Earth 2050
MPYA

Umeme

Nishati ya Jua

Kwa nini Nguvu za Jua ni Mustakabali wa Dunia Yetu

Je, wanadamu wanaweza kuipa sayari nzima umeme kutoka jangwani? Tunaangalia wazo hili na chaguo nyingine, kuanzia sola za paa hadi agrivoltaiki na mifumo ya sola inayoelea. Tunaonyesha jinsi nishati ya sola inavyofanya kazi hasa, na kuchunguza nyenzo mpya kama perovskite zinazogeuza madirisha kuwa paneli za sola. Nishati ya sola sasa ndiyo chanzo cha nishati cha bei nafuu zaidi katika historia ya binadamu, lakini bado kuna matatizo kadhaa ya kushinda...

Pakua Mwongozo
AthariKasiGharamaUkomavuViumbe hai

4.6jumla

Jinsi suluhisho hili linavyopata alama

  • Athari5 / 5Mwanga wa jua ndio chanzo kikubwa zaidi cha nishati duniani, na nishati ya jua inaongezeka kwa kasi zaidi.
  • Kasi5 / 5Mashamba ya sola hutoka kwenye kibali hadi kuzalisha umeme ndani ya miezi, na kupanuka haraka.
  • Gharama5 / 5Umeme wa bei nafuu zaidi kuwahi kuzalishwa; unajilipia.
  • Ukomavu5 / 5Imekomaa, inazalishwa kwa wingi na kusakinishwa karibu kila nchi.
  • Viumbe hai3 / 5Madhara ni madogo, lakini paneli zinahitaji malighafi na mashamba makubwa ya sola huchukua nafasi.

Mwongozo

Haya ni maelezo ya filamu yenye michoro. Mwongozo huu kwa sasa unapatikana kwa Kiingereza pekee - lugha yako inakuja.

Mwongozo 1/11Mwongozo 2/11Mwongozo 3/11Mwongozo 4/11Mwongozo 5/11Mwongozo 6/11Mwongozo 7/11Mwongozo 8/11Mwongozo 9/11Mwongozo 10/11Mwongozo 11/11

Jaribio

Swali 1 kati ya 10

Inasemekana Archimedes alitumia nini dhidi ya meli za Waroma zilizovamia?

Alama 0 / 10

Nakala ya Sauti

Kwa maelfu ya miaka, wanadamu wameitazama jua kwa mshangao, kustaajabu, na macho yaliyokunja. Wamelisujudia, wakapima muda kwa kulitumia, na wanapenda kuota jua kwa miale yake (na mara nyingine kujiunguza).

Lakini vipi kama jua lingeweza kuwa zaidi ya kifaa cha kuoteshea ngozi rangi? Vipi kama lingeweza kuchukua nafasi ya nishati ya visukuku na kutatua matatizo ya nishati ya wanadamu?

Karibu kwenye dunia ya nishati ya jua!

Wanadamu wamekuwa wakitumia joto la jua tangu walipogundua lipo. Kwa kweli, mwanasayansi wa kale wa Kigiriki Archimedes inasemekana alitumia vioo vingi vikubwa kukusanya miale hiyo mizuri ya dhahabu kuwa boriti yenye joto kali kiasi cha kuwasha moto meli za Waroma waliovamia [1,2,3]. Huenda ilichoma ngozi vibaya sana!

Lakini ilichukua miaka mingine 2000 kabla ya Mfaransa mwingine mwenye akili sana aitwaye Edmond Becquerel kugundua kwamba, ukiwa na vifaa sahihi, unaweza kubadilisha mwanga wa jua kuwa umeme [4,5,6].

Na muda mfupi baadaye, mwaka 1954, ugunduzi wake ungeongoza kwenye kutengenezwa kwa seli ya kwanza kabisa ya jua ya silikoni [4,5,7,8], na uwezekano wa nishati isiyo na kikomo, ya bei nafuu, na tele kwa wote. Lakini teknolojia ya jua hufanyaje kazi hasa?

Mwanga umetengenezwa kwa chembe ndogo zinazoitwa fotoni na zina nishati inayosafiri kwa… basi, kasi ya mwanga.

Kila sekunde, fotoni zinazotolewa na jua hugonga angahewa ya Dunia, bahari na mabara, zikitoa joto ambalo ama hupasha sayari… au huwasha moto meli za Waroma kama una vioo vingi vikubwa karibu!

