لماذا تعد الخلايا الكهروضوئية الشمسية الأرخص ثمناً أساسية لمعالجة تغير المناخ

أدى الانخفاض السريع في أسعار الطاقة الشمسية إلى تغيير طريقة تفكيرنا في الطاقة النظيفة. لكنها لا تزال بحاجة إلى الحصول على أرخص بكثير.



30 يونيو 2021 مفهوم الطاقة الشمسية

أندريا داكوينو

في أواخر عام 2007 ، بعد أقل من 10 سنوات من وجود الشركة ، ظهرت Google وهي تتأرجح في مجال الطاقة النظيفة. وسط ضجة من الاستحسان في وادي السيليكون وما وراءه أعلن RE : جعل الطاقة المتجددة أرخص من الفحم. استثمرت الشركة عشرات الملايين من الدولارات في جهود البحث والتطوير من الطاقة الشمسية المركزة إلى الحفر الحراري المائي. بعد أربع سنوات ، أُلغيت تلك الجهود.





سيكون من السهل جدًا رؤية هذا على أنه اعتراف بالفشل - تلعب التكنولوجيا الكبيرة في ساحة لا تعرف شيئًا عنها ، مع الغطرسة التي يشتهر بها وادي السيليكون. لكن شيئًا آخر كان يحدث. كان التحول في إستراتيجية Google انعكاسًا للنجاح المتزايد لـ قطاع الطاقة الشمسية . أدركت Google أن طاقاتها كانت موجهة بشكل أفضل نحو التوسع الهائل في التقنيات المتجددة الحالية التي انخفضت أسعارها ، بدلاً من ابتكار تقنيات جديدة.

قضية التغيير

كانت هذه القصة جزءًا من إصدار يوليو 2021

  • انظر إلى بقية القضية
  • يشترك

بينما سمحت Google بالتبديل من البحث والتطوير إلى النشر ، يمكن القول إنها لا تزال تراهن كثيرًا على توسيع نطاق التكنولوجيا الخاطئة. في أوائل عام 2010 ، بدا السباق الشمسي وكأنه منافسة شديدة بينهما الطاقة الشمسية الضوئية (PV) و الطاقة الشمسية المركزة على نطاق واسع (CSP) ، والذي يستخدم سوائل تسخن بالشمس لتشغيل توربينات الطاقة. استثمرت Google بسرعة أكثر من مليار دولار في عدد كبير من شركات الطاقة المتجددة والمرافق ، بما في ذلك الاستثمارات الكبيرة في تجهيزات الطاقة الشمسية المركزة (CSP) BrightSource Energy و eSolar. بعد عقد من الزمان ، لا تبدو مثل هذه الخيارات واعدة ، حيث تخسر الطاقة الشمسية المركزة أيضًا بسبب الانخفاض السريع المستمر في التكلفة الكهروضوئية.

ليست Google وحدها التي أخطأت مرارًا وتكرارًا في الحكم على انخفاض سعر الخلايا الشمسية على مدى العقود القليلة الماضية وتأثيرها على طريقة تفكيرنا في الطاقة النظيفة. انخفضت تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية تقريبًا بعامل 10 في العقد الماضي ، بالإضافة إلى انخفاضات التكلفة المثيرة للإعجاب بالفعل حتى تلك النقطة ، مع انخفاض إجمالي بنحو مائة عامل منذ أن كشف الرئيس الأمريكي جيمي كارتر النقاب عن الألواح الشمسية في البيت الأبيض في عام 1979 (أطاح بهم رونالد ريغان في عام 1986 ، خلال فترة ولايته الثانية كرئيس).

لوضعها في نصابها الصحيح ، إذا انخفض سعر البنزين بالمثل من مستويات 1979 ، فإنه سيكلف بنسات للغالون اليوم. البنزين ، بطبيعة الحال ، سلعة تتأرجح أسعاره لعدة أسباب تكنولوجية واقتصادية وسياسية. جميع هذه العوامل هي التي تحرك أسعار الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، ولكن على مر السنين ، هيمنت التكنولوجيا بشكل واضح. (هذا العام ، ارتفعت أسعار الوحدات الكهروضوئية الشمسية بنحو 18٪ بسبب أزمة مؤقتة في سلسلة توريد السيليكون).

