Earth 2050
ใหม่

ไฟฟ้า

พลังงานแสงอาทิตย์

ทำไมพลังงานแสงอาทิตย์คืออนาคตของโลกเรา

มนุษย์จะผลิตพลังงานให้ทั้งโลกจากทะเลทรายได้ไหม? เราสำรวจไอเดียนี้และทางเลือกอื่น ๆ ตั้งแต่โซลาร์เซลล์บนหลังคา เกษตรร่วมโซลาร์ ไปจนถึงแผงโซลาร์ลอยน้ำ เราจะอธิบายว่าโซลาร์ทำงานจริง ๆ อย่างไร และสำรวจวัสดุใหม่อย่างเพอรอฟสไกต์ที่เปลี่ยนหน้าต่างให้เป็นแผงโซลาร์ ตอนนี้โซลาร์คือแหล่งพลังงานที่ถูกที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษย์ แต่ยังมีปัญหาบางอย่างที่ต้องแก้...

ดาวน์โหลดคู่มือ
ผลกระทบความเร็วค่าใช้จ่ายความพร้อมของเทคโนโลยีธรรมชาติ

4.6คะแนนรวม

คะแนนของวิธีแก้ปัญหานี้

  • ผลกระทบ5 / 5แสงอาทิตย์คือแหล่งพลังงานใหญ่ที่สุดของโลก และพลังงานแสงอาทิตย์กำลังขยายตัวเร็วที่สุด
  • ความเร็ว5 / 5โซลาร์ฟาร์มเปลี่ยนจากขออนุญาตเป็นผลิตไฟฟ้าได้ในไม่กี่เดือน และขยายได้เร็ว
  • ค่าใช้จ่าย5 / 5ไฟฟ้าที่ถูกที่สุดเท่าที่เคยผลิตมา; คุ้มทุนได้เอง
  • ความพร้อมของเทคโนโลยี5 / 5พิสูจน์แล้ว ผลิตได้จำนวนมาก และติดตั้งในเกือบทุกประเทศ
  • ธรรมชาติ3 / 5ผลกระทบน้อย แต่แผงต้องใช้วัสดุ และฟาร์มโซลาร์ขนาดใหญ่กินพื้นที่

คู่มือ

นี่คือบทบรรยายแบบมีภาพประกอบของหนังเรื่องนี้ ตอนนี้คู่มือมีแค่ภาษาอังกฤษ - ภาษาของคุณกำลังมา

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

แบบทดสอบ

คำถาม 1 จาก 10

กล่าวกันว่าอาร์คิมิดีสใช้สิ่งใดต้านเรือรบโรมันที่บุกมา?

คะแนน 0 / 10

บทบรรยาย

ตลอดหลายพันปี มนุษย์มองดวงอาทิตย์ด้วยความเกรงขาม ความพิศวง และตาหยี ๆ พวกเขาบูชามัน ใช้มันวัดเวลา และชอบอาบแดด (แถมบางทีก็ไหม้เกรียม) ในแสงของมัน

แต่ถ้าดวงอาทิตย์เป็นได้มากกว่าแค่อุปกรณ์ทำผิวแทนล่ะ? ถ้ามันมาแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลและแก้ปัญหาพลังงานของมนุษย์ได้ล่ะ?

ยินดีต้อนรับสู่โลกของพลังงานแสงอาทิตย์!

มนุษย์ใช้ความร้อนจากดวงอาทิตย์มาตั้งแต่สังเกตว่ามันมีอยู่จริง ที่จริงแล้ว Archimedes นักวิทยาศาสตร์กรีกโบราณ ว่ากันว่าใช้กระจกยักษ์หลายบานรวมแสงสีทองสวย ๆ ให้เป็นลำแสงที่ร้อนจนเผาเรือโรมันที่บุกมาไหม้ [1,2,3]. คงทำให้ผิวไหม้แดดหนักน่าดู!

แต่ต้องรออีก 2,000 ปี จนกระทั่งชาวฝรั่งเศสหัวไวอีกคนชื่อ Edmond Becquerel ค้นพบว่า ถ้าใช้วัสดุที่ถูกต้อง คุณเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้าได้ [4,5,6].

และหลังจากนั้นไม่นาน ในปี 1954 การค้นพบของเขาก็นำไปสู่การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนเครื่องแรก [4,5,7,8], พร้อมศักยภาพของพลังงานที่ไม่จำกัด ราคาถูก และมีมากพอสำหรับทุกคน แล้วเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานอย่างไรกันแน่?

แสงประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ ที่เรียกว่าโฟตอน และพวกมันมีพลังงานที่เดินทางด้วยความเร็ว... ก็ความเร็วแสงไงล่ะ

ทุกวินาที โฟตอนที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาจะพุ่งชนชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร และทวีปของโลก สร้างความร้อนที่ทำให้โลกร้อนขึ้น... หรือเผาเรือโรมัน ถ้าบังเอิญคุณมีกระจกยักษ์หลายบานอยู่ใกล้มือ!

แต่ถ้ามันชนกับวัสดุชนิดพิเศษที่เรียกว่าสารกึ่งตัวนำ โฟตอนเหล่านี้จะทำตัวเหมือนลูกโบว์ลิ่ง กระแทกอิเล็กตรอนให้หลุดออกจากอะตอมที่มันชน [9,10]. และอิเล็กตรอนพวกนี้แหละที่สร้างไฟฟ้า นี่จึงเป็นหลักการของแผงโซลาร์เซลล์...

