Затраты на преобразование солнечного света в электричество упали более чем на 90% за последнее десятилетие. Солнечная энергия в настоящее время является самой дешевой формой недавно построенного производства энергии.

Работа выполнена? Не совсем. Прямо сейчас солнечная энергия хорошо работает по конкурентоспособным ценам и может помочь нам значительно сократить выбросы. Но с менее чем 5% мировой электроэнергии, поставляемой солнечной энергией, мы только в начале пути.

Солнечные панели 2022 года похожи на массивные мобильные телефоны 1990-х годов. С той же базовой технологией возможно гораздо больше.

Австралия, вероятно, сыграет ключевую роль в глобальном прогрессе. На протяжении десятилетий мы были в авангарде разработки и внедрения солнечных технологий. Мы удерживаем рекорд производительности кремниевых солнечных элементов в течение 30 из последних 40 лет. Сейчас у нас больше солнечной энергии на душу населения, чем в любой другой стране ОЭСР , что обеспечивает почти 15% наших потребностей в электроэнергии. Более 80% новых солнечных панелей в мире основаны на ячейке PERC, технологии, разработанной в Австралии .

Так что же дальше для солнечной энергии? Сотни исследователей по всей Австралии сосредоточены на двух целях: еще больше сократить расходы и получить максимально возможное количество электроэнергии из падающего солнечного света.

Почему солнечная энергия нуждается в улучшении?

Солнечная энергия может изменить нашу промышленность, транспорт и наш образ жизни, если мы продвинем технологию настолько далеко, насколько это возможно.

Сверхдешевая электроэнергия открывает огромные возможности: от превращения воды в зеленый водород для хранения энергии или использования в промышленных процессах до электрификации транспорта, энергетических систем и всего остального, для чего мы используем ископаемое топливо.

В прошлом году австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии изложило свое видение сверхдешевой солнечной энергии. Цель амбициозная, но достижимая.

К 2030 году агентство хочет, чтобы коммерческие солнечные батареи достигли эффективности 30% по сравнению с 22% сегодня. Он хочет, чтобы стоимость крупномасштабной полной системы (панели, инверторы и передача) снизилась на 50% до 30 центов за ватт.

Потребуются интенсивные исследования. Более 250 австралийских исследователей работают над достижением этих целей в Австралийском центре передовой фотоэлектрической энергии, созданном при сотрудничестве шести университетов и CSIRO.

Может ли кремний действительно продолжать давать энергию?

Солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электричество без движущихся частей. Когда солнечный свет попадает на кремний — материал, обычно используемый в солнечных батареях, — его энергия высвобождает электрон, способный двигаться внутри материала, точно так же, как электроны движутся в проводах или батареях.

Солнечные панели на вашей крыше, вероятно, начинались как песок пустыни, расплавлялись до кремнезема, перерабатывались в кремний и снова очищались, образуя поликремний чистотой 99,999%. На протяжении десятилетий этот универсальный материал был в основе успеха солнечной энергетики. Важно, что это продается — от размера булавочной головки до массивов, покрывающих квадратные километры.

Но чтобы получить абсолютный максимум от солнечного света, падающего на эти панели, нам нужно выйти за рамки кремния. Мы не можем достичь эффективности 30% только с кремнием.

Встречайте тандемную ячейку — солнечный бутерброд. Поскольку кремний может поглощать максимум 34% видимого света , исследователи сосредоточены на добавлении слоев других материалов для улавливания света с различной длиной волны.

Перовскиты — один из вариантов. На это семейство материалов можно наносить печать или наносить покрытие из жидкого источника, что делает их дешевыми в обработке. Когда мы накладываем этот материал на кремний, мы видим значительный скачок в эффективности солнечных элементов.

Хотя это многообещающе, все еще есть проблемы, которые нужно сгладить, в частности, обеспечение того, чтобы перовскиты могли прослужить 20 с лишним лет, которые мы привыкли ожидать от кремниевых панелей.

Исследователи также изучают другие материалы, такие как полимеры и халькогениды , группу распространенных минералов, включая сульфиды, которые продемонстрировали многообещающие свойства в тонких и гибких солнечных элементах.

Любой новый материал должен не только хорошо преобразовывать солнечный свет в электроны, но и быть в изобилии в земной коре, доступным по низкой цене и достаточно стабильным, чтобы обеспечить длительный срок службы. Халькогениды, например, состоят из обычных элементов, таких как медь, олово, цинк и сера.

Если мы сможем достичь эффективности 30%, это принесет огромные дивиденды. Затраты на создание большой солнечной фермы будут сокращены. С более эффективными солнечными элементами вам нужно меньше панелей и меньше земли для той же выходной мощности .

Это также сделало бы ископаемое топливо еще менее конкурентоспособным. Угольные электростанции и автомобильные двигатели имеют КПД около 33–35%, а это означает, что большая часть энергии, заключенной в ископаемом топливе, фактически теряется в виде тепла и шума. Вы также должны платить за постоянную поставку топлива. Солнечная и ветряная энергия становятся бесплатными после того, как вы установили электростанцию.

Как еще сократить расходы?

В настоящее время стоимость электроэнергии от новых солнечных батарей в Австралии составляет 50 австралийских долларов за мегаватт-час. (Черный уголь стоит около 100 долларов за МВтч.) Это согласно оценке затрат на энергию CSIRO на 2021–2022 годы .

К 2030 году наше агентство по возобновляемым источникам энергии хочет снизить эту цену до 15 долларов за МВтч, или 1,5 цента за киловатт-час. Солнечная энергия по такой цене — в сочетании с хранением — обеспечит недорогое и надежное питание 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.

Затраты будут снижаться по мере того, как мы повышаем эффективность солнечных элементов , поскольку модули служат дольше, а также по мере того, как мы придумываем более экономичные способы производства и внедрения солнечных технологий.

Сверхдешевая солнечная электроэнергия будет преобразовывать, позволяя Австралии создавать новые возможности в существующих и развивающихся отраслях, таких как превращение водорода и аммиака в источники топлива, экологичная обработка стали и алюминия и даже обработка самого кремния, поэтому мы может сделать больше солнечных батарей.

Ожидается, что даже при наличии современных технологий спрос на солнечную энергию удвоится и еще раз удвоится в ближайшие десять лет. Это означает, что также необходимо будет выяснить, как солнечная промышленность может развиваться устойчиво — и как утилизировать солнечные панели, поскольку первые солнечные панели подходят к концу своего полезного срока службы и нуждаются в обновлении.

Австралийские инновации положили начало солнечному буму. По мере усиления изменения климата и роста потребности в экологически чистой энергии местного производства залитая солнцем страна может снова помочь ускорить переход мира от ископаемого топлива.