DOI: https://doi.org/10.1051/epjpv/2025012
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Arnulf Jäger‐Waldau
الموضوع الرئيسي: أنظمة الطاقة الشمسية والاستدامة
نظرة عامة
في عام 2024، ارتفعت الاستثمارات العالمية في الطاقة النظيفة بنسبة 10.7% لتصل إلى 2,083 مليار دولار أمريكي، مما يمثل 1.9% من الناتج المحلي الإجمالي العالمي، حيث شهدت الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) زيادة ملحوظة بنسبة 20.5% لتصل إلى 514 مليار دولار أمريكي. وقد ساعدت هذه الزيادة في تركيب ما يقرب من 600 جيجاوات من أنظمة الطاقة الشمسية الجديدة، مما أدى إلى تجاوز القدرة العالمية الإجمالية 2.2 تيراوات، والتي تضاعفت في أقل من ثلاث سنوات. على الرغم من ارتفاع الأسعار السابق في عام 2022، استمرت تكاليف معدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتخزين البطاريات في الانخفاض، حيث وصلت التكاليف المستوية للأنظمة الشمسية غير المتعقبة وتخزين البطاريات إلى أدنى مستوياتها. ومع ذلك، لا تزال أنظمة الطاقة الشمسية المتعقبة تواجه تكاليف أعلى، لا سيما في الولايات المتحدة، بسبب نفقات العمالة والبنية التحتية. من المتوقع أن تؤدي عملية كهرباء التدفئة والنقل والصناعة المستمرة إلى زيادة الطلب على الكهرباء المتجددة، مع معدل نمو سنوي متوقع يبلغ حوالي 20% لسوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية في عام 2025.
تؤكد الزيادة السريعة في الطاقة الشمسية الكهروضوئية على حقيقة أنه استغرق 68 عامًا لتركيب أول تيراوات من قدرة الطاقة الشمسية، بينما تم تحقيق التيراوات الثاني في أقل من ثلاث سنوات. تشير التوقعات إلى أنه يمكن الوصول إلى التيراوات الثالث بحلول أواخر عام 2025 أو أوائل عام 2026. تتنبأ السيناريوهات المستقبلية بزيادة كبيرة في قدرة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تتراوح من زيادة بمقدار 12 ضعفًا إلى 36 ضعفًا بحلول عام 2040، مما يتطلب فقط جزءًا صغيرًا من مساحة الأرض العالمية. تقدم المناطق الحضرية إمكانات كبيرة غير مستغلة لتركيب أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح والبنية التحتية الأخرى. على الرغم من المشهد الاقتصادي الواعد لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والبطاريات، لا تزال التحديات قائمة، بما في ذلك الحاجة إلى إطار سياسي مستقر وتقليل أسرع في تكاليف تقنيات التخزين. تتطلب أزمة المناخ الملحة اتخاذ إجراءات جماعية من المجتمع المدني لتسريع الانتقال إلى الطاقة وتحقيق انبعاثات كربونية صافية صفرية بحلول عام 2050، مما يبرز أهمية المسؤولية الفردية والمجتمعية في هذا الجهد.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة الظروف المناخية غير المسبوقة لعام 2024، والتي تميزت بدرجات حرارة قياسية وأحداث مناخية متطرفة، مما يبرز الحاجة الملحة للانتقال من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة. أفادت المنظمة العالمية للأرصاد الجوية أن عام 2024 كان حوالي 1.55 درجة مئوية فوق المستويات ما قبل الصناعية، مما دفع 123 دولة في مؤتمر الأطراف 28 إلى الالتزام بتضخيم قدرة الطاقة المتجددة ثلاث مرات بحلول عام 2030. ومع ذلك، من أجل التوافق مع اتفاق باريس والحفاظ على حد 1.5 درجة مئوية، هناك حاجة إلى زيادة تتراوح بين 3.2 إلى 3.4 أضعاف في القدرة المتجددة العالمية مقارنة بمستويات عام 2022.