Lakini, zikigonga aina maalumu kabisa ya nyenzo inayoitwa semikondakta, fotoni hizi hutenda kama mipira ya mchezo wa bowling, zikizipiga elektroni mbali na atomi zinazogonga [9,10]. Na elektroni hizi ndizo zinazozalisha umeme. Hiyo ndiyo kanuni ya paneli za jua…

Lakini je, teknolojia hii kweli inaweza kutosheleza hamu ya wanadamu isiyotosheka ya nishati?

Ili kuzalisha umeme wa kutosha kuwasha televisheni zote, simu, vitanda vya kuoteshea ngozi rangi, na kila kitu kingine kinachoweza kutumia umeme, ungehitaji zaidi ya kilomita za mraba 100,000 za paneli za jua [11], jambo linaloweza kuonekana ni kubwa, lakini ni 1.5% tu ya Jangwa la Sahara [11].

Basi kwa nini wanadamu wasiendeshe dunia kwa shamba kubwa la nishati ya jua la Sahara?

Kumbe, majangwa si maeneo rahisi sana kuishi. Joto kali na mchanga unaopeperushwa na upepo wa jangwani vinaweza kupunguza ufanisi wa paneli za jua [12,13,14], na kwa sababu Sahara iko mbali sana, ufungaji na matengenezo huleta changamoto [15,16], bila kutaja haja ya kusafirisha umeme kupitia maelfu ya kilomita za nyaya [17,18].

Ingawa changamoto hizi za kiufundi zinaweza kutatuliwa kinadharia, matatizo makubwa zaidi yanatokana na changamoto changamani za kisiasa kati ya nchi za mradi mkubwa kama huu [16,17,18], jambo linalofanya shamba kubwa la jua la Sahara linalosambaza umeme kwa dunia nzima lionekane halina maana sana ghafla!

Kwa bahati nzuri, mashamba ya jua hayalazimiki kuwa jangwani. Kwa kweli, paneli za jua zinaweza kuwekwa karibu popote, na kuzifunga kwenye nusu tu ya paa za dunia kunaweza kutosha kukidhi mahitaji ya umeme ya wanadamu [19,20,21].

Pia zinaweza kuwekwa kando ya mazao kwenye mashamba [22,23] ili kuzalisha vitu viwili ambavyo wanadamu wanavipenda sana kwa pamoja: chakula na umeme.

Paneli zinazoelea zinaweza hata kuwekwa kwenye mabwawa makubwa ya kuhifadhi maji duniani [24,25], zikiyalinda yasivukizwe [26,27] na kuhakikisha wanadamu wana maji ya kutosha wakati wa vipindi vyao virefu vya kuota jua. Kwa kweli, mabwawa ya kuhifadhi maji yana eneo la juu la kutosha kutoa umeme wote wa dunia peke yake [28,29,30].

Kwa hiyo, paneli za jua zinaweza kabisa kuupa dunia umeme, lakini je, hilo linawezekana kivitendo?

Changamoto ya kwanza ni ile wanadamu wanaijua vizuri sana: kutengeneza paneli zenyewe. Ili kuzitengeneza, wanadamu wanahitaji rasilimali na nishati, vyote vikiwa na gharama [31]. Kwa mfano, silikoni katika seli za jua lazima ichimbwe na kuchakatwa, na hili linaweza kusababisha matatizo yake yenyewe kwa mazingira [32,33].

Labda kikwazo kikubwa zaidi kwa nishati ya jua kinaweza kufupishwa kwa swali moja rahisi… Nini hutokea jua lisipong'aa?

Kama umewahi kutumia muda Duniani, pengine umeona kwamba karibu saa 12 kati ya kila saa 24 huwa ni giza. Na, kutegemea ulipo, baadhi ya maeneo huwa na giza zaidi kuliko mengine [34,35].

Mbaya zaidi, hata wakati wa mchana, mawingu yanayokera yanaweza kuzuia, jambo ambalo si zuri kabisa kama unahitaji mwanga huo wa jua kwa umeme [36]. Hii inamaanisha nishati ya jua ni kile kinachojulikana kama chanzo cha nishati kisichoendelea.

Kwa sababu mahitaji ya umeme hubadilika siku nzima, nishati ya jua haitoi daima kile kinachohitajika: wakati mwingine hutoa nyingi sana, na wakati mwingine haiwezi kutoa za kutosha kukidhi mahitaji [37]. Kwa hiyo, ama nishati ya ziada lazima ihifadhiwe kwa matumizi ya baadaye, au vyanzo vingine vinahitajika jua lisipong'aa [38,39,40].

