Солнечные панели энергия будущего

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

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

Будущее солнечной энергии. Оно солнечное?

Состояние солнечной промышленности на сегодняшний день, довольно сложное. Производители должны ориентироваться на международные тарифы и внезапное решение Китая о замедлении установок солнечных панелей, может привести к преизбытку на рынке, уже к концу 2018 года. Скорее всего, это приведет к кратковременному сокращению прибыли по всей отрасли и повышению важности технологического превосходства.

В конце концов, лучшая технология долгое время была ключевым отличием в солнечной промышленности, но она, как правило, основывалась на экономике. Но это может измениться — и раньше, чем многие думают. Ведущие производители солнечных элементов и солнечных панелей выпускают всё новые и новые улучшенные продукты в 2018 и будут выпускать в 2019-м, что обеспечит преимущество как в эффективности, так и в экономике. Те инвесторы, которые осмеливаются заглянуть за горизонт, могут увидеть солнечное будущее, подкрепленное материалами следующего поколения.

Курс на спад

Крупнейших достижений в области технологий получаются из-за новых материалов, которые лучше подходят для преобразования солнечного света в электричество. Сегодня все солнечные панели делаются либо на кристаллических кремниевые материалах (70% рынка), либо на тонкопленочных, такие как теллурид кадмия (28% рынка). (Остальные 2% были «неуточнены», но это всё равно, один из двух материалов.) Оба материала имеют преимущества и недостатки, которые обычно и диктуют их использование.

Например, ни одна компания не получает выше эффективности от кремниевых элементов, чем SunPower ( NASDAQ: SPWR ). Батареи X-серии, которые доступны сегодня, могут достигать максимум 21,5% эффективности, хотя в будущем, средняя эффективность не превысит 20%. Однако продукт будет использоваться только для нишевого использования. Более дешевые P-серии, имеют более широкие рыночные возможности и имеют эффективность 19% — это выше верхнего предела диапазона для кремниевых панелей массового рынка, который составляет около 17%.

Между тем, First Solar ( NASDAQ: FSLR ) является бесспорным лидером технологии тонкопленочных солнечных батарей. В то время как панели Premium Series 6 имеют около 17% эффективности, они компенсируют это меньшей себестоимостью, чем кремниевые панели. Это позволило лидирующему игроку продемонстрировать впечатляющую рентабельность в последние годы благодаря быстро развивающемуся солнечному рынку. Но, когда кремниевые пластины сравняются с ними по цене, куда двинется рынок, предсказать не удастся.

Кроме того, весь рынок солнечной энергии может быть захвачен, или, по крайней мере, перераспределён с помощью новых технологий.

1. Двухсторонние солнечные панели

Её нельзя назвать совсем новой, но это весьма эффективная технология. Учитывая простоту двухсторонних панелей и сокращение затрат, это позволяет не сбрасывать их со счёта в будущем. В некоторых оценках, при этой технологии, прогнозируется увеличение мощности на 25% и снижение затрат на выработку одного ватта энергии на 20%.

Канадская компания Solar (NASDAQ: CSIQ) считает, что ее первая коммерческая двухсторонняя панель может повысить эффективность с 18,3% до 23,8% при правильных условиях. Это может сделать менее эффективные панели компании более конкурентоспособными с панелями более высокой эффективности, например, с SunPower.

2. Перовскитовые материалы

В то время как тонкая пленка предлагает ценовые преимущества за счет эффективности, а кристаллический кремний предлагает большую эффективность для небольшой поверхности, новый класс материалов, называемых перовскитами, может в один прекрасный день обеспечить лучшее из этих решений. Несмотря на то, что в этой категории имеется много материалов, перовскиты обычно могут генерировать энергию из более широкого спектра спектра света, чем кремний. Другими словами, исследователи считают, что эффективность солнечной энергии на 30% является достижимой целью. Если они окажутся дешевыми и простыми в изготовлении, как ожидается, то солнечные элементы третьего поколения могут привести к значительному снижению стоимости солнечной энергии.

