Η Βασιλεία απειλεί να αναγκαστεί να χρησιμοποιήσει ηλιακές στέγες: Το Μεγάλο Συμβούλιο θέλει να αναγκάσει τους ιδιοκτήτες σπιτιών να εγκαταστήσουν φωτοβολταϊκά συστήματα.
Η ηλιακή ενέργεια έχει εξαιρετική φήμη. Θεωρείται βιώσιμη και φιλική προς το κλίμα. Με τον νέο ενεργειακό νόμο, ο οποίος εγκρίθηκε από τον λαό τον περασμένο Ιούνιο, η ηλιακή ενέργεια στην Ελβετία θα διαδραματίσει κεντρικό ρόλο στην αντικατάσταση της πυρηνικής ενέργειας: μέχρι το 2050, περίπου το είκοσι τοις εκατό της σημερινής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελβετία θα πρέπει να προέρχεται από φωτοβολταϊκά (PV) συστήματα.
Ωστόσο, οι επικριτές έχουν ήδη φέρει στις συζητήσεις σημαντικά αδύναμα σημεία της ηλιακής ενέργειας: Πρώτον, η ηλιακή ενέργεια είναι εξαιρετικά ακριβή. Ακόμη και αν η τιμή της ηλιακής ενέργειας έχει μειωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, η κερδοφορία των φωτοβολταϊκών συστημάτων απέχει πολύ. Δεν λειτουργεί χωρίς οικονομική υποστήριξη: Το τιμολόγιο τροφοδότησης που λαμβάνουν οι παραγωγοί εξακολουθεί να είναι πολλαπλάσιο της αγοραίας τιμής της ηλεκτρικής ενέργειας. Δεύτερον, η παραγωγή ηλιακής ενέργειας είναι αναξιόπιστη. Εάν ο ήλιος δεν λάμπει λόγω κακοκαιρίας ή σκοταδιού, τα φωτοβολταϊκά συστήματα δεν παρέχουν καθόλου ενέργεια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντικά προβλήματα εφοδιασμού, ιδίως τον χειμώνα, όταν η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλότερη.
Αλλά ο ισολογισμός της ηλιακής ενέργειας είναι πολύ χειρότερος από ό,τι γνωρίζουν πολλοί επικριτές. Αν κάνετε τα μαθηματικά με ειλικρίνεια, αυτή η μορφή ενέργειας κάθε άλλο παρά βιώσιμη είναι και αντίθετα προωθεί την εξάντληση των πόρων. Αν λάβετε υπόψη όλα τα έξοδα που σχετίζονται με τα φωτοβολταϊκά στην Ελβετία, γίνεται σαφές ότι πρέπει να χρησιμοποιηθεί περισσότερη ενέργεια από όση μπορεί να παράγει ένα σύστημα κατά τη διάρκεια της ζωής του. Πρόκειται για μια ενεργειακά αρνητική επιχείρηση.
Από τη μία πλευρά, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα φωτοβολταϊκά είναι εξαιρετικά ενεργοβόρα σε υλικά: για να αντικατασταθεί η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τον πυρηνικό σταθμό του Gösgen, θα χρειαζόταν μια έκταση ηλιακών συλλεκτών σχεδόν τόσο μεγάλη όσο αυτή της λίμνης της Ζυρίχης. Από την άλλη πλευρά, η Ελβετία δεν είναι καθόλου ηλιόλουστη χώρα. Στην Ισπανία, για παράδειγμα, τα φωτοβολταϊκά συστήματα μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια για διπλάσιες ώρες.
Υπολογισμοί με Ελαττώματα
Αν πιστέψετε τους λομπίστες και τους επιστήμονες που είναι φιλικοί προς τα φωτοβολταϊκά, τα ηλιακά πάνελ στη χώρα αυτή παράγουν τουλάχιστον πέντε έως οκτώ φορές περισσότερη ενέργεια από όση απαιτείται για την παραγωγή τους, αλλά οι υπολογισμοί αυτοί έχουν σημαντικές ελλείψεις: υποτιμάται η προσπάθεια που απαιτείται για την κατασκευή των πάνελ και των εξαρτημάτων τους. Οι εργασίες για την εγκατάσταση, τη συντήρηση και τη διάθεση θα παραλειφθούν. Η δαπάνη για την είσπραξη τόκων επί των επενδύσεων παραβλέπεται. Και η απόδοση σε ηλεκτρική ενέργεια προσδιορίζεται κυριολεκτικά με βάση παραδοχές για καλές καιρικές συνθήκες.