แต่เทคโนโลยีนี้จะตอบสนองความหิวกระหายพลังงานไม่รู้จบของมนุษย์ได้จริงไหม?

หากจะผลิตไฟฟ้าให้พอใช้กับโทรทัศน์ โทรศัพท์ เตียงอาบแดด และทุกอย่างอื่นที่เปลี่ยนมาใช้ไฟฟ้าได้ คุณจะต้องมีแผงโซลาร์เซลล์มากกว่า 100,000 ตารางกิโลเมตร [11], ซึ่งอาจฟังดูเยอะ แต่จริง ๆ แล้วคิดเป็นแค่ 1.5% ของทะเลทรายซาฮารา [11].

แล้วทำไมมนุษย์ไม่จ่ายพลังงานให้โลกด้วยฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดมหึมาในซาฮาราล่ะ?

ปรากฏว่าทะเลทรายไม่ใช่สถานที่ที่น่าอยู่สักเท่าไร อุณหภูมิสุดร้อนระอุและทรายจากลมทะเลทรายอาจลดประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ [12,13,14], แถมซาฮารายังอยู่ห่างไกล การติดตั้งและบำรุงรักษาจึงเป็นเรื่องท้าทาย [15,16], ยังไม่ต้องพูดถึงการส่งไฟฟ้าผ่านสายเคเบิลยาวหลายพันกิโลเมตร [17,18].

แม้ในทางทฤษฎีจะเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคเหล่านี้ได้ แต่ปัญหาใหญ่กว่ามาจากความท้าทายทางภูมิรัฐศาสตร์อันซับซ้อนของโครงการทะเยอทะยานแบบนี้ [16,17,18], ทำให้ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ซาฮาราขนาดยักษ์ที่จ่ายไฟให้ทั้งโลก ดูสมเหตุสมผลน้อยลงทันที!

โชคดีที่ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ไม่จำเป็นต้องอยู่ในทะเลทราย ที่จริง แผงโซลาร์เซลล์ติดตั้งได้เกือบทุกที่ และแค่ติดตั้งบนหลังคาครึ่งหนึ่งของโลกก็อาจพอตอบสนองความต้องการไฟฟ้าของมนุษย์ได้ [19,20,21].

มันยังติดตั้งข้างแปลงพืชผลในพื้นที่เกษตรได้ [22,23] เพื่อผลิตสองสิ่งที่มนุษย์ชอบที่สุดพร้อมกัน: อาหารและไฟฟ้า

แผงลอยน้ำยังติดตั้งบนอ่างเก็บน้ำทั่วโลกได้ด้วย [24,25], ช่วยป้องกันน้ำระเหย [26,27] และทำให้มนุษย์มีน้ำพอดื่มระหว่างนอนอาบแดดนาน ๆ ที่จริง แค่อ่างเก็บน้ำก็มีพื้นที่ผิวน้ำมากพอจะผลิตไฟฟ้าให้ทั้งโลกได้ [28,29,30].

ดังนั้น แผงโซลาร์เซลล์สามารถจ่ายพลังงานให้โลกได้แน่นอน แต่ทำได้จริงในทางปฏิบัติไหม?

ความท้าทายแรกเป็นเรื่องที่มนุษย์คุ้นเคยดี: การสร้างแผงขึ้นมาตั้งแต่แรก การผลิตมันต้องใช้ทรัพยากรและพลังงาน ซึ่งทั้งหมดมีต้นทุน [31]. ตัวอย่างเช่น ซิลิคอนในเซลล์แสงอาทิตย์ต้องถูกขุดและแปรรูป ซึ่งอาจก่อปัญหาสิ่งแวดล้อมของมันเอง [32,33].

บางทีอุปสรรคใหญ่ที่สุดของพลังงานแสงอาทิตย์ สรุปได้ด้วยคำถามง่าย ๆ ข้อเดียว... จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสง?

ถ้าคุณเคยใช้ชีวิตบนโลก คุณคงสังเกตว่า ในทุก 24 ชั่วโมง มีราว 12 ชั่วโมงที่มืด และขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ที่ไหน บางพื้นที่ก็มืดกว่าที่อื่นมาก [34,35].

แย่กว่านั้น แม้ในตอนกลางวัน เมฆเจ้าปัญหาก็อาจมาขวางได้ ซึ่งไม่ค่อยเหมาะเท่าไรถ้าคุณต้องใช้แสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า [36]. นั่นหมายความว่าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสิ่งที่เรียกว่าแหล่งพลังงานไม่สม่ำเสมอ

เพราะความต้องการไฟฟ้าเปลี่ยนไปตลอดวัน พลังงานแสงอาทิตย์จึงไม่ได้ผลิตได้ตรงตามที่ต้องการเสมอไป: บางครั้งผลิตมากเกินไป และบางครั้งก็ผลิตไม่พอให้ทันความต้องการ [37]. ดังนั้น พลังงานส่วนเกินต้องถูกเก็บไว้ใช้ทีหลัง หรือไม่ก็ต้องมีแหล่งพลังงานอื่นเมื่อดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสง [38,39,40].

