Солнечные батареи будущее энергетики

Будущее солнечной энергии

Репост

Энергия солнца является, пожалуй, самым естественным и красивым решением для удовлетворения наших энергетических потребностей. Солнечные лучи дают планете огромный энергетический потенциал — по оценкам правительства США, Земля получает свыше 173 000 тераватт энергии ежегодно, что превышает необходимое количество в 10 000 раз.

Сложность задачи состоит в том, чтобы накапливать эту энергию. В течение многих лет, низкая эффективность солнечных батарей вместе с их дороговизной отталкивала потребителей от приобретения по причине экономической невыгодности.
Однако ситуация меняется. В период с 2008 по 2013 год цена на солнечные батареи упала более, чем на 50 процентов. По оценкам экспертов, тенденция будет продолжаться и до 2017 года, стоимость упадёт ещё на 40%. Согласно исследованиям в Великобритании, финансовая доступность солнечных батарей приведёт к тому, что к 2027 энергия солнца займёт 20% от всемирного потребления энергии. Такое было невообразимо ещё несколько лет назад.

В то время как технологии постепенно становятся всё более доступными, вопрос встаёт о принятии их в массах. Итак, каково же возможное развитие солнечной энергии?

Каждая новая технология открывает возможности для бизнеса. Tesla и Panasonic уже планируют открытие огромного завода по производству солнечных панелей в Буффало, штат Нью-Йорк. PowerWall, разработанный компанией Tesla Motors, является одним из самых известных бытовых устройств хранения энергии в мире. Крупные игроки — не единственные, кто выигрывает от развития этой технологии.
Землевладельцы и фермеры смогут сдавать в аренду свои территории под строительство новых солнечных ферм. Спрос на кабели среднего напряжения так же может возрасти, потому как батареи необходимо подключить к сети.

В некоторых странах места для плантаций солнечных батарей отсутствуют. Хорошее решение — батарея, которая находится на воде. Ciel & Terre International, французская энергетическая компания, работает над крупным проектом плавающих солнечных панелей с 2011 года. У берегов Великобритании уже установлена пробная версия. На данный момент реализация данного проекта рассматривается в Японии, Франции и Индии.

Беспроводное питание из космоса

Японское космическое агентство считает, что «чем ближе к Солнцу, тем больше возможность накапливать и эффективно управлять энергией». Проект космических солнечных энергетических систем планирует запустить батареи на околоземную орбиту. Собранная энергия будет передана обратна на Землю по беспроводной сети при помощи микроволн. Технология станет настоящим прорывом в науке, если проект обернётся успешным.

Финская команда исследователей работает над созданием деревьев, которые накапливают солнечную энергию в листьях. Планируется, что листья пойдут в питание малой бытовой техники и мобильных телефонов. Вероятнее всего, деревья будут напечатаны 3D принтером с использованием биоматериалов, которые имитируют органическое растение. Каждый листочек генерирует энергию из солнечного света, но так же использует кинетическую энергию ветра. Деревья рассчитаны на функционирование как в помещении, так и на открытом воздухе. Проект в настоящее время на стадии прототипной разработки в Техническом исследовательском центре в Финляндии.

В настоящее время, эффективность — это наибольшее препятствие для развития солнечной энергии. На данный момент, более 80% всех солнечных батарей имеют энергетическую эффективность менее 15%. Большинство этих панелей стационарные, в связи с чем они пропускают большое количество солнечного света. Улучшенный дизайн, состав и применение поглощающих солнечный свет наночастиц повысит эффективность.

Солнечная энергия — это наше будущее. В настоящее время человек совершает лишь первые шаги в раскрытии истинного потенциала Солнца. Эта звезда даёт нам намного больше энергии, нежели человечество потребляет ежегодно. Мировые исследователи работают над тем, чтобы вывести самый эффективный способ накопления и преобразования солнечных лучей в энергию.

Источник

Как будет выглядеть солнечная энергетика в будущем?

1. Агривольтаика

Принято считать, что идеальным местом для установки солнечных батарей являются бескрайние пустыни нашей планеты. Света здесь много, а облаков практически нет. Проблема в том, что генерирующие ток панели не любят жару. Наиболее эффективно они работают при температуре менее 25 градусов по Цельсию. Однако в умеренном климате им не так просто найти достаточное количество свободных площадей. В нулевых годах началось постепенное внедрение кажущегося беспроигрышным решения — агривольтаики. Технология подразумевает установку солнечных панелей прямо над полями с сельскохозяйственными культурами. Это не только устраняет необходимость в расчистке дополнительного места под сами батареи, но и позволяет охлаждать их с помощью той воды, которую испаряют находящиеся под ними растения.

