Avantajele și dezavantajele energiei solare

Cândva o parte scumpă și minusculă a producției de energie la nivel mondial, electricitatea solară a explodat în ultimul deceniu. Cererea tot mai mare pentru energie solară se datorează parțial succesului său dovedit: celulele fotovoltaice (PV) din interiorul panourilor solare convertesc radiația electromagnetică a soarelui în electricitate, pe care o pot trimite fie într-o locuință, fie în rețeaua electrică. Acest proces este văzut ca un instrument promițător și crucial în dezvoltarea unui sistem energetic durabil.

Dar pentru mulți, întrebările rămân: merită costul, atât în termeni economici, cât și de mediu? Ce împiedică adoptarea pe scară largă a energiei solare? Acest articol abordează cele mai importante puncte forte și puncte slabe ale energiei solare și modul în care oamenii pot decide dacă trecerea la solar este potrivită pentru ei.

Avantajele energiei solare

Atât pentru proprietarii individuali de locuințe, cât și pentru dezvoltatorii de centrale electrice la scară utilitară, energia solară este cea mai ieftină formă de energie în aproape orice parte a lumii. Stimulentele guvernamentale o fac și mai atractivă ca investiție. Odată instalată, costurile sale de operare și întreținere aproape zero înseamnă că înlocuiește combustibilii fosili precum cărbunele și gazele naturale. Iar emisiile sale zero și sursa sa de combustibil regenerabil (soarele) pot reduce poluarea aerului și emisia de gaze cu efect de seră care cauzează schimbările climatice.

Accesibilitate

Energia solară este acum cea mai ieftină formă de electricitate în aproape orice parte a lumii. Costurile electricității solare au scăzut cu 90% între 2009 și 2020, și este acum mai ieftin să construiești o nouă centrală solară la scară utilitară decât să menții în funcțiune o centrală electrică existentă pe cărbune. Și, odată cu creșterea cererii pentru energie solară și a creșterii scalei de producție, energia solară este așteptată să urmeze așa-numita Lege a lui Swanson, care afirmă că costul panourilor solare scade cu 20% la fiecare dublare a producției lor. În 2010, un kilowatt-oră de electricitate solară costa aproximativ 37 de cenți. Până în 2030, se estimează că va costa 2 cenți—și până în 2050, o jumătate de cent.

Majoritatea costului energiei solare este reprezentată de instalare, dar deoarece soarele este gratuit, „resursele solare produc, în general, energie cu cost marginal zero (sau chiar negativ)”. Costul marginal este costul necesar pentru a produce o unitate suplimentară dintr-un produs. Administratorii rețelelor electrice cumpără adesea electricitate de la furnizori pe baza costului marginal, motiv pentru care energia solară concurează adesea cărbunele pe piețele energetice. În timp ce cărbunele genera 45% din energia din Statele Unite în 2010, un deceniu mai târziu, această cotă a scăzut la 19%.

Stimulente guvernamentale

Creditele fiscale federale permit proprietarilor de locuințe să deducă un procent din costul instalării panourilor solare din sarcina fiscală anuală pe venit. La începutul anului 2021, acest credit era de 26% din costul unui sistem solar PV. Există și stimulente de stat, în funcție de stat, iar companiile de utilități electrice pot oferi, de asemenea, reduceri care sunt scutite de impozitul pe venit. Proprietarii de sisteme solare PV pot primi, de asemenea, plăți pentru certificate de energie regenerabilă (RECs), pe care utilitățile sau alte corporații le pot cumpăra pentru a-și compensa emisiile de carbon. Creditele fiscale federale se aplică și proprietarilor de locuințe pentru instalarea de baterii de stocare acasă pentru a stoca energia produsă de panourile lor solare.

Întreținere redusă

Odată instalate, întreținerea panourilor solare este minimă, motiv pentru care costul marginal al energiei solare este atât de mic. Ploaia curăță majoritatea panourilor solare. Și, deși zăpada poate acoperi panourile solare și poate împiedica conversia energiei, zăpada se topește de pe sticla înclinată a panourilor relativ repede, iar albedoul (lumina reflectată) de pe un acoperiș sau un câmp înzăpezit crește radiația solară pe care panourile o pot colecta. Invertoarele solare, care convertesc electricitatea DC produsă de panouri în electricitatea AC care este trimisă în locuințe și în rețea, durează între 10 și 15 ani înainte de a necesita înlocuirea. Panourile în sine sunt adesea garantate de producători să aibă o durată de viață de 25 de ani, deoarece nu au piese mobile. Panourile solare scad în eficiență cu o rată de aproximativ 0,5% pe an. Chiar dacă rata de degradare ar fi dublă, panourile solare ar funcționa tot la 74% după 30 de ani.

Emisii zero

Potrivit Laboratorului Național pentru Energie Regenerabilă (NREL) al Departamentului de Energie al SUA, un sistem solar pe acoperiș care a furnizat toată energia electrică necesară unei gospodării medii pe durata de viață a sistemului poate preveni eliberarea în atmosferă a ~181 tone metrice de dioxid de carbon. Acesta este echivalentul scoaterii din circulație a patru vehicule pe benzină în fiecare an, sau ~87.000 de kilometri mai puțin conduși în fiecare an.

În timp ce fabricarea și eliminarea finală a panourilor solare au un cost ecologic, industria energiei solare nu este supusă dezastrelor ecologice care implică pierderi masive de vieți omenești și costuri de curățare. Nu există deversări solare, erupții solare, incendii de sonde solare, topiri nucleare solare, surpări de mine solare, explozii de conducte solare, scurgeri solare, coliziuni de cisterne solare, deraieri de trenuri solare sau scurgeri de rafinării solare. Într-adevăr, ca rezultat al faptului că energia solară ajută la reducerea dependenței de cărbune, emisiile de carbon provenite de la cărbune în sectorul electric au scăzut cu peste 50% din 2007.