ตอนนี้มนุษย์ยังหาวิธีเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ให้มากพอเพื่อจ่ายให้ทั้งโลกได้อย่างน่าเชื่อถือไม่ได้ เพราะงั้นในเวลานี้ พลังงานแสงอาทิตย์ยังจ่ายพลังงานให้โลกได้ด้วยตัวเองไม่ได้

แต่อย่าเพิ่งกลัว! เช่นเดียวกับ Archimedes โบราณและ Becquerel ผู้หัวไว มนุษย์ยุคใหม่จำนวนมากกำลังทำงานกับทางออกด้านเทคโนโลยี และงานของพวกเขากำลังออกดอกออกผล

วัสดุอย่างเพอรอฟสไกต์ทำให้แผงโซลาร์เซลล์มีประสิทธิภาพมากขึ้น [41,42], สะอาดต่อสิ่งแวดล้อมกว่า และใช้ทรัพยากรน้อยกว่าแผงซิลิคอนแบบดั้งเดิม [43]. เพอรอฟสไกต์ยังทา พิมพ์ หรือพ่นลงบนพื้นผิวต่าง ๆ รวมถึงกระจกได้ [41,44], เปลี่ยนหน้าต่างให้กลายเป็นแผงโซลาร์เซลล์ [45].

ความก้าวหน้าด้านการรีไซเคิลช่วยลดความจำเป็นในการขุดแร่ลงไปอีก [46,47], และราคาแผงโซลาร์เซลล์ลดลงอย่างรวดเร็วกว่า 99% ในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา [48-52], ส่งพลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นเป็นอันดับหนึ่งร่วมกับพลังงานลม ในการแข่งขันครั้งใหญ่เพื่อหาแหล่งพลังงานที่ถูกที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษย์ [53,54]. และถ้ามีสิ่งหนึ่งที่มนุษย์ชอบยิ่งกว่าไฟฟ้า อาหาร หรือผิวแทน ก็คือของถูก!

แล้วไอเดียของ Archimedes ที่รวมพลังงานแสงอาทิตย์ไว้ที่จุดเดียวล่ะ? ใช้มันผลิตไฟฟ้าได้ไหม? คำตอบคือ ได้ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสงมีอยู่แล้วในปัจจุบัน และทำงานด้วยการใช้กระจกยักษ์รวมแสงเพื่อให้เกลือหลอมเหลวร้อนขึ้น; จากนั้นความร้อนนี้ก็ผลิตไฟฟ้าได้ แต่เพราะราคาที่ลดลงอย่างรวดเร็ว ตอนนี้แผงโซลาร์เซลล์ผลิตไฟฟ้าได้ในต้นทุนราวหนึ่งในสามของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง [54].

ดูเหมือนว่าแผงโซลาร์เซลล์คือทางไปต่อ ที่จริง ตอนนี้มันถูกมากจนกำลังการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ทั่วโลกเพิ่มเป็นสองเท่าราวทุกสามปี [55] และกำลังมุ่งสู่การจ่ายไฟฟ้ามากกว่าครึ่งของโลกภายในปี 2050 [56,57,58].

แต่พวกมันจะแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลและช่วยโลกได้จริงไหม? ก็อาจไม่ได้ด้วยตัวมันเอง... แต่เมื่อทำงานร่วมกับแหล่งพลังงานอื่น ๆ (และระบบกักเก็บพลังงานที่เป็นคู่หู) แผงโซลาร์เซลล์จะช่วยให้มนุษย์เลิกติดเชื้อเพลิงฟอสซิล และสร้างอนาคตที่สว่างไสวกว่าที่เคย!

ที่ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ

ขอขอบคุณ

Prof. Alastair Buckley

มหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์

คณะวิทยาศาสตร์คณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์กายภาพ

Dr. Dan Lamb

มหาวิทยาลัยสวอนซี

ศูนย์ MOCVD สำหรับออกไซด์และแชลโคจีไนด์, CISM

วิดีโอเพิ่มเติม

แหล่งข้อมูลเหล่านี้ไม่เกี่ยวข้องกับเรา ทุกลิงก์ที่นี่เป็นภาษาอังกฤษ

ภาพรวมทั่วไป - การทำงานของแผงโซลาร์เซลล์

ภาพรวมทั่วไป - การทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ - ภายในเซมิคอนดักเตอร์ - จุดเชื่อมต่อ PN และฟิสิกส์

ภาพรวมทั่วไป - การทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ - ระบบแผงโซลาร์ - แผงโซลาร์ฟาร์มและกริด

อนาคตของพลังงานแสงอาทิตย์ - เพอรอฟสไกต์แทนเด็มและประสิทธิภาพ - รายละเอียดเชิงลึกเกี่ยวกับขีดจำกัดของเซลล์ซิลิคอนและพลังของเพอรอฟสไกต์

อนาคตของพลังงานแสงอาทิตย์ - ต้นทุน ขนาด และการเข้าถึงทั่วโลก - กรณีศึกษาเพื่ออนาคตพลังงานหมุนเวียน 100% (ร่วมกับลมและแบตเตอรี่)

อนาคตของพลังงานแสงอาทิตย์ - ต้นทุน ขนาด และการเข้าถึงทั่วโลก - การคาดการณ์จากกลุ่มนักคิด

