铺满20万平方公里太阳能面板,可解决全球一年用电量?

极客网·极客观察10月21日 相比2010年,屋顶太阳能面板的价格下降79%。因为价格大降,住户和企业可以采购安装,为地球减少碳排放做贡献。问题来了:靠屋顶太阳能面板能产生足够多、足够便宜的电能供人类使用吗?要知道到今天为止,全球还有8亿人用不上电。

Nature Communications最近发布报告谈到了这一问题。报告认为,只要将地球屋顶的50%铺上太阳能面板,就能满足全球的电力需求。Nature Communications分析了3亿多幢建筑、13亿平方公里的陆地(相当于地球陆地面积),照估计,只需要给20万平方公里(相当于英国的面积)的屋顶铺上太阳能板,就能为全球提供足够的电能。

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如果是高纬度地区,比如在欧洲或者加拿大,由于冬季和夏季的日照差异很大,全年的发电潜力可能相差40%。靠近赤道时,全年的差异会缩小到1%。

地球上有一些地方适合太阳能发电,比如亚洲、欧洲、北美。从安装成本看,亚洲可能是最便宜的,中国印度便是如此。在中印地区,每千瓦时电力的成本只要0.05便士(0.00068美元),它可以让笔记本运行48小时。美国、日本、英国等靠海的国家也可以给屋顶安装太阳能板,不过欧洲的成本适中,比亚洲地区贵,平均每度电要0.096便士(0.0013美元)。另有报告称,到了2060年,中国将有43%的电力来自太阳能,成本约为每度电不到2.5美分,比2019年中国煤电成本的一半还要低,比目前美国能源成本的四分之一还要低。这里的数据差异很大,来自两份不同的报告,因为统计方法不太一样,只能供参考。不过有一点是可以肯定的,从成本角度看太阳能很有潜力。

在偏远的农村地区,因为没有可靠的电网,用太阳能面板供电有独特优势。至于城市地区,太阳能面板可以减少化石燃料的使用。

众所周知,太阳能存在日夜循环,白天要将多余的电量通存储起来,而存储的成本极高。对于某些国家,光靠太阳能是无法提供足够电力的。还有,重工业和金属加工需要非常大的电流和专门的电力传输,而太阳能还无法达到要求。

如果在全球铺满20万平方公里的太阳能面板,每年可以发电27皮瓦(petawatts,10的15次方W),比全球一年的用电量多得多。研究人员Siddarth Joshi说:“相比其它可再生能源,屋顶太阳能有独特优势,比如安装很快,可以实现去中心化发电。”

各地屋顶太阳能发电的成本不一样,每MWh介于40-80美元。按照Lazard的计算,2020年时公用太阳能每MWh成本为36美元,离岸风电为40美元,煤电为112美元,核能为164美元。在人口密集的地区(比如中国和印度),屋顶太阳能有优势。在印度每MWh太阳能电力的成本为66美元,中国为68美元,很有竞争力。

按照IRENA的估计,2010年至2020年公共级太阳能的发电成本下降了85%。甚至有报告称,由于可再生能源的成本持续下降,2035年之前化石燃料发电会被淘汰。IEA则认为,人类如果想将温度上升控制在1.5摄氏度以内,就要在本世界中叶让风电和太阳能电力的比重达到至少70%;到目前为止全球大约只有2500万屋顶安装了PV太阳能板,要想达到零排放目标,在2030年之前安装量要达到1亿,2050年之前达到2.4亿。

在美国铺装屋顶太阳能可行吗?当然可行。按照Nature Communications的估算,美国铺设屋顶太阳能面板每年可以发电4.2皮瓦时,而美国一年的用电量约为4皮瓦时。现在的太阳能板发电效率只有15-22%,未来可以继续优化提升,发的电会更多。

看起来屋顶太阳能是一个前途光明的行业,不过困难也很多,在美国安装商是亏钱的。EnergySage为消费者安装太阳能面板,公司创始人Vikram Aggarwal说:“现在成功的故事还很少,几乎所有尝试过的人都失败了,路上满是尸体。”

Sunrun 和Sunnova是美国比较大的家庭太阳能安装商,今年前9个月两家公司合计亏损5亿美元,为了运行、采购太阳能系统,它们已经花了13亿美元。美国太阳能安装行业竞争激烈,Sunrun 和Sunnova要与几百家小企业竞争,它们有的已经盈利。

在美国,虽然受到新冠的影响,今年预计太阳能家庭安装量(按发电容量计算)会增长7%,未来5年也会保持强劲增长态势。

尽管前景光明,但给住户安装太阳能面板仍然不是一项轻松的工作。增长太快的太阳能公司也遭遇挫折,比如SolarCity在2016年时卖身给特斯拉。一些公司经营困难寻求破产保护,或者干脆关门大吉。

Brooklyn SolarWorks公司的创始人T.R. Ludwig说:“太阳能技术如同魔法,非常有魅力,每个人都觉得它与其它东西不一术。但是除了融资,太阳能业务就只剩下建设了。”为了降低成本,Brooklyn SolarWorks会让买家集体采购。Sunrun和Sunnova会给客户资金支持,Brooklyn SolarWorks没有提供这样的福利,但美国许多银行和信用机构能贷款。

Amicus Solar Collective公司CEO Stephen Irvin则说:“作为小企业,你必须盈利,大公司可以向资本市场寻求支持,小企业没有这样的能力。”KeyBanc Capital Markets分析师Sophie Karp认为,规模已经成为其它企业进入的门槛与障碍。(小刀)


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