Źródło: theconversation.com
Zdumiewający 82-procentowy spadek kosztów energii słonecznej fotowoltaicznej (PV) od 2010 r. dał światu szansę na zbudowanie systemu energetycznego o zerowej emisji, który może być mniej kosztowny niż system zasilany paliwami kopalnymi, który zastępuje.
Międzynarodowa Agencja Energetyczna przewiduje, że moce fotowoltaiczne muszą wzrosnąć dziesięciokrotnie do 2040 r., jeśli mamy sprostać podwójnym zadaniom: złagodzenia globalnego ubóstwa i ograniczenia ocieplenia do poziomu znacznie poniżej 2 stopni.
Nadal pozostają krytyczne wyzwania. Energia słoneczna jest „przerywana”, ponieważ światło słoneczne zmienia się w ciągu dnia i pór roku, więc energia musi być przechowywana, gdy słońce nie świeci. Polityka musi być również tak zaprojektowana, aby energia słoneczna docierała do najdalszych zakątków świata i miejsc, w których jest najbardziej potrzebna. I będą nieuniknione kompromisy między energią słoneczną a innymi zastosowaniami na tej samej ziemi, w tym ochrona i bioróżnorodność, rolnictwo i systemy żywnościowe oraz zastosowania społeczne i tubylcze.
Koledzy i ja opublikowaliśmy właśnie w czasopiśmie Nature pierwszy globalny wykaz dużych obiektów wytwarzających energię słoneczną. „Duży” w tym przypadku odnosi się do obiektów, które generują co najmniej 10 kilowatów, gdy słońce jest w swoim szczycie. (Typowa mała instalacja na dachu mieszkalnym ma moc około 5 kilowatów).
Zbudowaliśmy system uczenia maszynowego do wykrywania tych obiektów na obrazach satelitarnych, a następnie wdrożyliśmy go na ponad 550 terabajtach obrazów, wykorzystując kilka ludzkich żywotów obliczeniowych.
Przeszukaliśmy prawie połowę powierzchni lądowej Ziemi, odfiltrowując odległe obszary z dala od ludzkich populacji. W sumie wykryliśmy 68 661 instalacji solarnych. Wykorzystując obszar tych obiektów i kontrolując niepewność w naszym systemie uczenia maszynowego, uzyskaliśmy globalne szacunki 423 gigawatów zainstalowanej mocy wytwórczej na koniec 2018 r. Jest to bardzo zbliżone do szacunków Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) 420 GW w tym samym okresie.
Śledzenie wzrostu energii słonecznej
Nasze badanie pokazuje, że moc generacyjna fotowoltaiki słonecznej wzrosła o niezwykłe 81 procent w latach 2016-2018, czyli w okresie, dla którego mieliśmy zdjęcia z sygnaturą czasową. Do wzrostu przyczyniły się zwłaszcza wzrosty w Indiach (184 proc.), Turcji (143 proc.), Chinach (120 proc.) i Japonii (119 proc.).
Obiekty różniły się wielkością, od rozległych instalacji pustynnych na skalę gigawatów w Chile, RPA, Indiach i północno-zachodnich Chinach, przez komercyjne i przemysłowe instalacje na dachach w Kalifornii i Niemczech, instalacje patchworkowe na obszarach wiejskich w Karolinie Północnej i Anglii oraz instalacje patchworkowe w miastach w Korea Południowa i Japonia.
Energia słoneczna zmieszana z polami ryżowymi na zrekultywowanej ziemi w Korei Południowej. Zapas dla Ciebie / Shutterstock
Zalety danych na poziomie obiektu
Dane zbiorcze naszego zbioru danych na poziomie krajowym są bardzo zbliżone do krajowych statystyk IRENA, które są gromadzone z kwestionariuszy, urzędników krajowych i stowarzyszeń branżowych. W porównaniu z innymi zestawami danych na poziomie obiektu, zajmujemy się pewnymi krytycznymi lukami w zasięgu, szczególnie w krajach rozwijających się, gdzie dyfuzja fotowoltaiki ma kluczowe znaczenie dla rozszerzenia dostępu do energii elektrycznej przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych. Zarówno w krajach rozwiniętych, jak i rozwijających się nasze dane stanowią wspólny punkt odniesienia, bezstronny dzięki raportom firm lub rządów.
Dane geoprzestrzenne mają kluczowe znaczenie dla transformacji energetycznej. Operatorzy sieci i uczestnicy rynku energii elektrycznej muszą dokładnie wiedzieć, gdzie znajdują się instalacje fotowoltaiczne, aby dokładnie wiedzieć, ile energii generują lub będą generować. Powstające systemy in-situ lub systemy zdalne są w stanie wykorzystywać dane lokalizacyjne do przewidywania zwiększonej lub zmniejszonej generacji spowodowanej np. przelatującymi chmurami lub zmianami pogody.
Ta zwiększona przewidywalność pozwala na osiągnięcie większego udziału energii słonecznej w miksie energetycznym. W miarę jak energia słoneczna staje się bardziej przewidywalna, operatorzy sieci będą musieli utrzymywać w rezerwie mniej elektrowni na paliwa kopalne, a mniej kar za nadprodukcję lub niedostateczną generację oznaczać będzie odblokowanie większej liczby marginalnych projektów.
Korzystając z tylnego katalogu zdjęć satelitarnych, byliśmy w stanie oszacować daty instalacji dla 30 procent obiektów. Takie dane pozwalają nam badać dokładne warunki, które prowadzą do dyfuzji energii słonecznej, i pomogą rządom w lepszym dotowaniu projektów, aby zachęcić do szybszego wzrostu.
Autorzy porównali lokalizację instalacji fotowoltaicznych z danymi dotyczącymi użytkowania gruntów, aby dowiedzieć się, co było tam wcześniej. Pola uprawne (jasnobrązowe) były bez wątpienia najczęstsze. Kruitwagen i in., Nature
Wiedza o tym, gdzie znajduje się obiekt, pozwala nam również zbadać niezamierzone konsekwencje wzrostu produkcji energii słonecznej. W naszym badaniu stwierdziliśmy, że elektrownie słoneczne najczęściej znajdują się na terenach rolniczych, a następnie na łąkach i pustyniach.
Wskazuje to na potrzebę starannego rozważenia wpływu, jaki dziesięciokrotny wzrost mocy wytwórczych fotowoltaiki będzie miał w nadchodzących dziesięcioleciach na systemy żywnościowe, bioróżnorodność i grunty wykorzystywane przez wrażliwe populacje. Decydenci mogą zapewnić zachęty, aby zamiast tego instalować generatory słoneczne na dachach, co powoduje mniejszą konkurencję w zakresie użytkowania gruntów, lub inne opcje energii odnawialnej.