В 2019 году исследователи из Аризонского университета не поленились выяснить, что в период с мая по июль такие солнечные панели давали на три процента больше энергии, чем обычные. Вроде бы не очень много, однако не следует забывать, что это непрерывный процесс, и даже небольшая выгода со временем превращается в весьма ощутимую прибавку. Инженеры в настоящее время пытаются распространить данную концепцию на водоёмы. Технология уже получила название: «флотовольтаика». Здесь панели размещаются над водной гладью, испарения которой также призваны увеличивать производительность батарей посредством их охлаждения до оптимальной температуры.

2. Солнечные трекеры

Конструкторы стараются выжимать из солнечных панелей максимум. Одним из самых очевидных решений здесь кажется постоянный поворот батарей в сторону источника энергии. Генерирующие ток элементы наиболее эффективны, когда лучи падают на них прямо, а не под углом. Поэтому традиционно они устанавливались в позиции, в которой на них наибольшее количество времени светит Солнце. Понятно, что это не идеальное решение, так как положение нашей звезды на небосклоне меняется не только в зависимости от времени суток, но ещё и в течение года. Чтобы исправить эту ситуацию, инженеры изобрели фотоэлектрические трекеры. Они забирают от 5 до 10 процентов генерируемой энергии, но добавленная выработка с лихвой покрывает эти потери. В некоторых областях планеты этот приём позволяет увеличить объём получаемой энергии на 45%. Особенно полезны трекеры в высоких широтах, где Солнце «гуляет» по горизонту гораздо больше, чем вблизи экватора. Они значительно утяжеляют конструкцию панелей, и их установка на крышах жилищ не отличается практичностью. Однако в полевых условиях их применение более чем оправдано.

3. Солнечные окна

Большинство современных солнечных панелей имеют довольно броский внешний вид, который почти невозможно органично интегрировать в городскую среду. Объясняется это тем, что в основной своей массе они производятся из кремния, который выглядит весьма тяжеловесно. Этот элемент идеально превращает солнечный свет в электроэнергию, но выполнять эту функцию способен не только он. Сегодня учёные пытаются найти альтернативу, которую можно будет встраивать прямо в стекла. Представьте, что вы сидите рядом с окном, греетесь на солнышке, и тут же подзаряжаете мобильник через разъём в раме.

Чтобы добиться этого, нужно найти прозрачный материал, который будет легче кремния. На помощь пришли солнечные элементы, изготовленные из органических соединений. Основой здесь служат полимеры и красители, которые можно наносить на рулоны пластика или, допустим, на то же самое стекло, вставляющееся в окна. На первый взгляд, тут намечается неустранимое противоречие — поглощающее свет вещество должно быть непрозрачным. Однако органические солнечные батареи можно производить из материалов, которые забирают инфракрасный свет, но пропускают видимый. Через имеющиеся сегодня элементы этого типа проходит около 43% излучения. Это, конечно, темно для окон частного домовладения или квартиры, зато прекрасно подходит для «тонирования» стекол офисных высоток.

Эти батареи гораздо дешевле в производстве, чем кремниевые. Кроме того, они очень легкие, и их можно приспособить на экраны мобильников и автомобильные крыши. Есть у них, правда, один серьёзный недостаток — малая эффективность. Они преобразуют в электричество лишь 13% солнечной энергии, в то время как у кремниевых батарей этот показатель достигает 18-22%. Тем не менее, простота применения и установки органических солнечных элементов означает, что они могут использоваться где угодно. В том числе на поверхностях, которые раньше не считались сколько-нибудь перспективными с точки зрения производства электроэнергии.

4. Солнечная ткань

В будущем электричество будут добывать не только неподвижные строения, обвешанные батареями. Сегодня учёные работают над созданием тканей, у которых солнечные панели интегрированы в волокна. Конечная цель этой разработки в том, чтобы потребитель мог генерировать ток, просто выходя на солнышко. Один из методов заключается в создании сверхмалых элементов, которые могут быть вплетены в ткань. В 2018 году английским конструкторам удалось создать изделие размером 3 на 1.5 миллиметра, то есть размером с блоху. 200 таких батарей были установлены в прототип, который смог зарядить наручные часы «Fitbit». Речь не идёт об огромном количестве электроэнергии, но всего 2000 крошечных ячеек должно хватить для подзарядки того же смартфона. Солнечные батареи успешно интегрируются и в более тяжелый текстиль, например, в шторы и палатки, которые предназначены для долгого пребывания на солнце в течение светового дня.