Οι ακόλουθοι υπολογισμοί βασίζονται σε δημοσίευση του 2016 των Ferruccio Ferroni (συν-συγγραφέα του παρόντος άρθρου) και Robert Hopkirk στο επιστημονικό περιοδικό Energy Policy (1). Οι δύο Ελβετοί ερευνητές πραγματοποίησαν ένα ολιστικό ενεργειακό ισοζύγιο των φωτοβολταϊκών σε περιοχές με μέτρια ηλιακή ακτινοβολία. Συγκεκριμένα, συμπεριέλαβαν δαπάνες που δεν είχαν ληφθεί υπόψη σε προηγούμενους ισολογισμούς.
Προκειμένου να υπολογιστεί η αναλογία της παραγόμενης ενέργειας προς την ενέργεια που καταναλώνεται στα φωτοβολταϊκά συστήματα, πρέπει να εκτιμηθεί η απόδοση σε ηλεκτρική ενέργεια καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής τους. Σύμφωνα με ομοσπονδιακά στοιχεία, τα νέα φωτοβολταϊκά πλαίσια παράγουν κατά μέσο όρο 106 κιλοβατώρες (kWh) ηλεκτρικής ενέργειας ανά τετραγωνικό μέτρο φωτοβολταϊκού πλαισίου. Οι εμπειρίες στη Γερμανία, όπου τα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από ό,τι στην Ελβετία, δείχνουν ότι τα πάνελ μπορούν να θεωρηθούν ότι χρησιμοποιούνται κατά μέσο όρο 25 χρόνια.
Πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη μια πτώση της απόδοσης κατά περίπου ένα τοις εκατό (1%) ετησίως λόγω αλλαγής των υλικών και συσσώρευσης ελαττωμάτων και δυσλειτουργιών σε παλαιότερα πλαίσια. Συνολικά, μπορεί να θεωρηθεί ότι η ενεργειακή απόδοση των ηλιακών συλλεκτών στην Ελβετία είναι περίπου 2.200 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο. Η τιμή αυτή είναι σαφώς χαμηλότερη από ό,τι οι πάροχοι φωτοβολταϊκών και οι επενδυτές πιστεύουν. Είναι παρόμοιο με την κατανάλωση καυσίμου των αυτοκινήτων: οι επίσημες τιμές καθορίζονται σε εργαστηριακές συνθήκες που δεν ισχύουν σχεδόν ποτέ στην πραγματικότητα.
Ο υπολογισμός της ενεργειακής δαπάνης για την παραγωγή ηλιακής ενέργειας είναι πιο πολύπλοκος. Ένα μεγάλο μέρος αφορά την εξόρυξη των πρώτων υλών που απαιτούνται για τους ηλιακούς συλλέκτες. Η παραγωγή υπερκαθαρού πυριτίου, για παράδειγμα, είναι ενεργοβόρα. Χρειάζονται επίσης ουσίες όπως το χλωριούχο υδρογόνο και το καρβίδιο του πυριτίου που δεν υπάρχουν στη φύση. Σήμερα, πάνω από το 80% των ηλιακών συλλεκτών κατασκευάζεται στην Κίνα. Η ηλεκτρική ενέργεια με βάση τον άνθρακα αντιπροσωπεύει περίπου τα δύο τρίτα του κινεζικού μείγματος ηλεκτρικής ενέργειας. Μπορεί να υπολογιστεί ότι η Κίνα χρησιμοποιεί 250 κιλά άνθρακα για την παραγωγή ενός τετραγωνικού μέτρου ηλιακών συλλεκτών. Η κινεζική παραγωγή φωτοβολταϊκών θα ήταν αδιανόητη χωρίς τους πολλούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα. Οι συνέπειες είναι ο κακός αέρας και η υψηλή περιεκτικότητα σε CO2 .
Πολλή δουλειά, Μικρή Προστιθέμενη Αξία
Για να λειτουργήσουν τα φωτοβολταϊκά συστήματα, απαιτούνται εξαρτήματα όπως χάλκινα καλώδια, μετατροπείς, διακόπτες, όργανα και, ανάλογα με τον σχεδιασμό, σημαντικές ποσότητες υλικών στήριξης, συχνά από χάλυβα. Η συνολική προσπάθεια για την παραγωγή ηλιακών συλλεκτών, συμπεριλαμβανομένων των εξαρτημάτων, ανέρχεται σε περίπου 1.300 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο.
