Колко земя е необходима за развитието на слънчевата енергетика ?

Международната организация за слънчева енергия (ISES) в своя публикация в PV Magazine коментира оценката за необходимостта на слънчевата енергетика от земя. Някои хора смята погрешно, че за производството на енергия  фотоволтаичната слънчева енергетика се нуждае от много по-големи площи от обичайните електроцентрали. Авторите на публикацията смятат, че това не е така. 

Площта от слънчеви панели на човек от населението, необходима за покриване на цялото глобално потребление на електроенергия се оценява просто. В такива развити страни като САЩ, Австралия и Сингапур годишното потребление на електроенергия на човек от населението е около 10 МВтч. Тази цифра трябва да се удвои, за осигуряване на електрификация на транспорта, отоплението и промишлеността (в съответствие с тенденциите за декарбонизацията на икономиката ). Предполага се, че панелите притежават ефективно преобразуване (КПД) и коефициент на използване на мощността равен средно на 17 % (съответства на данните на IRENA) и получаваме цифрата от 13 kW на човек, което съответства на 60 кв метра. Увеличаването на ефективността на слънчевите панели намалява необходимата площ.

Населението на земята е 8 милиарда души, следователно са необходими 0,5 млн. кв км от слънчеви панели за напълно декарбонизиран свят.

Много или малко ли е това?

Това отговаря на 1% от площта, предназначена за селско стопанство (50 млн. кв км). Регионите с по-ниско потребление на енергия на глава от населението и тези със значителни вятърни и водни ресурси ще се нуждаят от много по-малки площи от слънчев панел на човек (например в Боливия, Бразилия и Чили потреблението на електроенергия е 1,6; 2,5; и 4,1 MWh на глава на година, съответно).

Слънчевите панели може да се изграждат на покривите във фермите в съчетание със селското стопанство (агроволтаика), на вътрешни водоеми (плаващи фотоволтаични системи) и дори в морето. Предвид това необходимостта от собствени земни участъци за разполагане на слънчеви електроцентрали ще са много по-малко.

Засега най-големият (и най-лесно достъпен) потенциал  притежават електроцентралите на покрива или интегрирани към дадено здание. Ако погледнем европейските страни или Австралия, в много случаи общият капацитет на покривните електроцентрали надвишава този на наземните.

Комбинацията от слънчева енергия и селско стопанство (агроволтаици) е много интересна тема, която ще се развива бързо, особено в страни с висока гъстота на населението и високотехнологично земеделие. Най-лесният и рентабилен вариант в този сегмент е пашата на територията на слънчева електроцентрала. Съвместяването на растениевъдството и използването на селскостопански машини е по-сложен проект, който добавя стойност, но може да бъде и икономически жизнеспособен предвид двойните приходи (от две различни дейности) от едно парче земя.

Потенциалът на плаващи фотоволтаични системи е огромен – както в морето, така и във вътрешните водоеми. Практиката показва, че още днес икономиката на плаващите слънчеви електроцентрали може да бъде напълно приемлива. Цената на плаваща фотоволтаична система е с 20% по-висока от тази на покривите, но може да е подобна на монтираните на земята с двустранни модули, което предполага бърз ръст.

Много държави имат значителни вътрешни водни площи, които могат да станат големи слънчеви ферми. Потенциалът за морските плаващи фотоволтаици е огромен.

Спокойното тропическо вътрешно море на Индонезия са 0,7 млн. кв км морска повърхност, в който никога няма вятър с повече от 15 м/сек. и вълни от над 4 метра. Тоест, това е пространство, подходящо за разполагане плаващи слънчеви електроцентрали, които притежават технически потенциал, позволяващ удовлетворяване на нуждите на хората от електроенергия.

В света работят хидроелектроцентрали с обща мощност от 1,3 ТВт. Покриването до 100% на площта на най-големите водни пространства на хидроенергийните централи със слънчеви панели в много случаи дава доста по-голяма мощност за производството на електроенергия от самите ВЕЦ.

Една от най-големите хидроенергийни централи в света е Itaipu в Бразилия. Установената й мощност е 14 ГВт, а водната площ е 1350 кв км. Електроцентралата е строена през 1978 г. По време на изграждането й е бил напълно унищожен националния парк Гуайра. Поради недостиг на вода и еутрафикацията през 2021 г. са били произведени само 66 ТВтч електроенергия (в сравнение с рекордните 103 ТВтч през 2016 г.). Ако водната площ на Itaipu беше напълно покрито с фотоволтаични модули, инсталираната мощност на тази слънчева електроцентрала би била 270 ГВт (почти 20 пъти над мощността на хидроенергийната централа) и би могла да произведе около 350 ТВтч електроенергия или между три до пет пъти повече, което отговаря на около 70 % от годишното потребление на електроенергия в Бразилия.

По този повод трябва да се отбележи, че териториалните ограничения във връзка с развитието на вятърната и слънчевата енергия често се преувеличават. ВЕИ изискват не повече площ от съществуващата енергийна инфраструктура. Само на сушата има достатъчно място за разполагане на ВЕИ електроцентрали, които биха могли да осигурят необходимата енергия.

В допълнение, се припомня, че високата ефективност на фотоволтаичното преобразуване е ключова, както за намаляване на цените, така и за намаляване на използването на земя. Ефективността се е подобрила около четири пъти от 50-те години на миналия век.

Според изчисления на Carbon Traker само 0,3 % е необходимата земна повърхност за задоволяване на световното търсене на електроенергия от слънчеви мощности. Според Fraunhofer ISE пък на територията на Германия могат да бъдат разположени около 3000 ГВт слънчеви електроцентрали, което пък е много повече от изискваното за постигане на климатична неутралност.