природного газа во многих регионах, что делает солнечную энергию самым дешевым источником новой генерации электроэнергии. В районах с высоким солнечным излучением и ограниченной сетевой инфраструктурой солнечные мини-сети предлагают более дешевую альтернативу дизельным генераторам. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), внесетевые решения в области возобновляемых источников энергии, в первую очередь солнечная, может обеспечить электричеством 60% из почти 800 миллионов человек в настоящее время без доступа.

Кроме того, солнечные батареи обеспечивают энергетическую независимость для домашних хозяйств и предприятий. Политика чистого учета позволяет продавать излишки электроэнергии обратно в сеть, сокращая счета за электроэнергию и обеспечивая возврат инвестиций. Общинные солнечные проекты позволяют арендаторам и тем, у кого нет подходящих крыш, получать выгоду от общих массивов, что еще больше расширяет доступ. Достижение ЦУР 7 потребует постоянной поддержки политики и инновационных механизмов финансирования, таких как модели оплаты по мере использования, которые уже доказали свою эффективность в Восточной Африке.

ЦУР 13: Климатические действия

Изменение климата является определяющей проблемой нашего времени, и солнечные батареи представляют собой один из наиболее эффективных инструментов для его смягчения. Замена электростанций на ископаемом топливе солнечными фотоэлектрическими системами позволяет избежать выбросов углекислого газа; по оценкам Международного энергетического агентства, солнечные фотоэлектрические и ветряные электростанции в совокупности позволили избежать выбросов CO2 в 2,5 гигатонны только в 2022 году. На каждый киловатт-час вырабатываемой солнечной электроэнергии по сравнению со средней сетевой смесью избегают примерно 0,5-1 кг CO2.

Чтобы соответствовать цели Парижского соглашения по ограничению глобального потепления до 1,5 ° C, миру необходимо утроить возобновляемые мощности к 2030 году. Солнечные батареи хорошо расположены для достижения значительной части этой цели из-за их модульного характера и снижения затрат. В дополнение к массивам, связанным с сетью, распределенная солнечная энергия на крыше может снизить потери передачи и повысить устойчивость сети. Однако полная климатическая выгода солнечных батарей зависит от решения проблем выбросов в течение жизненного цикла от производства и утилизации в конце срока службы - темы, обсуждаемые позже в этой статье.

Помимо сокращения выбросов, солнечные батареи также поддерживают адаптацию к климату. Например, водяные насосы на солнечных батареях обеспечивают ирригацию в подверженных засухе регионах, а системы охлаждения на солнечных батареях могут сохранять вакцины и продукты питания в районах, сталкивающихся с более высокими температурами. По мере увеличения частоты экстремальных погодных явлений децентрализованные солнечные батареи с аккумуляторным хранилищем предлагают резервный источник энергии для критически важных объектов, таких как больницы и аварийные убежища.

ЦУР 8: Достойный труд и экономический рост

Производство, установка и техническое обслуживание солнечных батарей являются трудоемкими видами деятельности, которые создают качественные рабочие места. В солнечной промышленности занято более 4 миллионов человек во всем мире, и ожидается, что эта цифра будет расти по мере ускорения развертывания. Рабочие места варьируются от обработки кремния и сборки панелей до разработки проектов, проектирования и установки. В Соединенных Штатах солнечные установки являются одними из самых быстрорастущих профессий. Развивающиеся страны, особенно те, у кого есть обильные солнечные лучи и низкие затраты на рабочую силу, позиционируют себя как производственные центры - например, Индия имеет амбициозные планы по созданию внутренней цепочки поставок солнечной энергии в рамках своей схемы стимулирования производства.

Малые и средние предприятия получают выгоду от использования солнечных батарей за счет снижения затрат на электроэнергию и повышения эксплуатационной надежности. Сельскохозяйственные предприятия, например, используют холодильные хранилища на солнечной энергии для сокращения послеуборочных потерь. В регионах, где доступ к энергии позволяет продуктивно использовать такие виды энергии, как освещение для вечерних классов или мощность для микропредприятий, солнечные батареи становятся катализатором местного экономического развития. Мультипликационный эффект использования солнечной энергии на доходы и занятость является прямым вкладом в ЦУР 8.