Kwa sasa, wanadamu hawajagundua jinsi ya kuhifadhi nishati ya jua ya kutosha ili kusambaza dunia nzima kwa uhakika, hivyo kwa muda huu, nishati ya jua haitaweza kuendesha sayari peke yake.

Lakini usiogope! Kama Archimedes wa kale na Becquerel mwenye akili, wanadamu wengi wa leo wanafanyia kazi masuluhisho ya kiteknolojia, na kazi yao inalipa.

Nyenzo kama perovskite zinaweza kufanya paneli za jua ziwe na ufanisi zaidi [41,42], ziwe safi zaidi kwa mazingira, na zitumie rasilimali chache kuliko paneli za silikoni za kawaida [43]. Perovskite inaweza hata kupakwa rangi, kuchapishwa au kunyunyiziwa kwenye sehemu mbalimbali ikiwemo kioo [41,44], na kugeuza madirisha kuwa paneli za jua [45].

Maendeleo katika urejelezaji yanapunguza zaidi hitaji la kuchimba madini [46,47], na gharama ya paneli za jua imeshuka haraka kwa zaidi ya 99% katika miaka 40 iliyopita [48-52], na kuifanya nishati ya jua ishike nafasi ya kwanza kwa pamoja na upepo katika mbio kubwa za kupata chanzo cha nishati cha bei nafuu zaidi katika historia ya wanadamu [53,54]. Na, kama kuna kitu kimoja ambacho wanadamu wanapenda zaidi ya umeme, chakula, au rangi ya jua kwenye ngozi, ni bei nzuri!

Lakini vipi kuhusu kutumia wazo la Archimedes la kukusanya nishati ya jua kwenye sehemu moja? Je, hili linaweza kutumika kutengeneza umeme? Kweli, ndiyo. Mitambo ya nishati ya jua iliyokusanywa ipo leo na hufanya kazi kwa kuelekeza vioo vikubwa kupasha chumvi iliyoyeyuka; joto hili kisha huzalisha umeme. Hata hivyo, kutokana na bei kushuka haraka, sasa makundi ya paneli za jua huzalisha umeme kwa takriban theluthi moja ya gharama ya mitambo ya jua iliyokusanywa [54].

Kwa hiyo, inaonekana paneli za jua ndizo njia ya mbele. Kwa kweli, sasa ni nafuu sana kiasi kwamba uwezo wa paneli za jua duniani unaongezeka maradufu takriban kila baada ya miaka mitatu [55] na unaelekea kusambaza zaidi ya nusu ya umeme wa dunia kufikia 2050 [56,57,58].

Lakini je, zinaweza kweli kuchukua nafasi ya nishati ya visukuku na kuokoa sayari? Kweli, labda si zenyewe... Lakini pamoja na vyanzo vingine vya nishati (na mfumo wa kuhifadhi nishati wa kuandamana nazo), paneli za jua zinaweza kuwasaidia wanadamu kuacha utegemezi wa nishati ya visukuku na kutengeneza mustakabali unaong'aa zaidi kuliko wakati wowote!

Wataalamu Washauri

Tunapenda kuwashukuru

Prof. Alastair Buckley

Chuo Kikuu cha Sheffield

Shule ya Sayansi za Hisabati na Fizikia

Dr. Dan Lamb

Chuo Kikuu cha Swansea

Kituo cha MOCVD cha oksidi na kalkojenidi, CISM

Video Zaidi

Rasilimali hizi hazihusiani na sisi. Kila kilichounganishwa hapa kiko kwa Kiingereza.

Muhtasari - Jinsi Paneli za Sola Zinavyofanya Kazi

Muhtasari - Jinsi Paneli za Sola Zinavyofanya Kazi - Ndani ya Semiconductor - Viunganishi vya PN na Fizikia

Muhtasari - Jinsi Paneli za Sola Zinavyofanya Kazi - Mifumo ya Paneli za Sola - Mifumo ya Sola, Mashamba na Gridi

Mustakabali wa Nguvu za Sola - Gharama, Kiwango na Upenyezaji wa Kimataifa - Uchunguzi wa Kesi kuelekea Mustakabali wa 100% wa Nishati Mbadala (ukiunganishwa na Upepo na Betri)

Mustakabali wa Nguvu za Sola - Gharama, Kiwango na Upenyezaji wa Kimataifa - Utabiri wa Vikundi vya Fikra

Jiografia na Matumizi - Fursa za Kimataifa kwa Mashamba, Mifumo Inayoelea na Mifumo Mseto

Marejeo Zaidi

Rasilimali hizi hazihusiani na sisi. Kila kilichounganishwa hapa kiko kwa Kiingereza.