Εάν η ενέργεια που παράγεται από τα ηλιακά συστήματα πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, πρέπει να ενσωματωθεί στο δίκτυο. Ειδικότερα, η ενέργεια πρέπει να είναι διαθέσιμη όταν υπάρχει ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Η ενεργειακή δαπάνη για την ενσωμάτωση στο δίκτυο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε ένα ειλικρινές ενεργειακό ισοζύγιο. Η χαμηλή απόδοση των φωτοβολταϊκών το χειμώνα είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα από την άποψη αυτή.
Εδώ θα πρέπει να θεωρηθεί ότι το 25 % της παραγόμενης ενέργειας πρέπει να αποθηκεύεται προσωρινά σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας με αντλησιοταμίευση για εποχιακή αντιστάθμιση. Εάν η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για την άντληση νερού σε ταμιευτήρες προκειμένου να παραχθεί αργότερα ηλεκτρική ενέργεια από αυτόν, χάνεται περίπου το ένα τέταρτο της ενέργειας. Άλλες τεχνολογίες, όπως η αποθήκευση με χρήση μπαταριών ή με τη μορφή αερίου (power-to-gas-to-power), αποκλείονται: οι τεχνολογίες αυτές συνδέονται με πολύ μεγαλύτερες απώλειες ενέργειας από την τεχνολογία αντλησιοταμίευσης.
Για να ενσωματωθεί η ηλιακή ενέργεια στο δίκτυο, πρέπει επίσης να κατασκευαστούν γραμμές ηλεκτρικής τροφοδοσίας των συστημάτων. Το δίκτυο στο σύνολό του πρέπει να ενισχυθεί κατά τρόπο ώστε οι διακυμάνσεις λόγω της ηλιακής ενέργειας να μην οδηγούν σε διακοπές ρεύματος. Αν προεκτιμηθεί, απαιτούνται περίπου 350 kWh πρόσθετης ενέργειας ανά τετραγωνικό μέτρο φωτοβολταϊκής επιφάνειας λόγω της ενσωμάτωσης στο δίκτυο, συμπεριλαμβανομένης της ενδιάμεσης αποθήκευσης.
Δεν είναι μόνο αυτό: Ένας σωστός ισολογισμός περιλαμβάνει επίσης το ενεργειακό ισοδύναμο των αναθέσεων εργασίας. Στην Ελβετία, η ενεργειακή ένταση είναι 0,43 kWh ανά παραγόμενο φράγκο. Τα φωτοβολταϊκά είναι εξαιρετικά απαιτητικά σε εργασία: τα συστήματα πρέπει να σχεδιάζονται, να συναρμολογούνται και να καθαρίζονται τακτικά. Σε περίπτωση βλαβών, για παράδειγμα λόγω χαλαζιού ή φορτίου χιονιού, πρέπει να υπάρχουν ομάδες επισκευής. Στο τέλος της διάρκειας ζωής τους, τα συστήματα πρέπει να αποσυναρμολογηθούν και να απορριφθούν κατάλληλα.
Οι υποστηρικτές της ηλιακής ενέργειας διαφημίζουν παράλογα ότι αυτή η μορφή ενέργειας καθιστά πολλές θέσεις εργασίας δυνατές. Ωστόσο, η υψηλή εργασιακή απασχόληση είναι μάλλον ένδειξη χαμηλής προστιθέμενης αξίας, δηλαδή μικρού οικονομικού οφέλους. Το κόστος εργασίας για το σχεδιασμό, την εγκατάσταση, τη λειτουργία και την αποσυναρμολόγηση υπολογίζεται στους δικούς μας υπολογισμούς σε συνολικά 1.175 ελβετικά φράγκα ανά τετραγωνικό μέτρο φωτοβολταϊκής επιφάνειας, το οποίο αντιστοιχεί σε περίπου 500 kWh. Για τις επεμβάσεις ζημιών, πρέπει να προστεθούν άλλες 90 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο.
Σε μια σύγχρονη οικονομία, οι επενδύσεις πρέπει να αξίζουν τον κόπο. Η επένδυση κεφαλαίου πρέπει να αποδίδει κέρδος και αυτό πρέπει να παράγεται. Οι ενεργειακές δαπάνες για την εξυπηρέτηση αυτού του κεφαλαίου πρέπει επίσης να λαμβάνονται υπόψη σε έναν ισολογισμό. Όπως αναφέρθηκε, τα φωτοβολταϊκά είναι εντάσεως κεφαλαίου. Στον υπολογισμό αυτό χρησιμοποιήθηκε μέσο κόστος επένδυσης 1.100 ελβετικών φράγκων ανά τετραγωνικό μέτρο φωτοβολταϊκής επιφάνειας.
