太阳能发电曾经是世界范围内能源生产的一个昂贵且微小的部分，但在过去十年中蓬勃发展。

对太阳能不断增长的需求部分归功于其已被证明的成功：太阳能电池板内的光伏 (PV) 电池将太阳的电磁辐射转化为电能，它们可以将电能输送到家庭或电网中。这个过程被视为发展可持续能源系统的一个有前途的关键工具。

但对许多人来说，问题仍然存在：从经济和环境的角度来看，是否值得安装太阳能？是什么阻碍了太阳能的广泛采用？本文介绍了太阳能最重要的优势和劣势，以及人们如何决定改用太阳能是否适合他们。

太阳能的优点

对于个人业主和公用事业规模发电厂的开发商来说，太阳能是世界上几乎每个地方成本最低的能源。政府的激励措施使其作为一项投资更具吸引力。一旦安装，其接近于零的运营和维护成本意味着它正在取代煤炭和天然气等化石燃料。它的零排放和可再生燃料来源（太阳）可以减少空气污染和导致气候变化的温室气体的排放。

负担能力

太阳能现在是世界上几乎每个地方最便宜的电力形式。太阳能发电成本在 2009 年至 2020 年间下降了 90%，现在建造新的公用事业规模太阳能发电厂比保持现有煤电厂运行的成本更低。随着太阳能需求的增加和生产规模的扩大，太阳能发电有望遵循所谓的斯旺森定律，即太阳能电池板的成本每增加一倍，成本就会降低 20%。2010 年，一千瓦时的太阳能发电成本约为 37 美分。到 2030 年，预计成本为 2 美分——到 2050 年，成本为 1 美分的二分之一。

太阳能的大部分成本都在安装中，但由于阳光是免费的，“太阳能资源通常产生零（甚至是负）边际成本能源。” 边际成本是生产一单位产品所需的成本。电网管理人员通常根据边际成本从供应商处购买电力，这就是为什么太阳能在能源市场上经常超过煤炭的原因。而煤炭产生了 45% 2010 年美国的能源，十年后该份额下降到 19% 。

低维护

安装后，太阳能电池板的维护工作很少，这也是太阳能边际成本如此低的原因之一。雨水可以清洁大多数太阳能电池板。虽然雪会覆盖太阳能电池板并阻碍能量转换，但雪会相对较快地从太阳能电池板的倾斜玻璃上融化，并且来自积雪的屋顶或田野的反照率（反射光）增加了太阳能电池板可以收集的太阳辐射。太阳能逆变器将电池板产生的直流电转换为交流电，然后送入家庭和电网，在需要更换之前可以使用 10 到 15 年。制造商通常保证面板本身的使用寿命为 25 年，因为它们没有移动部件。太阳能电池板的效率以每年约 0.5% 的速度下降。即使退化率是原来的两倍，太阳能电池板在 30 年后仍能以 74% 的速度运行。

零排放

根据美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 的说法，一个屋顶太阳能系统可以在系统的整个生命周期内满足普通家庭的所有电力需求，可以防止 200 吨二氧化碳释放到大气中。这相当于每年减少四辆汽油动力汽车上路，或每年减少 54,000 英里的行驶里程。

虽然太阳能电池板的制造和最终处置确实会带来环境成本，但太阳能行业不会受到涉及大量生命损失和清理成本的环境灾难的影响。没有诸如太阳能泄漏、太阳能井喷、太阳能井火灾、太阳能熔毁、太阳能矿井塌陷、太阳能管道爆 炸、太阳能径流、太阳能油轮碰撞、太阳能火车脱轨或太阳能炼油厂泄漏之类的事情。事实上，由于太阳能有助于减少对煤炭的依赖，电力部门煤炭的碳排放量自 2007年以来下降了 50% 以上。