Jinsi inavyofanya kazi

Nishati ya Jua ya Sahara

Agrivoltaics

PVs Zinazoelea

Mchoro wa Bata

Urejelezaji wa Seli za Jua

Uhifadhi wa Nishati

Teknolojia ya Jua ya Baadaye

Mabadiliko ya Nishati

Marejeo

Kila kilichounganishwa hapa kiko kwa Kiingereza.

  1. [1] Kuzingirwa kwa Syracuse (214-212 KK) | Umuhimu, maelezo, & Archimedes | Britannica
  2. [2] Archimedes - Alifanya nini zaidi ya kupiga kelele Eureka? (Inapatikana kwenye Archive.org)
  3. [3] Kuunda upya miale ya kifo ya kale | The New York Times
  4. [4] Seli ya kwanza ya jua ya silikoni iliyotumika kwa vitendo | American Physical Society
  5. [5] Historia fupi ya paneli za jua | Smithsonian Magazine
  6. [6] Kumbukumbu ya 1839 ya Becquerel - Athari ya mionzi kwenye vipande vya chuma | Academy of Sciences Weekly Reports
  7. [7] Uvumbuzi wa seli ya jua | Popular Science (Dondoo kutoka Let It Shine - The 6,000-Year Story of Solar Energy)
  8. [8] Uchambuzi wa kina wa hati: Hati miliki ya seli ya kwanza ya jua iliyotumika kwa vitendo | Smithsonian Magazine
  9. [9] Fotovoltaiki na umeme | U.S. Energy Information Administration
  10. [10] Handbook of Photovoltaic Science and Engineering | Wiley Online Library
  11. [11] Tungeweza kuupa ulimwengu mzima umeme kwa kutumia nishati ya jua kutoka 1% ya Sahara | Forbes (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  12. [12] Athari za teknolojia za seli za fotovoltaiki na joto la juu kwenye utendaji wa mfumo wa fotovoltaiki | Ain Shams Engineering Journal
  13. [13] Athari ya kawaida ya chembe za mchanga kwenye nyuso za kioo za paneli za jua | Tribology International
  14. [14] Hali ya hewa ya joto sana inaweza kupunguza ufanisi wa paneli za jua, wataalamu wanasema | World Economic Forum
  15. [15] Je, mfumo mkubwa wa paneli za jua katika Sahara unaweza kutatua mahitaji yetu ya nishati? | CORDIS European Commission
  16. [16] Zaidi ya nishati safi tu: upepo na jua katika Sahara vinaweza kuongeza mvua Sahel | UNEP
  17. [17] Katika mbio za kutafuta nishati safi, Ulaya inaelekea Afrika Kaskazini | Yale E360
  18. [18] (Kwa nini) Desertec ilifeli? Uchambuzi wa awali wa mradi mkubwa wa miundombinu ya nishati mbadala | Local Environment
  19. [19] Tathmini ya kimataifa ya anga na muda ya uwezo wa fotovoltaiki za jua kwenye paa kwa uzalishaji wa umeme mbadala | Nature Communications (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  20. [20] Mashamba ya mazao na paa: uwezo wa kimataifa wa fotovoltaiki za jua ambao hautumiki vya kutosha | Environmental Research Letters (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  21. [21] Kuiga uwezo wa kimataifa wa fotovoltaiki kwenye ardhi na jinsi unavyoathiriwa na mabadiliko ya tabianchi | Environmental Research Letters (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  22. [22] Agrovoltaiki: Kuunganisha paneli za jua na kilimo kwa matokeo ya faida kwa wote | Statkraft
  23. [23] Agrovoltaiki: Nishati ya jua na kilimo sehemu moja | US Department of Energy
  24. [24] PV zinazoelea: Zinaongezeka Ulaya | Intersolar Europe
  25. [25] Jua linapokutana na maji: Ripoti ya soko la sola zinazoelea | ESMAP
  26. [26] Mwanzo wa sola zinazoelea - teknolojia, faida, na changamoto | Proceedings of the World Conference on Floating Solutions 2019
  27. [27] Sola PV zinazoelea kupunguza uvukizi katika maeneo yenye uhaba wa maji na kuwasha pampu za maji: uchunguzi kifani Jordan | Energy Conversion and Management
  28. [28] Uzalishaji wa nishati na uokoaji wa maji kutoka kwa voltaiki za jua zinazoelea kwenye hifadhi za maji duniani | Nature Sustainability (Imenukuliwa katika Paneli za jua zinazoelea kwenye hifadhi za maji zinaweza kuwasha theluthi moja ya dunia, utafiti wabaini | The Independent) (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  29. [29] Kuunganisha mitambo ya sola fotovoltaiki zinazoelea na mabwawa ya umeme wa maji | Energy Procedia (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  30. [30] Hali na uwezo wa PV zinazoelea duniani | Progress in Energy (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  31. [31] Athari za kimazingira za uzalishaji wa umeme wa PV - ulinganisho makini wa njia za uzalishaji nishati | 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference | UN CTNC
