История показывает, что прогресс в области возобновляемых источников энергии часто следует за кризисами: в 1970-х годах нефтяные эмбарго привели к увеличению стоимости нефти в четыре раза, что подстегнуло усилия по сокращению зависимости Америки от ископаемого топлива и поиску альтернативных источников энергии, включая солнечная энергия или ветровая энергия. Глобальный финансовый кризис 2008-09 годов привел к тому, что несколько правительств связали часть своих экономических стимулов с инвестициями в чистую энергию. Пандемия COVID-19 привела к беспрецедентному энергетическому шоку, и после этого в 2021 году инвестиции в возобновляемую энергию достигли самых высоких уровней со времен Великой рецессии.

После кризиса в Европе западные экономики снова вспомнили о важности энергетической независимости, а спрос на возобновляемые источники энергии резко возрос. Два самых популярных источника возобновляемой энергии в США на данный момент — это солнечная и ветровая. Станет ли кто-то из них лидером в 2022 году?

Благодаря уменьшению стоимость солнечной энергии, эта технология никогда не была более выгодной для домовладельцев. Ее простота в использовании в жилых помещениях позволяет клиентам сократить свой углеродный след и расходы на электроэнергию. Но люди использовали ветер на протяжении тысяч лет, задолго до того, как появились современные ветровые турбины. Фактически, в прошлом году ветровая энергия выработала на 5% больше энергии, чем солнечная.

Итак, вступая в эпоху возобновляемой энергии, какой из источников энергии окажется на первом месте? И если вы подумываете о переходе на возобновляемый источник энергии, какой из них лучше подходит для ваших нужд? Давайте рассмотрим.

Начнем с небольшой предыстории для цвета. Самые ранние зарегистрированные свидетельства использования энергии ветра датируются примерно 6000–5000 гг. до н. э., когда был изобретен парус для ловли ветра и приведения в движение лодок. С годами развитие ветроэнергетики позволило людям молоть зерно, качать воду и, в конечном итоге, около конца 1800-х годов, вырабатывать электричество из кинетической энергии.

Можно утверждать, что солнечная энергия использовалась с 700 г. до н. э., когда зеркала использовались для концентрации солнечной энергии для разжигания огня. Но солнечная клетки не использовались для получения энергии до 1839 года, когда Эдмон Беккерель, молодой физик, работавший во Франции, впервые наблюдал и отметил фотогальванический эффект. Потребовалось более столетия, чтобы создать практическую солнечную панель после открытия Беккереля. Солнечная энергия оставалась в фазе исследований и разработок в течение нескольких десятилетий.

Перенесемся в 1973 год — нефтяные потрясения привели к резкому росту цен на бензин и нефть, что вызвало беспокойство по поводу энергетического будущего Соединенных Штатов. Лидеры США все больше интересовались альтернативными, внутренними источниками энергии, которые могли бы снизить зависимость от иностранной нефти.

В сочетании с растущим давлением со стороны защитников окружающей среды, в 70-х годах возобновляемая энергия получила ощутимую федеральную поддержку. Чтобы стимулировать ее развитие, Конгресс принял Закон о налоге на энергию 1978 года, чтобы предоставить налоговые льготы для домов с солнечными панелями и профинансировать разработку крупных ветровых турбин. Солнечная энергия пока не была достаточно рентабельной, чтобы взлететь, но ветровые турбины получили скромный прирост в прогрессивных штатах.

За следующие несколько десятилетий доля ветроэнергетики в США выросла с менее чем 1% в 1990 году до примерно 8,4% в 2020 году. Доля солнечной энергетики в общем объеме выработки электроэнергии коммунальными предприятиями США выросла с 0,1% в 1990 году до примерно 2,5% в 2020 году.

В 2022 году современные солнечные панели будут устанавливаться на крыше или на земле для преобразования солнечного света в энергию. Солнечные панели состоят из фотоэлектрические элементы (или солнечные элементы), которые используют полупроводниковый материал кремний для создания электрического тока. Электричество, которое вырабатывают панели, является постоянным током (DC), и оно преобразуется инвертором в переменный ток, который мы используем для питания наших домов.

The лучшие солнечные панели в наши дни средняя мощность составляет от 250 до 400 Вт, а самые эффективные солнечные панели достигают уровня эффективности около 20%, что означает, что 20% энергии, которая попадает на панель, преобразуется в электричество. Типичная солнечная батарея состоит из 10-30 солнечных панелей (или более), в среднем для питания американского домохозяйства требуется около 20 панелей.