5. Гелиотермальная энергетика

Если все предыдущие технологии этого списка ставят своей целью создание электрической энергии, то здесь инженеры пытаются получить тепловую — для обогрева жилищ. Они конструируют аккумуляторные батареи, наполненные так называемым «солнечным тепловым топливом». Это вещество, которое поглощает энергию, а затем, по желанию пользователя, высвобождает. Солнечные лучи разрушают его химические связи, заставляя молекулы перестраиваться, приобретая новую, более теплоемкую конфигурацию. Шведские исследователи смогли создать топливо, которое таким образом может хранить энергию в течение почти двух десятков лет. Высвобождение происходит посредством физического фильтра, действующего как катализатор и возвращающего молекулы в их изначальное состояние.

Шведам удалось поднять температуру вокруг своего устройства на 63 градуса всего за несколько минут, однако они твердо намерены улучшить полученный результат. Если эта технология будет доведена до ума, она наверняка станет весьма востребована. Рачительный хозяин ставит на крышу своего дома устройство, которое просто греется под солнечными лучами. Затем, с наступлением зимы, он просто щёлкает выключателем, и у него дома становится тепло. Без счетов за электричество и газ, без вредных выбросов и загрязнения окружающей среды. Этот процесс может повторяться снова и снова. Разве это не замечательно?

Источник

Туманное будущее солнечной энергетики: три главных препятствия

Wall Street Journal анализирует главные препятствия на пути ускоренного развития солнечной энергетики. Нынешний рост в этой отрасли было невозможно представить еще 10 лет назад. Однако, теперь далеко не все зависит от технологических новаций, которые последовательно снижают стоимость панелей.

Как отмечает WSJ, каждый час Солнце посылает на Землю достаточно энергии, чтобы обеспечить все потребности человечества в электричестве на год вперед. Но желающие воспользоваться этими ресурсами сталкиваются с тремя основными барьерами.

В Китае разработан аккумулятор, заряжающийся за 5 секунд

Стоимость панелей

Для того, чтобы солнечная энергетика стала массовой, требуется серьезно снизить стоимость получения киловатт-часа — по оценкам экспертов, цена на уровне 25 центов позволит солнечной энергетике занять 30% энергетического рынка. Сейчас главные надежды на повышение КПД панелей связаны с использованием перовскита. Однако WSJ подчеркивает, что крупные энергетические компании выделяют на исследование солнечной энергетики очень скромные суммы — 1-2% всех расходов бюджета R&D.

Перераспределение энергии

В использовании солнечной энергии есть одна неустранимая проблема: панели отдают электричество днем. Не тогда, когда оно нужно больше всего. Либо не там, где это нужно. После того, как вы закрыли за счет солнечной энергии дневной пик потребления, каждая следующая установленная панель становится сама по себе бессмысленной.

Весь общественный транспорт Шэньчжэня стал электрическим

Традиционные энергосети десятилетиями доставляли электричество от электростанций к потребителям, и они плохо приспособлены к перераспределению генерации. Так, сейчас Калифорния обеспечивает за счет Солнца около 10% своих потребностей, а в самые ясные и жаркие дни штат уже вынужден платить соседям, чтобы те принимали из сетей «лишнее» электричество.

Самый очевидный выход — запасать энергию на уровне домохозяйств. Но аккумуляторы достаточной емкости дороги, а оснастить ими придется миллионы строений. По данным Министерства энергетики США, сейчас в аккумуляторных батареях по всей стране сохраняют лишь 1,7% вырабатываемого электричества. Лидирует здесь по-прежнему одна из самых старых и отработанных технологий — гидроаккумуляторы. Эксперты полагают, что быстрее и дешевле было бы модифицировать электросети. Но для такого масштабного проекта нужна политическая воля и экономические стимулы на миллиарды долларов.

Сопутствующие расходы

Любая затея крупнее домашней солнечной электростанции требует множества согласований, утвержденного проекта, схемы подключения и перераспределения энергии. По оценке Министерства энергетики, такие сопутствующие расходы могут превышать 60% стоимости проекта. Панели и другое «железо» — это лишь 35-40% стоимости. «Технологическое сообщество либо закрывает глаза на это, либо просто не понимает, что можно раздавать солнечные панели бесплатно, а сопуствующие расходы все равно останутся серьезной проблемой», — указывает партнер инвестфонда Spring Lane Capital Роб Дэй.

Источник