Dezavantajele energiei solare

În ciuda faptului că este astăzi cea mai ieftină formă de energie, rămân obstacole în calea adoptării pe scară largă a energiei solare. După cum s-a menționat mai sus, industria solară a crescut de zece ori în ultimul deceniu, totuși reprezintă încă mai puțin de 5% din producția mondială de electricitate. Energia solară este inerent variabilă, poate fi scumpă, iar producția inițială și eliminarea finală a panourilor solare pot avea costuri ecologice ridicate. Barierele în calea energiei solare se reduc, dar progresul trebuie încă să fie făcut pentru ca energia solară să își îndeplinească promisiunea de a furniza energie cu adevărat durabilă.

Costuri inițiale ridicate

În ciuda scăderilor de costuri—sistemele solare rezidențiale au scăzut cu aproape două treimi din 2010 până în 2019, potrivit Agenției Internaționale pentru Energie—instalarea panourilor solare pe o locuință este încă scumpă, având în vedere că o mare parte din costul instalării este pentru forța de muncă și hardware. Deși creditele fiscale federale și de stat pot reduce semnificativ costurile inițiale ale unui sistem solar, consumatorii cu venituri mici ar putea să nu datoreze suficiente impozite pentru a beneficia de acele credite. Desigur, trebuie să deții proprietatea pe care să instalezi panouri, ceea ce exclude mulți chiriași. Programele solare comunitare permit clienților solari fie să împartă costul inițial între mulți membri ai unei ferme solare, fie să se aboneze lunar la un furnizor solar comunitar fără costuri inițiale deloc.

Variabilitate bazată pe expunerea la soare

Nu ar trebui să fie o surpriză pentru nimeni că soarele nu strălucește noaptea, că unele zile sunt înnorate și că zilele de iarnă sunt mai scurte decât cele de vară. Energia solară este inerent variabilă și nu este întotdeauna disponibilă atunci când este necesară. Pe măsură ce energia solară devine o parte tot mai mare a aprovizionării mondiale cu electricitate, planificatorii și managerii rețelei trebuie să găsească modalități creative de a integra electricitatea regenerabilă variabilă în sistemul energetic. Ei se bazează pe prognoze meteorologice extrem de detaliate pentru a putea prevedea câtă energie va fi disponibilă în zilele și orele următoare, ceea ce face energia solară mai previzibilă. Extinderea ariei geografice a unei rețele permite, de asemenea, managerilor rețelei să extragă electricitate din zone și fusuri orare unde soarele strălucește și să o livreze în zone unde nu strălucește.

Din ce în ce mai mult, managerii rețelei și proprietarii de locuințe își pot stoca electricitatea generată de soare în baterii mari pentru a ajuta la netezirea variabilității solare. Noile baterii la scară de rețea continuă să stabilească recorduri pentru cea mai mare baterie din lume. În martie 2021, Apple a anunțat că construiește o baterie capabilă să stocheze 240 de megawați-oră de energie generată de ferma sa solară din California. Aceasta este suficientă energie pentru a alimenta peste 7.000 de locuințe timp de o zi.

La sfârșitul anului 2019, 28% dintre noile instalații solare erau cuplate cu o baterie. Stocarea energiei sub o formă sau alta este o soluție principală pentru integrarea surselor de energie regenerabilă variabile, cum ar fi vântul și energia solară, dar industria stocării este, probabil, cu un deceniu în urmă față de industria solară în ceea ce privește dezvoltarea unei tehnologii mature cu standarde industriale agreate și fabricare scalabilă.

Imobilizabilitate

Dacă vă mutați, este puțin probabil să vă puteți lua panourile solare cu dumneavoastră. Investiția în energie solară este, de obicei, un angajament pe termen lung și poate dura între 7 și 10 ani pentru ca investiția inițială a unui proprietar să se amortizeze. Acest lucru prezintă obstacole pentru persoanele ale căror aranjamente de locuire sunt mai mobile, cum ar fi chiriașii, sau pentru proprietarii de locuințe cu sisteme solare pe acoperiș care decid să își vândă casa. Panourile solare pot adăuga valoare unei locuințe, conform Zillow Research, totuși nu toți potențialii cumpărători de locuințe doresc panouri solare pe următoarea lor casă sau sunt chiar informați despre cum să negocieze achiziționarea acestora.

Impacturi asupra mediului

În timp ce panourile solare emit zero emisii de gaze cu efect de seră atunci când produc electricitate pentru consumatori, producția și eliminarea acestor panouri au impacturi asupra mediului care trebuie abordate. Acestea includ extracția materiilor prime, producția de apă uzată și deșeuri periculoase în timpul fabricației, probleme legate de utilizarea terenurilor în amplasarea șirurilor solare și reciclarea panourilor care nu mai sunt utilizate. Până în 2050, Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă (IRENA) estimează că anual vor fi produse 6 milioane de tone metrice de deșeuri electronice solare.

Tentative recente de a aborda aceste provocări includ eforturile Consiliului pentru Electronică Verde de a ridica standardele de durabilitate prin crearea de „etichete ecologice EPEAT” pentru modulele și invertoarele solare PV; legi în Uniunea Europeană, statul Washington și în alte părți care impun reciclarea corectă a panourilor solare; modificări ale procesului de fabricație care reduc cantitatea și toxicitatea materialelor reziduale; creșterea trasabilității materialelor și practicilor în întregul lanț de aprovizionare solar; și practici de co-amplasare care integrează agricultura și panourile solare, în loc ca panourile să elimine terenuri agricole valoroase.