أحدث تكنولوجيا 2015

في آخر إصدار سنوي لها توقعات الطاقة العالمية أعلنت وكالة الطاقة الدولية أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية هي أرخص مصدر للكهرباء في التاريخ في المناطق المشمسة بتكلفة تمويل منخفضة. هذين المؤهلين مهمان. الشمس واضحة - الطاقة الشمسية ستكون أرخص دائمًا في فينيكس ، أريزونا ، منها في مدينة نيويورك - لكن التقرير خلص إلى أن الطاقة الشمسية الآن أرخص من الفحم والغاز الطبيعي في العديد من الأماكن.

تحتاج الطاقة الشمسية إلى أن تكون رخيصة للغاية بحيث يكون من المنطقي من الناحية المالية بناء قدرة شمسية جديدة وإغلاق محطات الفحم والغاز العاملة التي لا تزال تجني المال لأصحابها.

التمويل هو مفتاح لماذا هذا صحيح. الطاقة الشمسية الكهروضوئية ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الرياح لها نفقات تشغيل منخفضة أو قريبة من الصفر - لطالما كانت التكاليف الأولية هي العقبة الكبيرة ، وكان التمويل سببًا كبيرًا لذلك. بفضل السياسات الحكومية المختلفة جزئيًا ، أصبح الاستثمار في الطاقة الشمسية أقل خطورة بكثير خلال العقد الماضي أو نحو ذلك ، مما أدى إلى توفير أموال رخيصة.

نتيجة لذلك ، ازداد انتشار الطاقة الشمسية الكهروضوئية بسرعة ؛ إنه الآن المصدر الأسرع نموًا للكهرباء على مستوى العالم ، وستكون الأرقام لبعض الوقت في المستقبل. إنها تبدأ من قاعدة منخفضة للقدرة المركبة ، ومع ذلك ، فهي تتخلف كثيرًا عن الفحم والغاز والطاقة المائية والنووية - وحتى الرياح ، والتي كانت رخيصة لفترة أطول. وهنا تكمن واحدة من أكبر مشاكل الطاقة الشمسية الكهروضوئية. قد يكون أرخص شكل للكهرباء بالنسبة للكثيرين ، ولكن هذا بمفرده لا يجعل التحول إلى الطاقة النظيفة سريعًا بدرجة كافية.

نحن بحاجة إلى مزيد من التقدم التكنولوجي من أي وقت مضى. لماذا التوقف عند تكافؤ الشبكة ، النقطة التي يكون فيها بناء وتشغيل الطاقة الشمسية الكهروضوئية رخيصًا بقدر تكلفة توفير الكهرباء عبر مصادر الطاقة الأحفورية؟ لماذا لا تكون أرخص بنسبة 10٪؟ لماذا لا تكافح لخفض التكاليف بعامل آخر 10 في غضون عقد؟ هناك حاجة لمثل هذه القطرات لأن الهدف المقدس لتكافؤ الشبكة مضلل - السؤال الحقيقي هو في أي نقطة ستتخلى المرافق بالفعل عن محطات الفحم الحالية وتتحول إلى الطاقة الشمسية ، بدلاً من مجرد تجنب إضافة سعة فحم جديدة. تحتاج الطاقة الشمسية إلى أن تكون رخيصة للغاية بحيث يكون من المنطقي من الناحية المالية بناء قدرة شمسية جديدة وإغلاق محطات الفحم والغاز العاملة التي لا تزال تجني المال لأصحابها.

كل ذلك يتطلب سياسة لدفع تكنولوجيا الطاقة الشمسية الحالية ودعم البحث والتطوير في التقنيات الجديدة. تتضمن الحزمة بأكملها البحث التكنولوجي والتطوير والشرح والتوزيع والنشر. تستحق كل خطوة على طول هذه السلسلة دعمًا حكوميًا مباشرًا ، مع الأخذ في الاعتبار أنها تزداد أيضًا تكلفة بشكل متزايد كلما انتقل المرء إلى أسفل السلسلة.

كيف تصبح أرخص

لتحسين الاستثمارات بشكل أفضل للوصول إلى طاقة شمسية أرخص ، من المفيد فهم العوامل التي أدت إلى خفض تكلفة الطاقة المتجددة على مدى العقود القليلة الماضية.