  32. [32] Athari za uchimbaji wa silika kwa mazingira | Journal of Geography and Regional Planning
  33. [33] Athari za kimazingira za mifumo ya sola fotovoltaiki: mapitio makini ya maendeleo ya hivi karibuni na mtazamo wa baadaye | Science of The Total Environment
  34. [34] Tathmini ya maeneo ya uwezo wa nishati ya sola duniani. Mbinu ya kijiografia | Journal of Cleaner Production
  35. [35] Kutokuwepo kwa uzalishaji wa umeme wa sola kila wakati na uunganishaji | Nature
  36. [36] Tofauti za anga-wakati za vigezo vya hali ya hewa na uzalishaji wa umeme wa nishati mbadala usio wa kila wakati - Mapitio | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  37. [37] Miaka kumi ya kuchanganua chati ya bata: Jinsi ugunduzi wa NREL mwaka 2008 unavyosaidia kuwezesha nishati zaidi ya jua kwenye gridi ya umeme leo | NLR (NREL) (iliyohifadhiwa)
  38. [38] Uhifadhi wa nishati ni muhimu kwa kutengeneza mifumo ya umeme nafuu, ya kuaminika, isiyo na kaboni kwa kiwango kikubwa | MIT News
  39. [39] Mapitio kuhusu jinsi vyanzo vya nishati mbadala vinavyokamilishana | Solar Energy
  40. [40] Hifadhi ya maji kwa kusukuma na mfumo mseto wa uzalishaji wa umeme unaokamilishana wa upepo-fotovoltaiki | Applied Energy
  41. [41] Utangulizi: Kwa nini Perovskite na seli za sola za Perovskite? | Prevoskite Photovoltaics
  42. [42] Seli tandemu zina nguvu | Science (katika Perovskite, ‘nyenzo ya miujiza’, yavunja kizingiti cha ufanisi wa paneli za jua | The Independent)
  43. [43] Maarifa mapya kuhusu utendaji wa kimazingira wa seli za jua za tandemu za perovskite-kwenye-silicon | Sustainable Energy & Fuels | RSC (katika Athari za kimazingira za PV ya perovskite | PV magazine International)
  44. [44] Teknolojia za sola za Perovskite | Encyclopedia of Sustainable Technologies (Toleo la 2)
  45. [45] Madirisha mapya mahiri yanakuwa meusi juani - na kuzalisha umeme wakati huohuo | Science | AAAS
  46. [46] Mapitio kuhusu kuchakata upya moduli/paneli za sola | Solar Energy Materials and Solar Cells
  47. [47] Maendeleo ya kiteknolojia katika kuchakata upya sola fotovoltaiki: mapitio | Minerals
  48. [48] Ubunifu wa teknolojia unawezesha kupunguza mabadiliko ya tabianchi kwa gharama ndogo | Energy Research & Social Science (katika Nishati ya visukuku ‘inapitwa na wakati’ huku bei za paneli za jua zikishuka sana | The Independent)
  49. [49] Bei za paneli za sola zimeshuka kwa karibu 20% kila mara uwezo wa dunia ulipoongezeka mara mbili | Our World in Data (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  50. [50] Kwa nini nishati mbadala zilikuwa nafuu sana haraka hivyo? | Our World in Data (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  51. [51] Bei za paneli za sola (fotovoltaiki) | Our World in Data (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  52. [52] Mtazamo wa soko la PV duniani robo ya 3, 2024 | BloombergNEF (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  53. [53] World Energy Outlook 2024 – Uchambuzi | IEA
  54. [54] Gharama za uzalishaji wa umeme mbadala mwaka 2023 | IRENA (tazama Maelezo ya Marejeo*)
  55. [55] Mtazamo wa soko la dunia wa nishati ya sola 2022-2026 | Solar Power Europe (iliyohifadhiwa)
  56. [56] Umeme mbadala wa bei nafuu kama kichocheo kikuu cha mpito wa nishati duniani kuelekea uendelevu | Energy
  57. [57] Kasi ya mpito wa nishati ya jua | Nature Communications (katika UCL News | University College London)
  58. [58] Nishati ya sola inaweza kuzalisha nusu ya umeme wa dunia kufikia 2050 | Bloomberg

