Sunshine splashing onto school rooftops and campuses across the country is an undertapped resource that could help shrink electricity bills, new research suggests.
Solar panels provide shade and energy at Casey Middle School in Boulder, Colorado. (Image credit: Dennis Schroeder / NREL)
Badania, opublikowane w kwietniowym wydaniu recenzowanego czasopisma Environmental Research Letters, pokazują, że wykorzystanie całej opłacalnej przestrzeni dla paneli słonecznych mogłoby pozwolić szkołom zaspokoić do 75 procent ich potrzeb w zakresie energii elektrycznej i zmniejszyć ślad węglowy sektora edukacji nawet o 28 procent.
W tym samym czasie, panele słoneczne mogłyby pomóc szkołom odłączyć się od sieci zasilanych przez gaz ziemny i elektrownie węglowe, które produkują pył zawieszony, dwutlenek siarki i tlenki azotu – zanieczyszczenia powietrza, które mogą przyczynić się do smogu i kwaśnych deszczy, jak również poważnych konsekwencji zdrowotnych, w tym zawałów serca i zmniejszonej funkcji płuc. „To jest działanie, które możemy podjąć, że korzyści dla środowiska i zdrowia ludzkiego w rzeczywisty, znaczący sposób,” powiedział Stanford behawiorysta Gabrielle Wong-Parodi, autor badania.
Nowe projekty słoneczne mogą łatwo zsunąć się z listy priorytetów w czasie powszechnych protestów przez nauczycieli wzywających do zwiększenia finansowania szkoły, mniejsze rozmiary klas i wyższe płace. Ale amerykański Departament Energii szacuje, że szkoły K-12 wydają ponad 6 miliardów dolarów rocznie na energię, a koszty energii w wielu okręgach są na drugim miejscu po wynagrodzeniach. W sektorze szkolnictwa wyższego roczne koszty energii sumują się do ponad 14 miliardów dolarów.
Niniejszy dokument sugeruje, że inwestycje w odpowiednie projekty solarne – z odpowiednimi zachętami ze strony państw – mogą uwolnić bardzo potrzebne pieniądze w budżetach szkół. „Szkoły i tak płacą za energię elektryczną” – powiedział Wong-Parodi, adiunkt nauk o systemie ziemskim w Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). „To jest sposób, w niektórych przypadkach, że mogą one zmniejszyć swoje koszty. Jeśli jest rabat lub dotacja, może to nastąpić szybciej.”
Overlooked benefits
Educational institutions account for approximately 11 percent of energy consumption by U.S. buildings and 4 percent of the nation’s carbon emissions. Ale podczas gdy potencjał paneli słonecznych na domach i firmach został szeroko zbadany, poprzednie badania w dużej mierze pominęły budynki szkolne.
Nowe szacunki opierają się na danych dla 132 592 szkół, w tym ponad 99 700 publicznych i 25 700 prywatnych szkół K-12, jak również prawie 7 100 szkół wyższych i uniwersytetów. Badacze rozpoczęli od oszacowania powierzchni dachu dostępnej dla paneli słonecznych w każdej instytucji, godzinowej produkcji energii elektrycznej biorąc pod uwagę ilość słońca w danym miejscu oraz godzinowego zapotrzebowania na energię elektryczną każdej instytucji.
Nic dziwnego, że badanie wykazało, że trzy duże, słoneczne stany – Teksas, Kalifornia i Floryda – mają największy potencjał do generowania energii elektrycznej z paneli słonecznych na dachach szkół, z prawie 90 procent instytucji posiadających co najmniej trochę powierzchni dachowej nadającej się do instalacji. Tymczasem mieszkańcy środkowo-zachodnich stanów, w tym Wisconsin i Ohio stoją, aby zobaczyć największe redukcje kluczowych zanieczyszczeń powietrza – i koszty związane z rozwiązywaniem związanych z tym skutków zdrowotnych – jeśli szkoły przejść z sieci do energii słonecznej.