ภูมิศาสตร์และการใช้งาน - โอกาสทั่วโลกสำหรับฟาร์ม ลอยน้ำ และระบบไฮบริด

อ่านเพิ่มเติม

แหล่งข้อมูลเหล่านี้ไม่เกี่ยวข้องกับเรา ทุกลิงก์ที่นี่เป็นภาษาอังกฤษ

ทำงานอย่างไร

พลังงานแสงอาทิตย์ซาฮารา

การเกษตรร่วมกับโซลาร์เซลล์

โซลาร์เซลล์ลอยน้ำ

กราฟเป็ด

การรีไซเคิลเซลล์แสงอาทิตย์

การเก็บพลังงาน

เทคโนโลยีแสงอาทิตย์ในอนาคต

การเปลี่ยนผ่านพลังงาน

แหล่งอ้างอิง

ทุกลิงก์ที่นี่เป็นภาษาอังกฤษ

  1. [1] การล้อมเมือง Syracuse (214-212 ปีก่อนคริสตกาล) | ความสำคัญ, คำอธิบาย, & Archimedes | Britannica
  2. [2] อาร์คิมิดีส - เขาทำอะไรบ้างนอกจากร้องยูเรกา? (เข้าถึงได้ที่ Archive.org)
  3. [3] สร้างลำแสงมรณะโบราณขึ้นมาใหม่ | The New York Times
  4. [4] เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบใช้งานได้จริงรุ่นแรก | American Physical Society
  5. [5] ประวัติโดยย่อของแผงโซลาร์เซลล์ | Smithsonian Magazine
  6. [6] บันทึกความทรงจำปี 1839 โดย Becquerel - ผลของรังสีต่อแผ่นโลหะ | Academy of Sciences Weekly Reports
  7. [7] การประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ | Popular Science (คัดจาก Let It Shine – The 6,000-Year Story of Solar Energy)
  8. [8] เจาะลึกเอกสาร: สิทธิบัตรเซลล์แสงอาทิตย์แบบใช้งานได้จริงรุ่นแรก | Smithsonian Magazine
  9. [9] โฟโตโวลตาอิกและไฟฟ้า | U.S. Energy Information Administration
  10. [10] คู่มือวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมโฟโตโวลตาอิก | Wiley Online Library
  11. [11] เราสามารถจ่ายไฟให้โลกทั้งใบได้ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จาก 1% ของ Sahara | Forbes (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  12. [12] อิทธิพลของเทคโนโลยีเซลล์โฟโตโวลตาอิกและอุณหภูมิสูงต่อประสิทธิภาพระบบโฟโตโวลตาอิก | Ain Shams Engineering Journal
  13. [13] การกระทบแบบตั้งฉากของอนุภาคทรายกับผิวกระจกแผงโซลาร์เซลล์ | Tribology International
  14. [14] อากาศร้อนจัดอาจทำให้แผงโซลาร์เซลล์ทำงานได้แย่ลง ผู้เชี่ยวชาญกล่าว | World Economic Forum
  15. [15] แผงโซลาร์เซลล์ขนาดยักษ์ใน Sahara จะแก้ปัญหาความต้องการพลังงานของเราได้ไหม? | CORDIS European Commission
  16. [16] มากกว่าแค่พลังงานสะอาด: ลมและแสงอาทิตย์ใน Sahara อาจเพิ่มปริมาณฝนใน Sahel | UNEP
  17. [17] ในการแย่งชิงพลังงานสะอาด ยุโรปกำลังหันไปหาแอฟริกาเหนือ | Yale E360
  18. [18] (ทำไม) Desertec ถึงล้มเหลว? การวิเคราะห์ระหว่างทางของโครงการโครงสร้างพื้นฐานพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่ | Local Environment
  19. [19] การประเมินศักยภาพโซลาร์เซลล์บนหลังคาทั่วโลกตามพื้นที่และเวลาเพื่อผลิตไฟฟ้าหมุนเวียน | Nature Communications (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  20. [20] พื้นที่เกษตรและหลังคา: ศักยภาพโซลาร์เซลล์ที่ยังใช้ไม่เต็มที่ของโลก | Environmental Research Letters (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  21. [21] การจำลองศักยภาพโฟโตโวลตาอิกทั่วโลกบนพื้นดินและความไวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ | Environmental Research Letters (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  22. [22] Agrivoltaics: รวมแผงโซลาร์เซลล์กับเกษตรกรรมให้ได้ประโยชน์ทั้งคู่ | Statkraft
  23. [23] Agrivoltaics: โซลาร์เซลล์และเกษตรกรรมในพื้นที่เดียวกัน | US Department of Energy
  24. [24] โซลาร์เซลล์ลอยน้ำ: กำลังมาแรงในยุโรป | Intersolar Europe
  25. [25] เมื่อแสงอาทิตย์พบผืนน้ำ: รายงานตลาดโซลาร์เซลล์ลอยน้ำ | ESMAP
  26. [26] รุ่งอรุณของโซลาร์ลอยน้ำ - เทคโนโลยี ข้อดี และความท้าทาย | Proceedings of the World Conference on Floating Solutions 2019
  27. [27] โซลาร์ PV ลอยน้ำเพื่อลดการระเหยในพื้นที่ขาดแคลนน้ำและจ่ายไฟให้ปั๊มน้ำ: กรณีศึกษาจอร์แดน | Energy Conversion and Management
  28. [28] การผลิตพลังงานและการประหยัดน้ำจากโซลาร์เซลล์ลอยน้ำบนอ่างเก็บน้ำทั่วโลก | Nature Sustainability (อ้างถึงใน แผงโซลาร์เซลล์ลอยน้ำบนอ่างเก็บน้ำอาจผลิตไฟฟ้าได้หนึ่งในสามของโลก ผลการศึกษาพบ | The Independent) (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  29. [29] การรวมโรงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ลอยน้ำกับอ่างเก็บน้ำพลังน้ำ | Energy Procedia (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  30. [30] สถานะและศักยภาพของ PV ลอยน้ำทั่วโลก | Progress in Energy (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  31. [31] ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตไฟฟ้าด้วย PV - การเปรียบเทียบทางเลือกด้านแหล่งพลังงานแบบเจาะลึก | 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference | UN CTNC