عالم نظم الطاقة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا جيسيكا ترانسيك وجدت ومجموعتها أن الانخفاض الكبير في التكلفة في الخلايا الشمسية على مدار ثلاثة عقود يمكن أن يُعزى إلى حد كبير إلى ثلاثة عوامل: البحث والتطوير الذي يؤدي مباشرةً إلى تحسين كفاءة الوحدة (مقدار ضوء الشمس الذي يتم تحويله إلى كهرباء) والتطورات التكنولوجية الأساسية الأخرى ؛ وفورات الحجم تُعزى إلى حجم مصانع الخلايا الشمسية وزيادة حجم المدخلات مثل السيليكون ؛ والتحسينات التي تحققت من خلال التعلم بالممارسة.

لا شيء من هذا يثير الدهشة ، ولكن ما هو أقل وضوحًا هو أن المساهمة النسبية لكل منها تختلف اختلافًا كبيرًا بمرور الوقت. من عام 1980 إلى عام 2000 ، كان البحث والتطوير مسؤولاً عن حوالي 60٪ من انخفاض التكلفة ، مع وفورات الحجم التي وصلت إلى 20٪ ، والتعلم عن طريق القيام بثلث بعيد بنحو 5٪ ؛ العوامل الأخرى التي لا يمكن عزوها إلى حد كبير تمثل التوازن. منطقي؛ لقد كانت فترة من التطورات المثيرة للإعجاب في كفاءة الخلايا الشمسية ولكنها لم تكن فترة تصنيع ونشر كبيرة. منذ ذلك الحين ، تحول البندول من البحث والتطوير والتحسينات التكنولوجية الأساسية نحو اقتصاديات الحجم في التصنيع ، والتي تمثل الآن أكثر من 40٪ من انخفاض التكلفة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن التطورات البحثية لا تزال مسؤولة عن حوالي 40٪ من الانخفاضات.

الدرس المستفاد من الاستثمارات المستقبلية التي تهدف إلى جعل الطاقة الشمسية أرخص: يجب أن يكون هناك دعم مباشر لجميع هذه العوامل الثلاثة ، والتي تميل نحو عوامل وفورات الحجم. النتائج التي توصل إليها ترانسيك تأخذ في الاعتبار فقط وحدة الطاقة الشمسية الكهروضوئية نفسها. لا يزال هذا يترك التثبيت والاتصال بالشبكة وعوامل أخرى تشكل إجمالي تكاليف النظام. هذه هي المجالات التي من المحتمل أن تتحسن حيث يصبح الفنيون والشركات أكثر خبرة. في حين أن نتائج الإعانات لزيادة منشآت الطاقة الشمسية الكهروضوئية تبدو مختلطة في أحسن الأحوال ، فإن السياسات مثل تعريفات التغذية ، التي تقدم عقودًا مواتية طويلة الأجل لمنتجي الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، ومحفظة الطاقة المتجددة أو معايير الطاقة النظيفة ، التي تحدد أهداف الكمية لـ الطاقة المتجددة ، تظهر نتائج واضحة في دفع النشر العام.

لا وجبة غداء مجانية

على الرغم من انخفاض سعر الطاقة الشمسية ، فإن الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة سيظل مكلفًا. السؤال الكبير ، بالطبع ، هو ما هي التكلفة مقارنة بماذا - يأتي تغير المناخ أيضًا مع التكاليف. تصبح الطاقة الشمسية الرخيصة أكثر جاذبية من الناحية المالية للمطورين إذا تم النظر في التكاليف الاجتماعية والبيئية لانبعاثات الكربون من الوقود الأحفوري.

يتوقف الكثير هنا على التكلفة الاجتماعية للكربون (SCC) ، وهي عبارة عن إحصاء للأضرار المالية التي يتسبب فيها كل طن متري من ثاني أكسيد الكربون المنبعث اليوم في الاقتصاد والمجتمع والبيئة - وبالتالي ، مقدار كل طن من ثاني أكسيد الكربون يجب أن تنبعث التكلفة. إنه رقم يوضح الكثير عن التكلفة الحقيقية للفحم وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى - وحول الدعم المناسب للطاقة الشمسية الكهروضوئية ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى.