Poza wymiernymi skutkami dla zanieczyszczenia powietrza i rachunków za energię elektryczną, instalacje słoneczne mogą również zapewnić nowe możliwości uczenia się dla uczniów. Niektóre szkoły już wykorzystują dane ze swoich systemów energii słonecznej, aby pomóc uczniom zmagać się z ułamkami, na przykład, lub zobaczyć z pierwszej ręki, jak zmiana kąta nachylenia paneli może wpłynąć na produkcję energii. „To bierze ten abstrakcyjny pomysł odnawialnych źródeł energii jako coś, co może zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych i przynosi go do domu,” powiedział Wong-Parodi.
Duże oszczędności
Zgodnie z badaniami, nie jest ekonomicznie opłacalne dla instytucji edukacyjnych do zakupu dachowych systemów słonecznych w każdym stanie. Raczej, projekty mogą mieć sens finansowy dla szkół, jeśli zakontraktują firmę, która zainstaluje, będzie właścicielem i operatorem systemu i będzie sprzedawać energię elektryczną szkole po ustalonej stawce.
W skali całego kraju, naukowcy przewidują korzyści wynikające z nacisku na instalacje słoneczne na budynkach szkolnych mogą być warte aż 4 miliardy dolarów rocznie, jeśli każda tona węgla uwalnianego do powietrza ma kosztować społeczeństwo 40 dolarów, a wartość statystycznego życia ludzkiego – w sposób, w jaki obliczają to regulatorzy i ekonomiści – jest wyceniana na 10 milionów dolarów. Szacowane korzyści uwzględniają koszty przedwczesnych zgonów i innych skutków zdrowotnych związanych z zanieczyszczeniem powietrza przez elektrownie.
Oszacowania grupy nie uwzględniają skutków środowiskowych i zdrowotnych związanych z międzynarodowym wydobyciem i transportem surowców, ani z produkcją i utylizacją paneli słonecznych. Takie całościowe spojrzenie, jak piszą, „może przynieść całkiem inne wyniki.”
Odnosząc się do prawdopodobnych skutków w Stanach Zjednoczonych, badacze stwierdzają, że prawie wszystkie stany mogą czerpać korzyści ze szkolnych projektów solarnych o wiele większe niż kwota, którą wydają na dotacje i rabaty. Badanie pokazuje, że jest to prawdą nawet przy uwzględnieniu typowych kosztów instalacji, konserwacji, obsługi i rutynowej wymiany sprzętu.
„Istnieje argument za zwiększeniem poziomu zachęt w celu zwiększenia adopcji paneli słonecznych przez sektor edukacyjny”, powiedział autor badania Inês Azevedo, który współkieruje Carnegie Mellon University’s Center for Climate and Energy Decision Making i dołączy do wydziału Stanford Earth w lipcu 2019 r.
Kalifornia i Nowy Jork są jednak wyjątkami. W tych dwóch stanach naukowcy doszli do wniosku, że obecnie dostępne rabaty przewyższają korzyści finansowe, zdrowotne, środowiskowe i klimatyczne zapewniane społeczeństwu przez dachowe systemy słoneczne na szkołach – przynajmniej przy dzisiejszych cenach równoważenia emisji dwutlenku węgla za pomocą innych środków.
„Kalifornia i Nowy Jork wykonują fantastyczną pracę w zakresie zachęcania do korzystania z energii słonecznej, ale nadal nie widzimy 100-procentowej penetracji” – powiedział Wong-Parodi. „Dobrym wykorzystaniem ich czasu i zasobów może być ocena wszystkich szkół, które jeszcze tego nie mają, i próba zrozumienia dlaczego.”
Wong-Parodi jest również Center Fellow w Stanford Woods Institute for the Environment. Współautorzy Nichole Hanus i Parth Vaishnav są związani z Carnegie Mellon University. Współautor Naïm Darghouth jest związany z Lawrence Berkeley National Laboratory.
Badania były wspierane przez National Science Foundation, Carnegie Mellon University i National Renewable Energy Laboratory.
Aby przeczytać wszystkie historie o nauce Stanford, zapisz się do dwutygodnika Stanford Science Digest.
.