  32. [32] ผลกระทบของการทำเหมืองซิลิกาต่อสิ่งแวดล้อม | Journal of Geography and Regional Planning
  33. [33] ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของระบบโซลาร์เซลล์: บททบทวนเชิงวิจารณ์ความก้าวหน้าล่าสุดและแนวโน้มในอนาคต | Science of The Total Environment
  34. [34] การประเมินเชิงพื้นที่ของศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ระดับโลก. แนวทางทางภูมิศาสตร์ | Journal of Cleaner Production
  35. [35] ความไม่สม่ำเสมอและการรวมกำลังของการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ | Nature
  36. [36] ความแปรปรวนตามพื้นที่และเวลาของตัวแปรภูมิอากาศและการผลิตไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอ - บททบทวน | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  37. [37] สิบปีของการวิเคราะห์กราฟเป็ด: การค้นพบของ NREL ในปี 2008 ช่วยให้มีพลังงานแสงอาทิตย์ในโครงข่ายไฟฟ้ามากขึ้นได้อย่างไรในวันนี้ | NLR (NREL) (ที่เก็บถาวร)
  38. [38] การกักเก็บพลังงานสำคัญต่อการสร้างระบบไฟฟ้าที่เข้าถึงได้ เชื่อถือได้ และลดคาร์บอนได้ลึก | MIT News
  39. [39] บททบทวนเรื่องการเสริมกันของแหล่งพลังงานหมุนเวียน | Solar Energy
  40. [40] ระบบกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับและระบบผลิตไฟฟ้าเสริมกันแบบลม-โซลาร์เซลล์ | Applied Energy
  41. [41] บทนำ: ทำไมต้องเพอรอฟสไกต์และเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์? | Prevoskite Photovoltaics
  42. [42] แทนเด็มมีพลัง | Science (ใน ‘วัสดุมหัศจรรย์’ เพอรอฟสไกต์ทำลายสถิติขีดจำกัดประสิทธิภาพแผงโซลาร์เซลล์ | The Independent)
  43. [43] มุมมองใหม่เกี่ยวกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของเซลล์แสงอาทิตย์แทนเด็มเพอรอฟสไกต์บนซิลิคอน | Sustainable Energy & Fuels | RSC (ใน ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของ PV เพอรอฟสไกต์ | PV magazine International)
  44. [44] เทคโนโลยีโซลาร์เพอรอฟสไกต์ | Encyclopedia of Sustainable Technologies (ฉบับที่ 2)
  45. [45] หน้าต่างอัจฉริยะใหม่มืดลงเมื่อโดนแดด-และผลิตไฟฟ้าได้พร้อมกัน | Science | AAAS
  46. [46] บททบทวนการรีไซเคิลโมดูล/แผงโซลาร์ | Solar Energy Materials and Solar Cells
  47. [47] ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการรีไซเคิลโซลาร์เซลล์: บททบทวน | Minerals
  48. [48] นวัตกรรมเทคโนโลยีช่วยให้การลดผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมีต้นทุนต่ำ | Energy Research & Social Science (ใน เชื้อเพลิงฟอสซิล ‘กำลังล้าสมัย’ ขณะที่ราคาแผงโซลาร์เซลล์ร่วงลง | The Independent)
  49. [49] ราคาแผงโซลาร์ลดลงราว 20% ทุกครั้งที่กำลังการผลิตทั่วโลกเพิ่มเป็นสองเท่า | Our World in Data (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  50. [50] ทำไมพลังงานหมุนเวียนถึงถูกลงมากได้เร็วขนาดนี้? | Our World in Data (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  51. [51] ราคาแผงโซลาร์ (โฟโตโวลตาอิก) | Our World in Data (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  52. [52] 3Q 2024 Global PV Market Outlook | BloombergNEF (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  53. [53] World Energy Outlook 2024 - การวิเคราะห์ | IEA
  54. [54] Renewable Power Generation Costs in 2023 | IRENA (ดู หมายเหตุอ้างอิง*)
  55. [55] Global Market Outlook For Solar Power 2022-2026 | Solar Power Europe (ที่เก็บถาวร)
  56. [56] ไฟฟ้าหมุนเวียน-ต้นทุนต่ำในฐานะแรงขับเคลื่อนหลักของการเปลี่ยนผ่านพลังงานโลกสู่ความยั่งยืน | Energy
  57. [57] แรงส่งของการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานแสงอาทิตย์ | Nature Communications (ใน UCL News | University College London)
  58. [58] พลังงานแสงอาทิตย์อาจผลิตไฟฟ้าได้ครึ่งหนึ่งของโลกภายในปี 2050 | Bloomberg

