撰文：西达尔特.乔西、詹姆斯. 格林 和希维卡·米塔尔            2021 年 10 月 13 日

用太阳能电池板覆盖屋顶，可以显著促进全球能源系统的脱碳。 迈克肯普/盖蒂图片社

屋顶太阳能电池板的价格比 2010 年便宜 79%，急剧下降的成本使屋顶太阳能光伏发电，对希望减少对电网的依赖，同时减少碳排放的家庭和企业更具吸引力。

但是，这项技术是否有足够的屋顶表面，为每个需要它的人提供负担得起的低碳能源？毕竟，不仅仅是拥有自己的房子、并想削减开支的人需要这样的解决方案。全球仍然约有 8 亿人，无法正常获得电力供应。

我们在《自然通讯》杂志上的新论文，对我们需要多少屋顶太阳能电池板，为全世界产生足够的可再生能源进行了全球评估，以及我们需要将它们放在哪里。我们的研究首次提供了如此详细的全球屋顶太阳能潜力地图，评估了从城市到大陆的屋顶面积，和不同尺度的阳光覆盖。

我们发现，只需要世界上 50% 的屋顶覆盖太阳能电池板，就可以提供足够的电力来满足世界每年的需求。

方法

我们设计了一个程序，其中包含来自 3 亿多座建筑物的数据，并分析了 5010 万平方英里（1.3 亿平方公里）的土地——几乎是地球的整个陆地表面积。这估计了该土地上 07 万平方英里（20 万平方公里）的屋顶，可以产生多少能源，该地区的面积与英国大致相同。

然后，我们通过查看它们的位置来计算这些屋顶的发电潜力。通常，由于冬季和夏季的日照差异很大，位于欧洲北部或加拿大等高纬度地区的屋顶，全年的发电潜力可能相差 40%。 然而，赤道附近的屋顶，在不同季节的发电潜力通常只有 1% 左右，因为阳光更加充足。

这很重要，因为每月潜力的这些巨大变化，可能对该地区太阳能电力的可靠性产生重大影响。 这意味着阳光照射更不规则的地方，需要能量存储解决方案——也增加了电力成本。

热点

我们的结果突出了，屋顶太阳能发电的三个潜在热点：亚洲、欧洲和北美。

其中，亚洲看起来是安装太阳能板最便宜的地方。在印度和中国等国家，一千瓦时 (kWh) 的电力，或使用笔记本电脑大约 48 小时，只需 0.05 便士（0.00068 美元） ）。这要归功于廉价的面板制造成本以及阳光充足的气候。

与此同时，实施屋顶太阳能成本最高的国家是美国、日本和英国，欧洲处于中间位置。整个欧洲大陆的平均成本，约为每千瓦时 0.096 便士（0.0013 美元）。

屋顶太阳能电池板，看起来在人口稀少的地区和在城市中心一样有用。对于那些居住在偏远地区的人来说，太阳能电池板有助于补充甚至取代可能不可靠的当地电网的供应。对于城市中的人们，太阳能电池板可以显著减少因燃烧化石燃料获取能源而造成的空气污染。

必须指出的是，全球电力供应不能依靠单一的发电来源来满足数十亿人的需求。而且，由于天气多变和地球的昼夜循环，太阳能需求和供应之间的不匹配是不可避免的。

在需要时存储太阳能所需的设备仍然非常昂贵。此外，太阳能电池板无法为某些行业提供足够的电力。例如，重型制造和金属加工需要非常大的电流和专门的电力输送，而太阳能尚无法提供。

尽管如此，屋顶太阳能在缓解能源贫困并将清洁、无污染的电力重新交回全球消费者手中方面具有巨大潜力。 如果太阳能的成本继续下降，屋顶太阳能面板可能是迄今为止，使我们的电力供应脱碳的最佳工具之一。