Solskolor: Stanfordforskning undersöker förbisedda fördelar med solpaneler på amerikanska campus

Solskenet som sprutar på skoltak och campus runt om i landet är en förbisedd resurs som skulle kunna hjälpa till att minska elräkningarna, enligt ny forskning.

Studien, som publicerades i aprilnumret av den fackgranskade tidskriften Environmental Research Letters, visar att om man drar nytta av allt livskraftigt utrymme för solpaneler kan skolor tillgodose upp till 75 procent av sina elbehov och minska utbildningssektorns koldioxidavtryck med så mycket som 28 procent.

Solpaneler skulle samtidigt kunna hjälpa skolor att koppla bort nät som drivs av naturgas- och kolkraftverk som producerar partiklar, svaveldioxid och kväveoxider – luftföroreningar som kan bidra till smog och surt regn samt allvarliga hälsokonsekvenser som hjärtinfarkt och nedsatt lungfunktion. ”Det här är en åtgärd vi kan vidta som gynnar miljön och människors hälsa på ett verkligt och meningsfullt sätt”, säger Gabrielle Wong-Parodi, beteendevetare vid Stanford, som är en av författarna till studien.

Nya solenergiprojekt kan lätt glida ner på prioriteringslistan i en tid av omfattande protester från lärare som kräver ökad skolfinansiering, mindre klasstorlekar och högre löner. Men det amerikanska energidepartementet uppskattar att K-12-skolor spenderar mer än 6 miljarder dollar per år på energi, och energikostnaderna i många distrikt kommer efter lönerna. Inom den högre utbildningssektorn uppgår de årliga energikostnaderna till mer än 14 miljarder dollar.

Det aktuella dokumentet föreslår att investeringar i rätt solprojekt – med rätt incitament från delstaterna – skulle kunna frigöra välbehövliga pengar i skolornas budgetar. ”Skolor betalar ändå för el”, säger Wong-Parodi, biträdande professor i jordsystemvetenskap vid Stanfords School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). ”Detta är ett sätt att i vissa fall minska sina kostnader. Om det finns en rabatt eller ett bidrag kan det ske snabbare.”

Overblickbara fördelar

Utbildningsinstitutioner står för cirka 11 procent av energiförbrukningen i amerikanska byggnader och 4 procent av landets koldioxidutsläpp. Men medan potentialen för solpaneler på bostäder och företag har studerats i stor utsträckning har tidigare forskning i stort sett hoppat över skolbyggnader.

De nya uppskattningarna är baserade på data för 132 592 skolor, inklusive mer än 99 700 offentliga och 25 700 privata K-12-skolor, samt nästan 7 100 högskolor och universitet. Forskarna började med att uppskatta den takyta som var tillgänglig för solpaneler på varje institution, elproduktionen per timme med tanke på mängden solsken på platsen och elbehovet per timme för varje institution.

Inte överraskande finner man i studien att tre stora, soliga delstater – Texas, Kalifornien och Florida – har den största potentialen för att generera el från solpaneler på skolornas tak, med nästan 90 procent av institutionerna som har åtminstone en del av takytan som lämpar sig för installationer. Samtidigt kan invånarna i stater i mellanvästern, däribland Wisconsin och Ohio, se de största minskningarna av viktiga luftföroreningar – och kostnader för att hantera relaterade hälsoeffekter – om skolorna byter från elnätet till solenergi.

Bortom mätbara effekter på luftföroreningar och elräkningar kan solcellsinstallationer också ge nya inlärningsmöjligheter för eleverna. Vissa skolor använder redan data från sina solenergisystem på plats för att hjälpa eleverna att till exempel ta itu med bråktal, eller för att på nära håll se hur ändrade panelvinklar kan påverka elproduktionen. ”Det tar den här abstrakta idén om förnybara energikällor som något som kan minska utsläppen av växthusgaser och tar det hem”, säger Wong-Parodi.

Stora besparingar

Enligt studien är det inte ekonomiskt lönsamt för utbildningsinstitutioner att köpa solcellssystem på taket direkt i någon stat. I stället kan projekten vara ekonomiskt vettiga för skolorna om de kontrakterar ett företag för att installera, äga och driva systemet och sälja el till skolan till en fastställd taxa.

I hela landet räknar forskarna med att de fördelar som följer av en total satsning på solcellsinstallationer på skolbyggnader skulle kunna vara värda så mycket som 4 miljarder dollar per år, om varje ton koldioxid som släpps ut i luften antas kosta samhället 40 dollar och värdet av ett statistiskt människoliv – på det sätt som tillsynsmyndigheter och ekonomer räknar med det – sätts till 10 miljoner dollar. De uppskattade fördelarna omfattar kostnaderna för förtida dödsfall och andra hälsoeffekter som är kopplade till luftföroreningar från kraftverk.

Gruppens uppskattningar tar inte hänsyn till miljö- och hälsoeffekter som är kopplade till internationell gruvdrift och transport av råvaror, eller till tillverkning och bortskaffande av solpaneler. En sådan helhetssyn, skriver de, ”kan ge helt andra resultat”.

Om man fokuserar på sannolika effekter i USA drar forskarna slutsatsen att nästan alla delstater skulle kunna dra nytta av solcellsprojekt i skolor som är mycket större än det belopp som de spenderar på subventioner och rabatter. Studien visar att detta gäller även när man räknar in typiska kostnader för installation, underhåll, drift och rutinmässiga utbyten av hårdvara.

”Det finns ett argument för att öka nivån på incitamenten för att öka antagandet av solpaneler i utbildningssektorn”, säger studiens författare Inês Azevedo, som är medledare för Carnegie Mellon Universitys center för klimat- och energibeslutsfattande och som kommer att ansluta sig till Stanford Earths fakultet i juli 2019.

Kalifornien och New York är dock undantag. I dessa två stater drog forskarna slutsatsen att de rabatter som för närvarande finns tillgängliga överstiger de ekonomiska, hälsomässiga, miljömässiga och klimatförändringsmässiga fördelar som solenergisystem på skolornas tak ger samhället – åtminstone till dagens priser för att kompensera koldioxidutsläpp på annat sätt.

”Kalifornien och New York gör ett fantastiskt arbete med att ge incitament för solenergi, men vi ser fortfarande inte en 100-procentig penetration”, sade Wong-Parodi. ”En bra användning av deras tid och resurser kan vara att utvärdera alla skolor som ännu inte har det och försöka förstå varför.”

Wong-Parodi är också Center Fellow vid Stanford Woods Institute for the Environment. Medförfattarna Nichole Hanus och Parth Vaishnav är knutna till Carnegie Mellon University. Medförfattaren Naïm Darghouth är knuten till Lawrence Berkeley National Laboratory.

Forskningen stöddes av National Science Foundation, Carnegie Mellon University och National Renewable Energy Laboratory.

För att läsa alla historier om Stanfords vetenskap kan du prenumerera på Stanford Science Digest, som ges ut varannan vecka.