หมายเหตุอ้างอิง

11

พื้นที่ทะเลทรายที่ต้องใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าทั่วโลกด้วยโซลาร์ฟาร์มในซาฮารา

บทความในแหล่งอ้างอิงนี้มาจากการพูดคุยบน Quora แพลตฟอร์มแบ่งปันความรู้ออนไลน์ จึงยังไม่ได้ผ่านการทบทวนอย่างเป็นทางการหรือตีพิมพ์ในวารสารหรือรายงานทางวิทยาศาสตร์. แต่มีการนำไปอ้างอิง กล่าวถึง และตีพิมพ์ซ้ำอย่างแพร่หลายในทั้ง Forbes และ New York Times และผู้เขียนระบุว่านี่เป็นครั้งแรกที่มีการเสนอแนวทางพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อตอบโจทย์ความต้องการพลังงานทั่วโลก พร้อมพิจารณาความเป็นไปได้ การใช้งานจริง และตัวเลขของ ‘Sahara Solution’. ผู้เขียนซึ่งเป็นนักวิชาการและผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรม ได้วิจารณ์และปกป้องแนวคิดนี้อย่างละเอียด และยังได้รับการสนับสนุนแบบไม่เป็นทางการจากนักวิชาการและคนทำงานในอุตสาหกรรมคนอื่น ๆ. บางส่วนของข้อเสนอและการคำนวณสนับสนุนอาจมองได้ว่าเป็นการคำนวณคร่าว ๆ แบบ ‘back-of-the-envelope’ หรือเป็นฐานสำหรับสถานการณ์แก้ปัญหาในโลกจริง และมีการพูดถึงทั้งสองบริบท แต่สำหรับที่นี่ใช้เป็นตัวเลขประมาณเพื่อให้เห็นภาพ.

ที่สำคัญที่สุด การประเมินนี้อิงจากการใช้พลังงานทั้งหมด และสมมติให้การใช้พลังงานทุกอย่างเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าทั้งหมด รวมถึงความร้อน การขนส่ง และกระบวนการอุตสาหกรรม. ความเป็นไปได้ในการใช้ไฟฟ้าโดยตรงกับสิ่งเหล่านี้แตกต่างกันไป และบางครั้งก็ทำไม่ได้หรือเป็นไปไม่ได้ (แม้บางส่วนอาจใช้ไฮโดรเจนสีเขียวที่ผลิตด้วยอิเล็กโทรลิซิสจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้). การประเมินรวม (ที่สร้างโดย AI) ระบุว่าความต้องการพลังงานทั่วโลกราว ~60-70% น่าจะเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่ตอนนี้และในระยะใกล้ โดยอิงจากข้อมูลแยกตามภาคส่วนของ McKinsey, IRENA และรายงานภาพรวมพลังงานโลกของ IEA A,B,C พร้อมยอมรับว่ายังมีความท้าทายในการทำจริง. พื้นที่ฟาร์มโซลาร์ในซาฮาราที่ต้องใช้เพื่อรองรับความต้องการไฟฟ้าทั่วโลกตามสภาพปัจจุบันจะน้อยกว่านี้มาก.

ตัวเลขประมาณการที่ต้องใช้ 1.2% ของทะเลทรายซาฮารา ได้ปรับเป็น 1.5% เพื่อคำนึงถึงความต้องการพลังงานทั่วโลกที่เพิ่มขึ้นในช่วงหลัง (ประมาณ 19.6TW ณ ปี 2023 D,E).

19,20,21

ศักยภาพทั่วโลกของแผงโซลาร์บนหลังคา

งานวิจัยหลายฉบับได้สร้างแบบจำลองศักยภาพทั่วโลกของโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคา (PV) แต่ได้ผลต่างกัน งานหนึ่ง [19] ประเมินว่าพื้นที่หลังคาทั้งหมดที่เหมาะกับ PV อาจผลิตไฟฟ้าได้ 27 PWh ต่อปี มากกว่าความต้องการไฟฟ้าทั่วโลกในปี 2018 เนื่องจากแสงอาทิตย์และศักยภาพของ PV แตกต่างกันตามพื้นที่และฤดูกาล สัดส่วนที่พื้นที่หลังคาในแต่ละภูมิภาคช่วยเพิ่มศักยภาพรวมนี้จึงไม่เท่ากัน กล่าวคือ กำลังการผลิตของภูมิภาคหนึ่งอาจต่ำกว่าความต้องการในภูมิภาคนั้นมาก ขณะที่อีกภูมิภาคอาจผลิตได้เกินความต้องการและมีส่วนต่ออุปทานโลกมากเป็นพิเศษ ผู้เขียนประเมินว่าต้องใช้พื้นที่หลังคาทั่วโลกอย่างน้อย 50% จึงจะตอบสนองความต้องการไฟฟ้ารายปีของโลกเมื่อรวมทุกภูมิภาคได้