ЦУР 9: Индустрия, инновации и инфраструктура

Солнечные батареи являются движущей силой инноваций в нескольких секторах. Исследования высокоэффективных солнечных элементов, таких как тандемы перовскита-кремния, обещают дальнейшее снижение затрат и увеличение выработки электроэнергии. Двусторонние панели, которые захватывают солнечный свет с обеих сторон, повышают выход энергии до 30% в определенных конфигурациях. Плавучие солнечные батареи, установленные на водохранилищах, озерах и даже на шельфе, избегают конфликтов землепользования и уменьшают испарение воды, синергия с ЦУР 6 (Чистая вода и санитария).

Устойчивость инфраструктуры повышается за счет распределенной солнечной генерации. Микросети, работающие на солнечных батареях, могут работать независимо от основной сети, обеспечивая надежное электричество во время отключений. Это особенно ценно в отдаленных или подверженных стихийным бедствиям районах. Умные инверторы и программное обеспечение для управления сетями позволяют осуществлять высокие проникновения солнечной энергии без дестабилизации сети, прокладывая путь для будущих энергетических систем, которые являются чистыми и надежными.

ЦУР 11: Устойчивые города и сообщества

Городские районы составляют более 70% глобальных выбросов CO2, большая часть которых приходится на использование энергии в строительстве. На крышах солнечных батарей в жилых, коммерческих и муниципальных зданиях города превращаются в чистых производителей энергии. Городская солнечная политика, такая как мандат на солнечные крыши в новом строительстве, принимается в таких городах, как Сан-Франциско и Токио. Интегрированная в здания фотоэлектрическая энергия (BIPV) делает солнечные батареи архитектурным элементом, а не запоздалой мыслью.

Общинные солнечные сады позволяют нескольким домохозяйствам делиться преимуществами одного массива, снижая барьеры для арендаторов и семей с низким и средним уровнем дохода. В городских кварталах с низким и средним уровнем дохода солнечное освещение в общественных местах снижает преступность и продлевает часы экономической деятельности. По мере того, как города становятся более плотными, солнечные батареи на вертикальных поверхностях и навесах парковок станут более распространенными, оптимизируя пространство при генерации чистой энергии.

ЦУР 12: Ответственное потребление и производство

Солнечные батареи способствуют ответственному потреблению за счет вытеснения электроэнергии из ископаемого топлива, которая является как невозобновляемой, так и сильно загрязняющей. Однако для достижения истинной устойчивости требуется решение всего жизненного цикла солнечных панелей. Производство солнечных модулей включает в себя энергоемкие процессы и использование материалов, таких как серебро, медь и редкие металлы. Утилизация панелей с истекшим сроком службы имеет решающее значение для предотвращения отходов и извлечения ценных материалов. Глобальная группа по переработке фотоэлектрических элементов и инициативы, такие как ассоциация PV Cycle в Европе, возглавляют усилия по созданию цепочек поставок замкнутого цикла.

Проектирование панелей для более легкой разборки и повышения эффективности материалов являются активными областями исследований. По оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, извлекаемые материалы из отставных солнечных модулей могут стоить 15 миллиардов долларов к 2050 году. Приоритетная переработка и ответственный поиск источников энергии могут полностью соответствовать ЦУР 12 и подавать пример для других технологических секторов.

Проблемы масштабирования солнечных лучей

Периодичность и хранение энергии

Солнечные батареи производят электричество только тогда, когда светит солнце, что приводит к несоответствию между спросом и предложением. Без адекватного хранения энергии высокие показатели проникновения солнечной энергии могут вызвать нестабильность сети. Затраты на литий-ионные батареи резко упали, что делает хранение батареи экономически жизнеспособным как для жилых, так и для коммунальных применений. Однако технологии длительного хранения (например, проточные батареи, зеленый водород) все еще дороги и зарождаются. Операторы сетей также изучают реакцию спроса и межрегиональную торговлю электроэнергией для управления изменчивостью.

Землепользование и воздействие на окружающую среду

Солнечные фермы в масштабе полезности требуют больших площадей земли, потенциально конкурируя с сельским хозяйством или естественными средами обитания. Системы двойного использования, такие как агривольтаика, где солнечные батареи возвышаются над культурами или пастбищами, могут смягчить конфликты землепользования. Исследования показывают, что агривольтаика может поддерживать урожайность при производстве электроэнергии и уменьшении испарения воды. Аналогичным образом, плавающие солнечные батареи на водохранилищах полностью избегают потребления земли. Тщательное размещение и оценка воздействия на окружающую среду необходимы для минимизации разрушения экосистем.