تتوقع وكالة الطاقة الدولية (IEA) ومنظمات أخرى أن يتعين على توليد الكهرباء المتجددة أن يرتفع بشكل كبير، ليصل إلى 23,337 تيراوات ساعة بحلول عام 2030 و70,936 تيراوات ساعة بحلول عام 2050، مما يمثل زيادات بنسبة 169% و686%، على التوالي، مقارنة بمستويات عام 2023. من المتوقع أن تهيمن الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) وطاقة الرياح على هذا النمو، حيث تحتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية وحدها إلى مضاعفة قدرتها ثلاث مرات بحلول نهاية عام 2024. على الرغم من الزيادة الكبيرة في الاستثمارات في الطاقة النظيفة، لا يزال قطاع الوقود الأحفوري يتلقى تمويلًا كبيرًا، مما يبرز الحاجة إلى انتقال أكثر عدوانية إلى مصادر الطاقة المتجددة. تشير دراسات مختلفة إلى أن تحقيق اقتصاد صافي صفر بحلول عام 2050 قد يتطلب استثمارات تتراوح بين 100 تريليون دولار و275 تريليون دولار، وهو رقم، على الرغم من كونه مرعبًا، إلا أنه قابل للمقارنة مع الدعم الحالي للوقود الأحفوري. تؤكد الورقة على أن تسريع نشر الطاقة المتجددة يمكن أن يقلل من التكاليف الصحية المرتبطة بالتلوث، مما يبرر الانتقال بشكل أكبر.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على عدة جوانب حاسمة من قدرة وإنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV)، مع التأكيد على الفجوات في القدرات المبلغ عنها بين قياسات التيار المباشر (DC) والتيار المتردد (AC). تقوم العديد من الدول بالإبلاغ عن القدرات المترددة، مما يؤدي إلى تقديرات محتملة أقل من القدرات الفعلية لأنظمة الطاقة الشمسية، لا سيما مع زيادة نسب DC/AC، حيث تظهر بعض الأنظمة نسبًا تصل إلى 2. تعزز هذه الظاهرة من “زيادة القدرة” استخدام الشبكة وكفاءة التكلفة. تقدر الدراسة أن إنتاج خلايا الطاقة الشمسية العالمية سيصل إلى حوالي 758 جيجاوات في عام 2024، مما يمثل زيادة بنسبة 20% عن عام 2023، على الرغم من التناقضات في التقارير وتحديات جمع البيانات. تعتبر الزيادة في قدرة إنتاج البوليسيلكون ملحوظة بشكل خاص، مما يشير إلى وجود سلسلة إمداد قوية لتصنيع خلايا الطاقة الشمسية.
علاوة على ذلك، تناقش الورقة المشهد المتطور لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية الكهروضوئية وديناميات السوق، مشيرة إلى انخفاض التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) لأنظمة الطاقة الشمسية بسبب انخفاض أسعار الوحدات. ومع ذلك، توجد تباينات إقليمية، تتأثر بالظروف الاقتصادية المحلية والأطر التنظيمية. تؤكد التقرير على أهمية وجود بيئات سياسية وتنظيمية مستقرة لجذب الاستثمارات في الطاقة المتجددة، لا سيما مع اعتراف أنظمة البطاريات بدورها في دمج حصة عالية من الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الشبكات الحالية. تشير النتائج إلى وجود إمكانات كبيرة لتوسع الطاقة الشمسية الكهروضوئية على مستوى العالم، مع توقعات تشير إلى أن تحقيق إمداد كامل من الطاقة المتجددة بحلول عام 2050 سيتطلب زيادات كبيرة في قدرة الطاقة الشمسية الكهروضوئية لكل فرد، لا سيما في مناطق مثل إفريقيا، حيث لا تزال الاستفادة منخفضة على الرغم من الإمكانات الشمسية العالية.