ณ ปี 2023 ความต้องการไฟฟ้าทั่วโลกเพิ่มขึ้นมาอยู่ที่เกือบ 30 PWh F แล้ว ซึ่งมากกว่าศักยภาพ PV-บนหลังคาทั่วโลกที่ [19] รายงานไว้ก่อนหน้านี้ ขณะเดียวกัน ความต้องการพลังงานทั้งหมด (รวมการทำความร้อน การขนส่ง และกระบวนการอุตสาหกรรม นอกเหนือจากไฟฟ้า) อยู่ที่ราว 172 PWh D,E งานอีกชิ้น [20] ชี้ให้เห็นความไม่สอดคล้องในวิธีการของ [19] และประเมินว่าศักยภาพ PV-บนหลังคาทั่วโลกอาจให้กำลังการติดตั้งสูงสุดราว 30.5 TW ซึ่งเท่ากับมากกว่า 267 PWh ต่อปี สูงกว่าความต้องการพลังงานทั้งหมดของเราเสียอีก งานชิ้นที่สาม [21] ประเมินว่าศักยภาพ PV-บนหลังคาทั่วโลกจะถึง 175 TWh ต่อปีภายในปี 2050 ซึ่งอาจเปลี่ยนไปตามสถานการณ์การปล่อยมลพิษต่าง ๆ ที่กำลังดำเนินอยู่ การคาดการณ์นี้รวมถึงการขยายพื้นที่หลังคาเพื่อรองรับพื้นที่ PV รวมที่มากกว่าซึ่ง [19] รายงานไว้ในปัจจุบันอย่างมาก เมื่อดูผลการศึกษาเหล่านี้และวิธีการของแต่ละงาน เราจึงสรุปแบบระมัดระวังได้ว่า แค่ครึ่งหนึ่งของหลังคาทั่วโลกก็อาจพอต่อความต้องการไฟฟ้าของมนุษยชาติ

28,29,30

ศักยภาพทั่วโลกของแผงโซลาร์ลอยน้ำในอ่างเก็บน้ำ

ในงานวิจัยชิ้นหนึ่ง [28] มีการประเมินว่าหากติดตั้งโซลาร์เซลล์ลอยน้ำ (FPV) ครอบคลุมพื้นที่ผิวน้ำสูงสุด 30% ของอ่างเก็บน้ำทั่วโลกทุกแห่ง (556,111 km2 จากอ่างเก็บน้ำ 114,555 แห่ง) จะผลิตพลังงานได้ 9,434 TWh ต่อปี นี่เป็นการประเมินแบบค่อนข้างระวัง โดยจำกัดพื้นที่ FPV ไว้ที่ 30% เพราะข้อจำกัดด้านเทคนิคและสิ่งแวดล้อม เช่นเดียวกัน งานวิจัยอีกชิ้น [29] รายงานว่าพื้นที่ผิวอ่างเก็บน้ำทั่วโลก 25% สามารถผลิตได้ 8,000 TWh yr-1 ตามการคาดการณ์ของ IEA G ปริมาณนี้เท่ากับอย่างน้อยหนึ่งในสี่ของความต้องการไฟฟ้าทั่วโลกในอนาคตอันใกล้ (เกือบหนึ่งในสามของความต้องการ ณ สิ้นปี 2023 F) และกำลังการผลิตอาจเพิ่มขึ้นอีกเมื่อมีการสร้างอ่างเก็บน้ำใหม่

อย่างไรก็ตาม งานวิจัยที่ใหม่กว่า [30] ชี้ให้เห็นความก้าวหน้าของเทคโนโลยีแผงโซลาร์ที่งานก่อนหน้านี้ยังไม่ได้พิจารณา รวมถึงระบบติดตามดวงอาทิตย์และแผงโซลาร์สองหน้า: “แม้ระบบติดตามอาจเพิ่มความต้องการด้านทุ่นลอยและการยึดสมอของระบบ และทำให้ต้นทุนรวมสูงขึ้น แต่การผลิตพลังงานที่เพิ่มขึ้นมากเมื่อเทียบกับระบบปรับมุมคงที่ เทคโนโลยีที่พัฒนาไป และต้นทุนที่ลดลง น่าจะทำให้ระบบเหล่านี้พบได้มากขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า” เพื่อดูว่าเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้จะทำงานได้อย่างไรในระดับโลก พวกเขา “วิเคราะห์ศักยภาพกำลังติดตั้งและการผลิตพลังงานของรูปแบบ FPV ต่าง ๆ รวมถึงการติดตั้งแบบปรับมุมคงที่ที่มีมุมเอียงต่างกัน วิธีติดตามต่างกัน รวมถึงชนิดแผงต่างกัน (หน้าเดียว vs. สองหน้า) บนอ่างเก็บน้ำภายในแผ่นดิน 249,717 แห่ง (ทั้งที่มนุษย์สร้างและตามธรรมชาติ) ทั่วโลก ซึ่งมีพื้นที่รวม 222,623 km2 -ประมาณสี่เท่าของที่วิเคราะห์ใน” [28] ด้วยข้อมูลอัปเดตเหล่านี้ ผู้เขียนพบว่ากำลังการผลิต FPV รวมอาจสูงถึง 22 TWp (กำลังสูงสุด) ซึ่งอาจตอบสนองความต้องการไฟฟ้าของทั้งโลกได้