كيف جدد انخفاض تكاليف الطاقة الشمسية آمال الهيدروجين النظيفة نظرًا لأن الدول تقوم بالحسابات الصعبة حول كيفية تحقيق أهدافها المناخية ، يبدو الهيدروجين الأخضر ضروريًا بشكل متزايد.

ال أحدث SCC الأمريكية ، حسب حساب إدارة بايدن ، يضع الرقم عند حوالي 50 دولارًا لطن ثاني أكسيد الكربون المنبعث الآن. لكن هذا بالتأكيد أقل من الواقع. يحسب البعض أن SCC تتجاوز 300 دولار لكل طن من ثاني أكسيد الكربون ، بعد المحاسبة الكاملة للأضرار المستقبلية الناجمة عن انبعاثات الكربون والشكوك حول تغير المناخ.

أيًا كان الرقم الذي تستقر عليه ، فهذا يعني أن الفحم والنفط والغاز الطبيعي سيكونان أكثر تكلفة إذا قمت بحساب التكاليف الكاملة لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري. عندها فقط ستكون التقنيات منخفضة الكربون في نفس ميدان اللعب مثل الوقود الأحفوري.

يجب أن يكون سعر الكربون الصريح عبر نظام تجارة الضريبة أو الانبعاثات من بين تلك الخطوات - لكن لا يجب أن يتوقف عند هذا الحد. لسبب واحد ، المحفظة المتجددة أو معايير الطاقة النظيفة أيضًا ، تحدد سعرًا للكربون. تُترجم معايير حافظة الطاقة المتجددة الحالية في الولايات المتحدة على مستوى الولاية إلى أسعار مكافئة للكربون تتراوح من 60 دولارًا إلى 300 دولارًا لكل طن من ثاني أكسيد الكربون ، ضمن نطاق تقديرات SCC الأخيرة. أ معيار الكهرباء النظيفة الفيدرالية ، جزء من خطة الوظائف الأمريكية المقترحة من إدارة بايدن ، يمكن أن يكون في نطاق مماثل وسيكون له ما يبرره بالمثل على أساس نطاقات SCC المحدثة.

سيكون مثل هذا المعيار الفيدرالي للكهرباء النظيفة بمثابة نعمة حقيقية للطاقة الشمسية الكهروضوئية ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى ، لكن سياسة المناخ يجب ألا تنتهي بتسعير الكربون. كما يحتاج أيضًا إلى تضمين الإعانات المباشرة للنشر ودعم البحث والتطوير.

قد يسير تسلسل السياسات الأكثر إنتاجية على النحو التالي: قم أولاً بخفض تكلفة مصادر الطاقة المتجددة لإنشاء بديل مجدٍ اقتصاديًا للوقود عالي الكربون ، ثم تسعير الكربون من خلال سعر مباشر ، أو معيار كهرباء نظيف ، أو شيء مشابه. يجب أن يؤدي الجمع بين الاثنين إلى النشر السريع لمصادر الطاقة المتجددة على نطاق واسع. من نواح كثيرة ، هذا هو بالضبط ما حدث ، ويشير إلى الحاجة الواضحة لإدارة بايدن والآخرين للضغط من أجل سعر الكربون في أي شكل قد يحدث.

ولكن إذا كان الهدف هو أن تكون الألواح الشمسية الكهروضوئية أرخص بكثير ، فسيكون من الضروري أيضًا زيادة البحث والتطوير لدفع المزيد من التحسينات في كفاءات الخلايا الشمسية وإيجاد تطورات التصنيع التي من شأنها أن تسمح بمدخرات أكبر. ومن الضروري الاستمرار في استكشاف الحدود العلمية بحثًا عن مواد شمسية أخرى يمكن أن تكون ذات يوم أكثر كفاءة وأرخص.

هل يمكننا العيش في نبتون

الطاقة الشمسية الكهروضوئية رخيصة ، لكنها ليست مجانية. دفع الثمن لجعله أرخص من أي وقت مضى سيكون يستحق التكلفة.

جيرنوت واجنر يدرس اقتصاديات المناخ في جامعة نيويورك. هو مؤلف الكتاب القادم الهندسة الجيولوجية: المقامرة.

يخفي

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به