Maelezo ya Marejeo

11

Eneo la jangwa linalohitajika kuendesha dunia kwa shamba la jua la Sahara

Makala katika rejeleo hili imetokana na mjadala kwenye jukwaa la mtandaoni la kushirikishana maarifa Quora, na kwa hiyo haijapitiwa rasmi au kuchapishwa katika jarida au ripoti ya kisayansi. Hata hivyo, imenukuliwa, kurejelewa na kuchapishwa tena kwa wingi katika Forbes na New York Times, na mwandishi anaieleza kama mara ya kwanza ambapo suluhisho la nishati ya jua kwa mahitaji ya nishati duniani limependekezwa na uwezekano wa kutekelezeka, uhalisia, na takwimu za ‘Suluhisho la Sahara’ kuzingatiwa. Imechambuliwa kwa ukali na kutetewa na mwandishi, mwanataaluma na mtaalamu wa sekta, na kuungwa mkono isivyo rasmi na wataalamu wenza wa taaluma na sekta. Vipengele vya pendekezo na hesabu zinazoliunga mkono vinaweza kuchukuliwa kama makadirio ya kufikirika, hesabu za haraka ‘back-of-the-envelope’ au msingi wa hali halisi za suluhisho duniani na vinajadiliwa katika miktadha hii yote miwili, lakini kwa madhumuni hapa vinatumika kama makadirio ya kuelezea.

Zaidi ya yote, makadirio yake yanategemea matumizi yote ya nishati na kudhani nishati zote zitatumika kwa umeme kikamilifu, ikiwemo joto, usafiri na michakato ya viwandani. Uwezekano wa kutumia umeme moja kwa moja katika matumizi haya unatofautiana na wakati mwingine hauwezi kutekelezwa au hauwezekani (ilhali baadhi yanaweza kutumia hidrojeni ya kijani inayozalishwa kwa elektrolisisi inayotumia nishati ya jua). Makadirio ya jumla (yaliyotolewa na AI) ya ~60-70% ya mahitaji ya nishati duniani yanaweza kuwezeshwa kwa umeme kwa teknolojia za sasa na za muda mfupi ujao, kwa kuzingatia uchambuzi wa kisekta kutoka McKinsey, IRENA na mitazamo ya IEA kuhusu nishati duniani A,B,C, huku yakikubali kuwa changamoto za utekelezaji zipo. Mahitaji ya eneo la shamba la sola la Sahara ili kutimiza mahitaji ya sasa ya umeme duniani yangekuwa madogo zaidi.

Makadirio ya hitaji la 1.2% ya jangwa la Sahara yamebadilishwa kuwa 1.5% ili kuzingatia ongezeko la karibuni la mahitaji ya nishati duniani (takribani 19.6 TW kufikia 2023 D,E).

19,20,21

Uwezo wa kimataifa wa paneli za jua za paa

Tafiti kadhaa zimeunda modeli za uwezo wa kimataifa wa sola za fotovoltaiki za paa (PV), lakini zikiwa na matokeo tofauti. Utafiti mmoja [19] unakadiria kuwa eneo lote la paa linalofaa kwa PV linaweza kuzalisha 27 PWh kwa mwaka, zaidi ya mahitaji ya umeme duniani wakati huo mwaka 2018. Kwa sababu ya tofauti za kijiografia na misimu katika mwanga wa jua na hivyo uwezo wa PV, mchango wa eneo la paa katika kila eneo kwa uwezo huu wa jumla si sawa kwa sababu uwezo wa eneo moja unaweza kuwa chini sana ya mahitaji yake, ilhali uwezo wa eneo lingine unaweza kuzidi mahitaji na kuchangia kwa kiwango kikubwa zaidi katika usambazaji wa dunia. Waandishi wanakadiria kuwa angalau 50% ya eneo la paa duniani ingehitajika kutimiza mahitaji ya umeme ya kila mwaka duniani yakijumlishwa kwa maeneo yote.