DOI: https://doi.org/10.1051/epjpv/2025012
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Arnulf Jäger‐Waldau
Primary Topic: Photovoltaic Systems and Sustainability
Overview
In 2024, global clean energy investments rose by 10.7% to USD 2,083 billion, representing 1.9% of global GDP, with solar photovoltaics (PV) experiencing a notable 20.5% increase to USD 514 billion. This surge facilitated the installation of nearly 600 GWp of new PV systems, resulting in a total global capacity exceeding 2.2 TWp, which has doubled in under three years. Despite a previous price spike in 2022, the costs of solar PV hardware and battery storage have continued to decline, with levelized costs for non-tracking solar systems and battery storage reaching new lows. However, tracking PV systems still face higher costs, particularly in the USA, due to labor and infrastructure expenses. The ongoing electrification of heating, transport, and industry is expected to further drive demand for renewable electricity, with an anticipated annual growth rate of around 20% for the photovoltaic market in 2025.
The rapid growth of solar PV is underscored by the fact that it took 68 years to install the first TWp of PV capacity, while the second TWp was achieved in less than three years. Projections indicate that the third TWp could be reached by late 2025 or early 2026. Future scenarios predict a significant increase in PV capacity, ranging from a 12-fold to a 36-fold expansion by 2040, necessitating only a small fraction of the world’s land area. Urban areas present substantial untapped potential for PV installations on rooftops and other infrastructure. Despite the promising economic landscape for solar PV and battery systems, challenges remain, including the need for a stable policy framework and faster cost reductions in storage technologies. The urgency of the climate crisis demands collective action from civil society to accelerate the energy transition and achieve net-zero carbon emissions by 2050, emphasizing the importance of individual and societal responsibility in this endeavor.
Introduction
The introduction of the paper discusses the unprecedented climate conditions of 2024, which was marked by record-breaking temperatures and extreme weather events, underscoring the urgent need for a transition from fossil fuels to renewable energy sources. The World Meteorological Organization reported that 2024 was approximately 1.55 °C above pre-industrial levels, prompting 123 countries at COP 28 to commit to tripling renewable energy capacity by 2030. However, to align with the Paris Agreement and maintain the 1.5 °C limit, a 3.2 to 3.4-fold increase in global renewable capacity is necessary compared to 2022 levels.
The International Energy Agency (IEA) and other organizations project that renewable electricity generation must rise significantly, reaching 23,337 TWh by 2030 and 70,936 TWh by 2050, which represents increases of 169% and 686%, respectively, from 2023 levels. Solar photovoltaic (PV) and wind energy are expected to dominate this growth, with solar PV alone needing to triple its capacity by the end of 2024. Despite a substantial increase in investments in clean energy, the fossil fuel sector continues to receive significant funding, highlighting the need for a more aggressive transition to renewables. Various studies suggest that achieving a net-zero economy by 2050 could require investments between USD 100 trillion and USD 275 trillion, a figure that, while daunting, is comparable to current fossil fuel subsidies. The paper emphasizes that accelerating renewable deployment could mitigate health costs associated with pollution, further justifying the transition.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights several critical aspects of solar photovoltaic (PV) capacity and production, emphasizing the discrepancies in reported capacities between DC and AC measurements. Many countries report AC capacities, leading to potential underestimations of actual PV system capabilities, particularly as DC/AC ratios increase, with some systems exhibiting ratios as high as 2. This trend of “overpowering” enhances grid utilization and cost-effectiveness. The study estimates global solar cell production to reach approximately 758 GWp in 2024, marking a 20% increase from 2023, despite inconsistencies in reporting and data collection challenges. The growth in polysilicon production capacity is particularly notable, suggesting a robust supply chain for solar cell manufacturing.
Furthermore, the paper discusses the evolving landscape of solar PV electricity generation and market dynamics, noting a decrease in the levelized cost of electricity (LCOE) for PV systems due to lower module prices. However, regional disparities exist, influenced by local economic conditions and regulatory frameworks. The report underscores the importance of stable political and regulatory environments to attract investment in renewable energy, particularly as battery systems gain recognition for their role in integrating high shares of PV into existing grids. The findings indicate a significant potential for solar PV expansion globally, with projections suggesting that achieving a fully renewable energy supply by 2050 will require substantial increases in per capita PV capacity, particularly in regions like Africa, where utilization remains low despite high solar potential.