Первоначальные капитальные затраты и финансирование

Хотя солнечная электроэнергия дешева на протяжении всего срока ее службы, первоначальные затраты на покупку и установку солнечных батарей остаются барьером для многих домашних хозяйств и малого бизнеса. Инновационные модели финансирования, включая аренду солнечных батарей, соглашения о покупке электроэнергии (PPA) и структуры общинной собственности, снижают первоначальное бремя. Зеленые облигации и механизмы финансирования климата от таких учреждений, как Зеленый климатический фонд, направляют капитал на солнечные проекты в развивающихся странах. Правительства могут еще больше снизить барьеры, предлагая кредиты под низкие проценты и снимая импортные пошлины на солнечное оборудование.

Географические и климатические ограничения

Регионы с высокой широтой или частым облачным покровом получают меньше солнечного излучения, снижая экономическую жизнеспособность солнечных батарей. Однако даже облачные страны, такие как Германия и Великобритания, стали лидерами в области солнечной энергетики, оптимизируя конструкцию системы и используя поддерживающие политики. В засушливых регионах накопление пыли на панелях может снизить эффективность; для решения этой проблемы разрабатываются автоматизированные роботы очистки и противопылевые покрытия. Для регионов с ограниченным солнечным светом в зимний период гибридные системы, сочетающие солнечную энергию с ветровой или гидроэнергетикой, предлагают надежную альтернативу.

Цепочка поставок и производственные концентрации

Более 80% производства солнечных панелей сосредоточено в Китае, что создает уязвимости в глобальных цепочках поставок. Торговые споры и тарифные наложения нарушили предложение и увеличили затраты. Для снижения зависимости несколько стран инвестируют в отечественные производственные мощности. Закон о сокращении инфляции в США включает стимулы для внутреннего производства солнечной энергии, а схема PLI Индии направлена на создание полной солнечной цепочки создания стоимости. Диверсификация производства географически повысит устойчивость поставок и поддержит местные экономические выгоды.

Возможности и будущие направления

Технологические достижения

Технологии солнечных батарей следующего поколения обещают более высокую эффективность и более низкие производственные затраты. Перовскитные солнечные элементы, которые могут быть напечатаны на гибких подложках, уже достигли эффективности выше 26% в лабораторных условиях. Тандемные элементы, укладывающие перовскит на кремний, достигли эффективности 33%. Если их коммерциализировать, они могут значительно уменьшить площадь солнечных батарей при одновременном увеличении выходной мощности. Другие инновации включают прозрачные солнечные панели для окон, встроенные в здания фотоэлектрические элементы в фасадах и солнечные системы слежения, которые следуют за солнцем по небу.

Интеграция с интеллектуальными сетями и электромобилями

Умные сети с передовыми инверторами могут управлять распределенной солнечной генерацией, храня избыточную энергию в аккумуляторах сообщества или батареях электромобилей (EV). Технология Vehicle-to-grid (V2G) позволяет батареям электромобилей подавать энергию обратно в сеть во время пикового спроса, эффективно превращая каждый автомобиль в мобильный блок хранения энергии. Эта синергия между солнечными батареями и электромобилями создает добродетельный цикл: солнечные батареи питают транспортный сектор, в то время как батареи EV помогают стабилизировать сеть. По мере ускорения внедрения EV комбинированное значение солнечной + хранения + EV будет становиться все более убедительным.

Политика и международное сотрудничество

Успех солнечных батарей в достижении ЦУР в значительной степени зависит от политики поддержки. Чистый учет, фид-ин тарифы, возобновляемые стандарты портфеля и углеродные цены все стимулируют принятие солнечной энергии. Международное сотрудничество, такое как Международный солнечный альянс (ISA), способствует обмену знаниями и мобилизации финансирования для солнечных проектов в солнечных развивающихся странах. Цель ISA по мобилизации $1 трлн в солнечных инвестициях к 2030 году подчеркивает масштабы необходимых амбиций. Кроме того, интеграция солнечной энергии в национально-определяемые взносы (NDC) в соответствии с Парижским соглашением обеспечивает, чтобы климатические обязательства были подкреплены конкретными планами развертывания.

Решения для сообщества и вне сети