太阳能的未来一片光明
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太阳能将占领世界吗？坦率地说，在过去几年中，其部署速度出现了惊人的加速，2022 年至 2024 年间，总发电量翻了一番，供应了全球 7% 的电力。这个数字到底能高到什么程度呢？
2025 年前六个月，风能和太阳能共同跨越了历史性里程碑，发电量首次超过煤炭，使可再生能源成为世界领先的电力来源。正如英国智库 Ember 所描述的那样，能源转型中这一“关键转折点”背后的驱动力是太阳能的增长。 Ember 的分析表明，到 2025 年，它占全球电力需求增量的 83%，并连续三年成为全球最大的新电力来源。
太阳能的秘密武器？多么便宜啊。它是世界上成本最低的电力，安装太阳能系统的成本在过去 15 年里下降了 90%。 “目前，硅面板本身的成本与胶合板相同，”萨姆·斯特兰克斯说 在剑桥大学。
换句话说，我们拥有充足且廉价的电力来源，可以在世界上几乎任何地方快速建造。想象有一天太阳能可以为一切提供动力是不是很天方夜谭？
从最基本的层面来看，太阳能对地球的供应几乎是无限的。英国智库 Carbon Tracker 2021 年的一份报告估计，即使考虑到现代太阳能电池板的效率，用太阳能满足世界所有能源需求也需要约 45 万平方公里的土地。这仅占全球陆地面积的 0.3%。
金斯米尔邦德该报告的作者之一、现供职于 Ember 的他表示，虽然在土地使用方面存在“权衡”——例如太阳能可能与农业竞争——但“对于大多数国家来说，有足够的空间来部署这些技术”。
新一代面板
那么问题是，是什么阻止太阳能完全接管全球电力供应呢？第一个问题是效率问题。硅光伏板占据了全球太阳能市场的大部分，目前将约 20% 的太阳能转化为电能。相比之下，水力发电厂将 90% 的潜在能源转化为电力，风力涡轮机约为 50%，化石燃料发电厂则为 30% 至 40%。
实际上，这意味着您需要更多的太阳能电池板来提供与从其他来源获得的相同数量的电力。这就是为什么太阳能公司和科学家正在努力提高太阳能电池板的效率，希望效率的提高能为太阳能带来双赢：更低的系统成本和更少的土地需求。
然而，晶体硅电池板已接近其所能达到的效率极限，目前同类最佳电池的效率约为 25%。 “晶体硅的实际限制可能约为 28%，”Jenny Nelson 说 在伦敦帝国理工学院。
要提高效率，就需要转向所谓的串联太阳能电池，这种电池引入了第二个半导体来增加电池从太阳光谱中提取的能量。串联硅钙钛矿电池被视为最有前途的选择，其理论效率极限约为 50%。斯特兰克斯说，现实世界的串联电池板不会达到这样的效率水平，但可以达到 35％ 至 37％ 的效率。
经过多年的研究，第一块串联硅钙钛矿太阳能电池板刚刚开始进入商业生产，并且它们需要经过行业测试，看看它们在现实条件下能保持其性能多久。但斯特兰克斯对他们的潜力持乐观态度。他估计，10年后，它们将成为市场上的主导技术。 “从表面上看，它们实际上与屋顶或街道上的没有什么不同，但它们产生的电力比今天的电池板多 50%，”斯特兰克斯说。 “这是一个很大的变化。”
斯特兰克斯表示，更高的效率不仅可以进一步降低成本，还可以释放新的部署机会。例如，高效电池板可以在电动汽车上安装太阳能屋顶，让电池在白天充电。他建议，储存的电力可以用于运输，也可以放电到家里供晚上使用。
解决存储
这种创新可能有助于解决太阳能的其他主要问题之一——它的变化无常。当然，太阳不会一直照耀。对于印度、墨西哥和许多非洲国家等“阳光带”国家来说，这不是什么问题，因为阳光几乎全年都在照射，电池可以在白天储存多余的能量，以便在天黑后使用。据彭博新能源财经报道，这种太阳能+储能装置的成本效益越来越高，仅在过去两年里，锂离子电池的成本就下降了 40%。
“归根结底，化石燃料作为电力来源相对于阳光的唯一优势是它们的可储存性，”邦德说。 “突然之间，90% 的情况下，存储问题都可以通过一项技术得到解决，那就是电池。”