49-52

ราคาโซลาร์ PV ปัจจุบัน

Our World in Data [51] รวบรวมข้อมูลจากหลายแหล่ง รวมถึง IRENA 2024 H ตามที่ระบุบนหน้าเว็บ IRENA นำเสนอราคาของโมดูลโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์สำหรับเทคโนโลยีหลายแบบ ข้อมูลตั้งแต่ไตรมาส 4 ปี 2013 เป็นต้นมาเป็นราคาเฉลี่ยรายปีของเทคโนโลยี ‘Thin film a-Si/u-Si’ หรือ Global Price Index ที่ใช้อ้างอิงเทคโนโลยีโซลาร์ทั้งหมด โดยราคาโลกอยู่ที่ $0.31/W ในปี 2023 แหล่งข้อมูลอื่น I,J,K ใช้เทคโนโลยีแผงโมโนคริสตัลไลน์แบบหน้าเดียวที่เป็นกระแสหลักเป็นข้อมูลอ้างอิงหลัก ซึ่งราคาลดลงไปอีก:

ในเดือนมกราคม 2024 ราคาโมดูล thin film a-Si/u-Si ที่ขายในยุโรปลดลงเหลือราว $0.16/W H ในเดือนเมษายน 2024 มีรายงานว่าราคาสปอตทั่วโลกของโมดูลโมโนคริสตัลไลน์แบบหน้าเดียวอยู่ที่ $0.11/W I ในเดือนพฤศจิกายน 2024 แผงโมโนคริสตัลไลน์ PERC ที่ครองตลาดและเทคโนโลยี c-Si TOPCon รุ่นใหม่มีราคา $0.087/W, $0.1/W และ $0.29/W ในจีน ยุโรป และสหรัฐฯ ตามลำดับ J,K †.

†ราคาส่งออกในตลาดโลกมักสูงกว่าในจีน เพราะต้นทุนโลจิสติกส์ ภาษี และปัจจัยตลาดในแต่ละภูมิภาค โดยเฉพาะเงื่อนไขการค้าระหว่างประเทศ (FOB สำหรับการส่งออกจากจีน เทียบกับ DDP สำหรับสหรัฐฯ และยุโรป J).

Bloomberg [52] รายงานว่าราคาโมดูลเฉลี่ยทั่วโลกลดลงมาอยู่ที่ $0.096/W เมื่อเทียบกับราคาโมดูลเฉลี่ยทั่วโลกที่ $19.48/W ในปี 1984 [51] ราคาของโมดูลจึงลดลงกว่า 99% ใน 40 ปี

เพื่อเทียบเพิ่มเติม ราคาโมดูลเฉลี่ยในสหรัฐฯ ลดลงเหลือ $0.29/W ภายในไตรมาส 1 ปี 2024 I นับเป็นการลดลง 96% ใน 35 ปี นับตั้งแต่ปี 1989 L,M ราคาที่สูงกว่าในสหรัฐฯ ยังคงอยู่เพราะภาษีนำเข้าที่เก็บกับโมดูลจากจีนและปัจจัยนำเข้าอื่น ๆ I.

54

ต้นทุน LCOE ของโซลาร์ PV เทียบกับพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง

รายงาน IRENA Renewable Power Generation Costs 2023 ระบุว่าต้นทุนไฟฟ้าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักทั่วโลกตลอดอายุโครงการ (LCOE) ของโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ (solar PV) อยู่ที่ 0.044 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง. ระหว่างปี 2010 ถึง 2023 ค่า LCOE เฉลี่ยถ่วงน้ำหนักทั่วโลกของโรงไฟฟ้า CSP ลดลง 70% จาก 0.393 ดอลลาร์/กิโลวัตต์ชั่วโมง เหลือ 0.117 ดอลลาร์/กิโลวัตต์ชั่วโมง. ดังนั้น ณ ปี 2023 ค่า LCOE ของโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ระดับสาธารณูปโภคจึงอยู่ที่มากกว่าหนึ่งในสามเล็กน้อยของ CSP. อย่างไรก็ตาม ต้นทุนโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ยังคงลดลงต่อเนื่อง. ระหว่างปี 2021 ถึง 2023 มีการเปิดเดินเครื่องโรงไฟฟ้า CSP เพียงปีละหนึ่งแห่ง ดังนั้นปีเหล่านี้อาจไม่ได้เป็นตัวแทนที่ดีนัก. เมื่อการติดตั้ง CSP ชะลอลงและการแข่งขันกับโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ดุเดือด จึงเป็นไปได้ว่าโรงไฟฟ้าเหล่านี้เป็นโครงการล้ำหน้าที่ปรับให้มีประสิทธิภาพสูงมาก เพื่อโชว์ว่าทำแข่งขันได้. ดังนั้น ค่า LCOE เฉลี่ยที่รายงานอาจต่ำกว่าที่จะพบในปีที่มีการติดตั้งโครงการ CSP แบบทั่วไปหรือหลากหลายกว่านี้.

คุณเป็นผู้ให้ทุน นักวิทยาศาสตร์ นักการศึกษา หรือผู้กำหนดนโยบายหรือเปล่า?

อยากสนับสนุนหรือร่วมงานกับ Earth 2050? ติดต่อเราได้เลย

info@earth2050.com