Kufikia 2023, mahitaji ya umeme duniani sasa yameongezeka hadi chini kidogo ya 30 PWh F, yakizidi uwezo wa awali wa PV-za-paa duniani ulioripotiwa katika [19]. Wakati huo huo, mahitaji yote ya nishati (yakiwemo joto, usafiri na michakato ya viwandani pamoja na umeme), yalifikia takriban 172 PWh D,E. Utafiti mwingine [20], unaonyesha dosari katika mbinu za [19]’s na kukadiria kuwa uwezo wa PV-za-paa duniani unaweza kufikia takriban 30.5 TW za uwezo wa juu unaoweza kusakinishwa, sawa na zaidi ya 267 PWh kwa mwaka, kiasi kinachozidi sana hata mahitaji yetu yote ya nishati. Utafiti wa tatu [21] unakadiria kufikia uwezo wa PV-za-paa duniani wa 175 TWh kwa mwaka ifikapo 2050, unaoweza kubadilika kulingana na hali mbalimbali zinazoendelea za utoaji wa hewa chafu. Utabiri huu unahusisha kupanua paa ili kuwezesha eneo lote la PV kuwa kubwa zaidi sana kuliko linaloripotiwa sasa na [19]. Tukizingatia matokeo haya na mbinu zao husika, tunafikia hitimisho la tahadhari kwamba nusu tu ya paa za dunia inaweza kutosha kutimiza mahitaji ya umeme ya binadamu.

28,29,30

Uwezo wa kimataifa wa paneli za jua zinazozunguka kwenye mabwawa duniani kote

Katika utafiti mmoja [28], uzalishaji wa nishati unaowezekana kutokana na kufunika kwa kiwango cha juu cha 30% ya eneo la uso kwa fotovoltaiki zinazoelea (FPVs) kwenye kila hifadhi duniani (556,111 km2 katika hifadhi 114,555) unakadiriwa kuwa 9434 TWh kwa mwaka. Huu ni ukadiriaji wa tahadhari unaotegemea ufunikaji mdogo wa uso kwa FPV (30%) kutokana na vikwazo vya kiufundi na kimazingira. Kwa mtazamo unaofanana, utafiti mwingine [29] unaripoti kwamba 25% ya eneo la uso wa hifadhi duniani linaweza kuzalisha 8000 TWh yr-1. Kwa kufuata makadirio ya IEA G, hii ni angalau robo ya mahitaji ya umeme duniani kwa siku zijazo zinazoonekana (karibu theluthi moja ya mahitaji, kufikia mwisho wa 2023 F), na uwezo unaweza kuongezeka zaidi kadiri hifadhi mpya zinavyojengwa.

Utafiti wa hivi karibuni zaidi [30], hata hivyo, unaangazia maendeleo ya teknolojia ya paneli za sola ambayo hayakuzingatiwa katika tafiti hizi za awali, ikiwemo mifumo ya kufuatilia jua na paneli za sola za bifacial: “Ingawa vifuatiliaji vinaweza kuongeza mahitaji ya kuelea na kufunga nanga ya mfumo na kupandisha gharama za jumla za mfumo, ongezeko lake kubwa la nishati kuliko mifumo ya mwinamo usiobadilika, teknolojia zinazoendelea, na gharama zinazoshuka huenda vikavifanya vitumike zaidi katika miaka ijayo”. Ili kuelewa jinsi teknolojia hizi mpya zinavyoweza kufanya kazi duniani, wao “walichambua uwezo wa usakinishaji na uwezekano wa uzalishaji wa nishati wa mipangilio tofauti ya FPV, ikiwemo usakinishaji wa mwinamo usiobadilika wenye pembe tofauti za mwinamo, mbinu tofauti za kufuatilia, pamoja na aina tofauti za paneli (monofacial dhidi ya bifacial) kwenye hifadhi 249,717 za ndani (za kutengenezwa na binadamu na za asili) duniani kote zenye eneo la jumla la 222,623 km2 -karibu mara nne zaidi ya zile zilizochambuliwa katika” [28]. Kwa masasisho haya, waandishi wanapata uwezo wa jumla wa FPV wa hadi 22 TWp (nguvu ya kilele), ambao unaweza kutimiza mahitaji yote ya umeme duniani.