太阳能的缺点

尽管是当今最便宜的能源形式，但太阳能的广泛采用仍然存在障碍。如上所述，太阳能产业在过去十年中增长了 10 倍，但仍占世界发电量的不到 5%。太阳能本质上是可变的，它可能很昂贵，而且太阳能电池板的初始生产和最终处置可能具有很高的环境成本。太阳能的障碍正在降低，但太阳能仍需要取得进展，以实现其提供真正可持续能源的承诺。

高昂的前期成本

尽管成本下降了——根据国际能源署的数据，从 2010 年到 2019 年，住宅太阳能系统下降了近三分之二——在家里安装太阳能电池板仍然很昂贵，因为安装成本的大部分是人工和硬件。虽然联邦和州税收抵免可以显着降低太阳能系统的前期成本，但低收入消费者可能没有足够的税收来利用这些抵免。当然，一个人必须拥有可以安装面板的财产，这不包括许多租房者。社区太阳能计划允许太阳能客户在太阳能农场的许多成员之间分摊前期成本，或者每月订阅社区太阳能供应商而无需任何前期成本。

公用事业之间的拖累

另一个障碍是高资本成本，这会影响公用事业公司有时会缓慢地接受太阳能，这可能导致客户面临意想不到的障碍和延误。这个国家拥有百年历史的电网是为了向一个方向传输电力——从公用事业到消费者。从长远来看，将太阳能加入电网可以稳定电网并降低电力成本，但电网现代化的前期成本是巨大的，并且可能会延迟连接新客户。

基于阳光照射的可变性

没有人会感到惊讶的是，晚上没有阳光，有些日子是多云的，冬天的日子比夏天的日子短。太阳能本质上是可变的，在需要时并不总是可用。随着太阳能成为世界电力供应中越来越大的一部分，电网规划者和管理者需要找到创造性的方法将可变的可再生电力整合到电力系统中。他们依靠高度详细的天气预报来预测未来几天和几小时内将有多少能源可用，这使得太阳能更容易预测。扩大电网的地理范围还允许电网管理人员从阳光普照的地区和时区汲取电力，并将其输送到没有阳光的地区。

越来越多的电网管理者和房主可以将他们的太阳能发电存储到大型电池中，以帮助消除太阳能的波动。新的电网规模电池继续创造世界上最大电池的记录。2021 年 3 月，Apple 宣布正在建造一种电池，该电池能够存储其位于加利福尼亚的太阳能农场产生的 240 兆瓦时的能量。这足以为 7,000 多个家庭供电一天。

到 2019 年底，28% 的新太阳能装置与电池配对。一种或另一种形式的储能是整合风能和太阳能等可变可再生能源的领先解决方案，但就开发具有商定行业标准和可扩展性的成熟技术而言，储能行业可能比太阳能行业落后十年制造业。

不可移动性

如果您搬家，则不太可能随身携带太阳能电池板。投资太阳能通常是一项长期承诺，业主的初始投资可能需要 7 到 10 年才能收回成本。这给居住安排更灵活的人（例如租房者）或决定出售房屋的屋顶太阳能房主带来了障碍。根据 Zillow Research 的数据，太阳能电池板可以为房屋增值，但并非所有潜在购房者都希望在他们的下一个家中安装太阳能电池板，或者甚至不知道如何协商购买。

环境影响

虽然太阳能电池板在为消费者发电时排放零温室气体，但这些电池板的生产和处置确实会对环境产生影响，需要加以解决。其中包括原材料的提取、制造过程中废水和危险废物的产生、太阳能电池阵列选址的土地使用问题以及不再使用的面板的回收利用。到 2050 年，国际可再生能源机构 (IRENA) 估计，每年将产生 600 万吨太阳能电子垃圾。

最近应对这些挑战的尝试包括绿色电子委员会努力通过为太阳能光伏组件和逆变器创建“EPEAT 生态标签”来提高可持续性标准；欧盟、华盛顿州和其他地方要求正确回收太阳能电池板的法律；减少废料数量和毒性的制造工艺变化；提高整个太阳能供应链中材料和做法的可追溯性；以及整合农业和太阳能电池板的协同定位实践，而不是消除宝贵农业用地的面板。