Με απόσβεση σε 25 έτη και λογική κερδοφορία, προκύπτει κόστος εξυπηρέτησης κεφαλαίου σχεδόν 900 ελβετικών φράγκων καθ’ όλη τη διάρκεια. Σε μετατροπή, αυτό σημαίνει πρόσθετη κατανάλωση ενέργειας σχεδόν 370 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο φωτοβολταϊκής επιφάνειας. Οι τελωνειακοί δασμοί, οι φόροι και οι εισφορές προστίθενται σε επιπλέον 50 kWh, εάν μετατραπούν σωστά από ενεργειακή άποψη. Το συμπέρασμα είναι ότι η συνολική κατανάλωση ενέργειας είναι περίπου 2.660 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο. Ωστόσο, όπως αναφέρθηκε, η μέση απόδοση των φωτοβολταϊκών είναι 2.200 kWh – δηλαδή μόνο το 83% της προσπάθειας. Ακόμα και αν υποθέσουμε αβεβαιότητα 15 τοις εκατό σε αυτόν τον υπολογισμό, η ενεργειακή απόδοση παραμένει μικρότερη από την προσπάθεια. Πρέπει να μιλήσουμε για “ενεργειακή καταστροφή”. Είναι φρόνιμο να σταματήσει αμέσως η χρήση αυτής της τεχνολογίας.
Κριτική από τον Επαγγελματικό Κόσμο
Η προαναφερθείσα δημοσίευση των Ferroni και Hopkirk στο περιοδικό Energy Policy προκάλεσε μια απήχηση στον επαγγελματικό κόσμο. Λίγους μήνες αργότερα, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Marco Raugei, επιστήμονα που εργάζεται στη Μεγάλη Βρετανία, δημοσίευσε στο ίδιο περιοδικό μια αντιγραφή (2). Σύμφωνα με αυτήν, η ενεργειακή απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων υπερβαίνει την εισερχόμενη ενέργεια κατά επτά με οκτώ φορές.
Οι Ferroni και Hopkirk, ωστόσο, επέμειναν στην υπολογιστική τους προσέγγιση: Σε ένα άλλο επιστημονικά αναθεωρημένο άρθρο τους (μαζί με τον Ελβετό φυσικό Alexandros Guekos) αντέκρουσαν την κριτική: Το ενεργειακό ισοζύγιο της ηλιακής ενέργειας στην Ελβετία είναι καταστροφικά κακό (3). Σε ένα επιστημονικό συνέδριο της Διεθνούς Εταιρείας Βιοφυσικής Οικονομίας στις ΗΠΑ τον περασμένο Ιούνιο, οι περισσότεροι από τους παρόντες εμπειρογνώμονες συμφώνησαν με τις μεθόδους υπολογισμού που χρησιμοποίησαν ο Ferroni και οι συνεργάτες του.
Σύμφωνα με ειδικούς, όπως ο Αμερικανός συστημικός οικολόγος Charles AS Hall, η χρήση μιας ενεργειακής πηγής μπορεί να χαρακτηριστεί βιώσιμη μόνο εάν ο λόγος των εσόδων προς τις δαπάνες είναι τουλάχιστον 10 (4). Σε χαμηλότερες τιμές, ένα ενεργειακό σύστημα είναι πολύ αναποτελεσματικό για να διατηρήσει μια σύγχρονη κοινωνία σε λειτουργία. Διότι σε μια τέτοια κοινωνία, όχι μόνο οι βασικές ανάγκες, όπως η τροφή, η ένδυση και η στέγαση, πρέπει να καθίστανται ενεργειακά δυνατές, αλλά και η εκπαίδευση, η υγειονομική περίθαλψη και οι πολιτιστικές δραστηριότητες.
Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση υδροηλεκτρικής ενέργειας αποδίδει καλύτερα με αναλογία ενεργειακής απόδοσης προς ενεργειακή δαπάνη περίπου 100. Αλλά και η πυρηνική ενέργεια έχει επίσης μια εξαιρετική αναλογία της τάξης του 75. Στην περίπτωση των εναλλακτικών μορφών ενέργειας, όπως η γεωθερμία, η αιολική ενέργεια και η ηλιακή ενέργεια, από την άλλη πλευρά, ο λόγος των εσόδων προς τις δαπάνες είναι κρίσιμος έως άθλιος, ανάλογα με την τοποθεσία.