49-52

Bei za sasa za PV za jua

Our World in Data [51] hukusanya data kutoka vyanzo kadhaa, ikiwemo IRENA 2024 H. Kama ilivyoelezwa kwenye ukurasa wa wavuti, IRENA huonyesha bei za moduli za sola za photovoltaic kwa teknolojia mbalimbali. Data kuanzia Q4 ya 2013 ni wastani wa bei ya kila mwaka kwa teknolojia za ‘Thin film a-Si/u-Si’, au Global Price Index kama rejea ya teknolojia zote za sola, ikifikia bei ya kimataifa ya $0.31/W mwaka 2023. Vyanzo vingine I,J,K huonyesha teknolojia kuu ya paneli za monocrystalline za upande mmoja kama rejea yao kuu, ambazo bei zake zimeshuka zaidi:

Januari 2024, bei ya moduli za thin film a-Si/u-Si zilizouzwa Ulaya ilishuka hadi ~$0.16/W H. Aprili 2024, bei ya soko la papo hapo duniani ya moduli za monocrystalline za upande mmoja iliripotiwa kuwa $0.11/W I. Novemba 2024, paneli za monocrystalline PERC zilizotawala soko na teknolojia za kizazi kipya za c-Si TOPCon zilifikia $0,087/W, $0.1/W na $0.29/W nchini China, Ulaya na Marekani mtawalia J,K †.

†Bei za kuuza nje kwa kawaida huwa juu zaidi kwenye masoko ya kimataifa kuliko China kutokana na usafirishaji, ushuru na sababu za masoko ya kikanda, hasa International Commercial Terms (FOB kwa mauzo ya nje ya China dhidi ya DDP kwa Marekani na Ulaya J).

Bloomberg [52] inaripoti kuwa wastani wa bei ya moduli duniani umeshuka hadi $0,096/W. Ikilinganishwa na wastani wa bei ya moduli duniani wa $19.48/W mwaka 1984 [51], bei za moduli hivyo zimeshuka kwa zaidi ya 99% katika miaka 40.

Kwa kulinganisha zaidi, wastani wa bei ya moduli nchini Marekani umeshuka hadi $0.29/W kufikia Q1 2024 I. Hii ni punguzo la 96% katika miaka 35, tangu 1989 L,M. Bei za juu nchini Marekani zimeendelea kuwepo kutokana na ushuru kwa moduli za China na sababu nyingine za uagizaji I.

54

Gharama ya LCOE ya PV ya jua dhidi ya Nguvu ya Jua Iliyokolezwa

IRENA Renewable Power Generation Costs 2023 inasema kwamba wastani wa kimataifa uliopimwa wa Levelised Cost of Electricity (LCOE) kwa sola ya PV ulikuwa US$0.044/kWh. Kati ya 2010 na 2023, wastani wa kimataifa uliopimwa wa LCOE wa mitambo ya CSP ulishuka kwa 70%, kutoka US$0.393/kWh hadi US$0.117/kWh. Kwa hiyo, kufikia 2023, LCOE ya sola ya PV kwa kiwango cha shirika la umeme ni zaidi kidogo ya theluthi moja ya ile ya CSP. Hata hivyo, gharama za sola ya PV zinaendelea kushuka. Kati ya 2021 na 2023, kila mwaka ni mtambo mmoja tu wa CSP ulioanza kufanya kazi, hivyo miaka hii si lazima iwe wakilishi. Kwa kuwa utekelezaji wa CSP umepungua na ushindani na sola ya PV ni mkali, inawezekana mitambo hii ilikuwa miradi ya hali ya juu, iliyoboreshwa sana ili kuonyesha uwezo wake wa kushindana. Hivyo, wastani wa LCOE ulioripotiwa unaweza kuwa chini kuliko ungeonekana katika mwaka wenye utekelezaji wa miradi ya CSP wa kawaida au wa aina mbalimbali zaidi.

Je, wewe ni mfadhili, mwanasayansi, mwalimu, au mtunga sera?

Ungependa kuunga mkono au kufanya kazi na Earth 2050? Wasiliana nasi.

info@earth2050.com