Средний стоимость солнечной установки составляет от 20 000 до 40 000 долларов США, в зависимости от сложности установки, местоположения, размера и энергетических потребностей дома. Это серьезный барьер для входа, и он остается одной из самых больших проблем для роста солнечной энергетики. Однако для тех, кто может позволить себе первоначальные затраты или взять кредит на финансирование солнечной энергетики, солнечная энергия обеспечивает десятилетия экономии энергии и может превысить даже 50 000 долларов США пожизненной экономии в правильном месте.

Большинство домов с солнечными батареями останутся подключенными к сети, то есть вы не потеряете связь с местной коммунальной службой. Однако автономные солнечные батареи можно использовать в небольших масштабах.

Бытовые солнечные батареи не только помогают домовладельцам компенсировать потребление электроэнергии, но и снижают зависимость от ископаемого топлива и коммунальных услуг, что дает ряд личных и общественных преимуществ.

Ветровые турбины также могут использоваться для генерации электроэнергии. Вместо использования фотоэлектрического эффекта лопасти ветряных турбин вращаются, чтобы вращать внутренний ротор. Ротор посылает кинетическую энергию генератору, который преобразует ее в переменный ток, подобно инвертору в солнечной батарее. Также как и солнечная энергия, энергия ветра может быть привязана к сети или полученная энергия может храниться в батарее.

В отличие от солнечных панелей, в мире ветряных турбин чем больше, тем лучше, поскольку сила ветра обычно усиливается с увеличением высоты.

По данным Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, высота ступицы для коммунальных наземных ветровых турбин увеличилась на 59% с 1998 года, составив около 295 футов в 2020 году (примерно такая же высота, как у Статуи Свободы). А высота ступицы для офшорных турбин в США, как ожидается, будет еще выше. Поскольку турбины настолько велики, местные постановления о зонировании обычно создают проблемы для жилых ветровых установок.

Эта зависимость от размера вносит наибольший вклад в то, что отличает ветер от солнечной энергии. Ветровая энергия занимает гораздо больше места, чтобы быть наиболее эффективной, и в результате большинство ветровых турбин используются в коммерческих или промышленных масштабах, а не в жилых помещениях. Однако ветровые турбины используют около 50% энергии, которая проходит через них, по сравнению с 20% эффективностью лучших жилых солнечных панелей. И в отличие от солнечных панелей, ветровые турбины могут вырабатывать энергию в любое время суток, что делает их очень эффективными при правильном внедрении.

В заключение, местоположение является ключевым фактором для ветра как источника энергии. Ветровые турбины лучше всего работают на больших пространствах земли без деревьев, зданий или других препятствий. Такие штаты, как Техас, Оклахома, Айова, Канзас и Иллинойс, лидируют в стране по ветроэнергетике, а прибрежные штаты, такие как Вирджиния, Массачусетс и Нью-Джерси, вложили значительные средства в офшорную ветроэнергетику, что является многообещающим направлением для роста.

Хотя путь был ухабистым из-за сокращения цепочек поставок и инфляции, стоимость возобновляемой энергии технологии близки к самому низкому уровню, который когда-либо был, затмевая традиционные источники, такие как уголь и природный газ. Солнечные и ветровые установки продолжают расти экспоненциально, а технологические достижения и низкие издержки сделали бытовые чистые источники энергии чрезвычайно востребованными.

Однако, в целом, ветровые установки практически в каждом случае используются в коммерческих или промышленных масштабах, в то время как солнечные доказали свою ценность на рынке жилых помещений. Давайте рассмотрим самые большие преимущества и недостатки каждого из них.

Как уже упоминалось, установки солнечных панелей предлагают огромные возможности в качестве источника энергии в жилых масштабах. Вот основные причины, почему:

Ветроэнергетика, напротив, гораздо более практична в масштабах коммунального обслуживания.

Ветровая энергия в настоящее время опережает солнечную по общей доле вырабатываемой электроэнергии. Для домовладельцев солнечная энергия является гораздо более практичным вариантом.

Однако на самом деле все сводится к местоположению. В мире энергетики не существует универсального решения. Интеллект — это способность вида гармонично жить в своей среде, используя наиболее логичные для этого региона источники энергии. Мы никогда не будем ожидать, что солнечная энергия превзойдет такой источник энергии, как гидроэнергия, в таких регионах, как Тихоокеанский Северо-Запад. Точно так же, как мы не будем ожидать, что ветровая энергия взлетит в густонаселенных городских районах, таких как Нью-Йорк.

Будущее энергетики — децентрализованное, где энергия вырабатывается и потребляется локально. Для домовладельцев, желающих внести ощутимые изменения в свою жизнь, чтобы работать над более устойчивым будущим, солнечная энергия предлагает замечательную возможность изменить ситуацию. Ветровая энергия может не предоставлять тех же возможностей для домов, но она, несомненно, станет огромной частью сотрудничества возобновляемых источников энергии в усилиях по достижению будущего с нулевым выбросом углерода.