但对于更北的国家来说，冬天的白天短而灰暗，情况就不同了。 “[Solar] 是一种令人难以置信、非常好的能源，零污染，能源投资回报快——它满足了每一个要求。”Andrew Blakers 说道 在澳大利亚堪培拉的澳大利亚国立大学。 “除非你住在北欧、东北亚或美国东北部，那里夏天阳光充足，冬天阳光不多， [solar] 简直就是最好的。”
布莱克斯说，对于那些遭受漫长而黑暗的冬季的国家来说，风力发电可以填补大部分空白。但还需要能够一次储存数周或数月电力的储能解决方案。这种“季节间存储”仍处于起步阶段，很少有解决方案能够实现商业规模运营。但抽水蓄能、氢气和压缩空气储存 都可以为这个难题提供答案。布莱克的预测？ “电池负责短期，抽水蓄能则负责长期。”
政治难题
如果有什么不同的话，那就是效率和存储是容易解决的问题。 “我认为瓶颈可能在于政治、政策的一致性、监管以及其他行业的既得利益，”尼尔森说。
美国对气候持怀疑态度的特朗普政府就是一个很好的例子。本月早些时候，联邦官员取消了内华达州一项拟议的大型太阳能项目，该项目本将成为世界上最大的计划之一，这只是一系列削减太阳能融资计划行动中的最新一项 和区块项目。
但邦德认为，鉴于可再生能源相对于传统发电资源的经济优势，向可再生能源的过渡现在几乎是势不可挡的。他表示：“现有企业可以在各个国家、各个项目和各个年份阻止太阳能的发展。” “现任特朗普政府正在尽最大努力减缓当前可再生能源的部署。但这真正意味着他们在部署先进技术的全球竞赛中落后了。”
Blakers 对此表示同意，并补充说太阳能可能是满足人工智能数据中心快速增长的电力需求的唯一途径。 “即使在美国，即使是意志坚定的联邦政府也很难看到太阳能被关闭，因为许多州都喜欢它，而且它是迄今为止获得大量能源的最快方式，”他说。
清洁能源的另一个主要瓶颈是物流。现有的电力网络需要重新布线，以应对来自新地区的巨大且波动的电力供应。更加灵活的电网可以应对发电量激增，甚至可以相应调整电力需求，这将有助于最大限度地利用绿色电力。但交付这些未来的电网需要花钱。仅在英国，能源公司就计划在未来五年内斥资 770 亿英镑改造输电网络，以应对向风能和太阳能的转变。
在电网还不够完善的低收入国家，各国可以从一开始就更快地建设可再生能源友好型基础设施，使可再生能源进一步渗透到电网供应中。根据 Ember 的数据，所谓的“金砖五国”——巴西、中国、埃及、埃塞俄比亚、印度、印度尼西亚、伊朗、俄罗斯、南非和阿拉伯联合酋长国——目前合计占全球太阳能发电量的一半以上。
各国面临的更广泛挑战是实现从供暖到交通等大部分能源需求的电气化。这些进展对于减少全球经济其他领域的化石燃料使用至关重要。正如尼尔森所说：“如果我们想让地球脱碳，那么我们首先需要实现电气化。”在这方面，低收入国家也领先于高收入国家。 Ember表示，到2023年，中国电力在最终能源消费中的份额将达到32%，远远超过美国和富裕欧洲国家24%的电气化率。
太阳能的未来？
尽管今年取得了成功，但上述技术、后勤和政治挑战可能会在短期内减缓一些国家太阳能的推广。本月早些时候，国际能源署预测，到本世纪末，可再生能源发电量将增加一倍以上，但仍达不到将产能增加三倍的国际目标 到同一天为止。该机构表示，美国的政策变化以及将太阳能纳入电网系统的挑战是可再生能源产能扩张的阻力。
但能源市场专家相信，到本世纪中叶及以后，太阳能将主导全球能源供应。邦德表示：“到本世纪末，很明显，我们所有的电力都将来自可再生能源，其中绝大多数将来自太阳能。”他估计，到 2100 年，全球 80% 的电力供应将由太阳能提供。除此之外，他预计，全球能源需求总量中至少 80% 将实现电气化。
政治、能源存储和基础设施的障碍都将被清除，迎来绿色电力革命。 “人类的生存条件就是将能量转化为物质，”邦德说。 “我们的一切都需要能源。现在，我们突然发现了这种廉价、通用的能源——当然，我们会弄清楚它。”
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