К сожалению, перовскитовые материалы все еще сложны в производстве даже в лабораторных условиях и не являются коммерческой реальностью. Остается одно серьезное препятствие: материалы ухудшаются относительно быстро. Это может привести к резким потерям мощности в течение короткого периода времени для солнечного модуля, тем самым сводя на нет, все другие преимущества. Однако есть способы обойти это, например, спаривание перовскитов с кремнием и страт-ап под названием Oxford PV недавно представил такую ​​тандемную ячейку с рейтингом эффективности 27,3%. Если он окажется успешным и коммерчески жизнеспособным при его запуске в 2019 году, то солнечная энергия третьего поколения может быть ближе к реальности, чем думают инвесторы.

3. Квантовый скачок для солнечной энергии.

Несмотря на то, что он попадает в группу третьего поколения, материалы из квантовых точек намного дальше от коммерциализации, чем перовскиты. Но материалы обещают действительно встряхнуть солнечную промышленность (и немало других). Зачем? Квантовые точки — наночастицы полупроводниковых материалов, а полупроводники — основа вычислительной техники и солнечных элементов. Но они маленькие. На самом деле маленькие — ​​измеряются только несколькими нанометрами в поперечнике или в тысячи раз меньше ширины человеческого волоса.

Однако эти нано-полупроводники достаточно малы, чтобы быть настроенными на соответствие солнечному спектру. Это означает, что солнечные элементы с квантовыми точками имеют теоретический предел эффективности в 70,4% по сравнению с максимальными 32% для кремниевых элементов.

В то время как новые конфигурации кремневых ячеек могут поднять существующий порог выше 32%, «предел» эффективности, квантовые точки предлагают одно уникальное преимущество: они могут генерировать электричество и ночью. Это связано с тем, что они могут быть настроены на инфракрасные длины волн в дополнение к видимым длинам волн света, хотя «ночная выработка» и не сможет приблизится к «дневной» по мощности. К сожалению, инвесторам, вероятно, придется ждать больше десятилетия, чтобы увидеть эти возможности на рынке, но это, безусловно, технология для наблюдения за будущим солнечной энергии.

Яркое будущее солнечной энергии

В 2017 году солнечная энергия составила 1,8% от всей выработанной в США. Это может показаться не таким большим достижением, но она очень быстро растет. За первые четыре месяца этого года возобновляемый источник энергии поставил на 32% больше электроэнергии для американских сетей по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. И этот тренд будет продолжаться, поскольку затраты снижаются, инвестиции растут, а технология улучшается.

Поэтому, в то время как недавняя торговая напряженность и внутренняя политика Китая окажут кратковременное влияние на рынок и выявят различия в технологиях между основными участниками рынка, замедление темпов будет временным для солнечного рынка в в долгосрочной перспективе. Кроме того, для солнечной энергетики, похоже, существует очень светлое будущее, благодаря некоторым значительным достижениям в области материаловедения.

Источник

Солнечная энергетика сегодня и перспективы её дальнейшего развития

Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.

На данный момент около 1% электроэнергии на Земле получается вследствие переработки солнечного излучения. Так почему мы до сих пор не отказались от других «вредных» способов, и откажемся ли вообще? Предлагаем ознакомиться с нашей статьей и попытаться самостоятельно ответить на этот вопрос.

Как солнечная энергия преобразуется в электричество

Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.

Сам процесс носит название «Солнечная генерация». Наиболее эффективные пути его обеспечения следующие:

• фотовольтарика;
• гелиотермальная энергетика;
• солнечные аэростатные электростанции.

Рассмотрим каждый из них.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Подробнее можете почитать на Википедии: Фотовольтарический эффект

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в отдельной статье.

Современные солнечные панели и электростанции

Из недавних примеров можно отметить солнечные панели компании SistineSolar. Они могут иметь любой оттенок и текстуру в отличие от традиционных тёмно-синих панелей. А это значит, что ими можно «оформить» крышу дома так, как Вам заблагорассудится.

Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. Черепица Solar Roof содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.

В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.

Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае. Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:

• нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
• в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
• сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.

Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.

Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

• Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
• Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
• Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
• Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

В чём преимущества солнечной энергетики

• Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
• Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
• Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
• Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

Как развита солнечная энергетика в России

К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.

На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ. Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.

В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.

Так одной из крупнейших в нашей стране является Орская СЭС. Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).

Самой мощной сегодня является СЭС Перово, расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.

Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.

К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.

Таким образом, уже сегодня можно с уверенностью сказать, что солнечная энергетика способна в недалёкой перспективе выступить полноценной альтернативой традиционным способам получения электроэнергии. И даже в России эта отрасль хоть и медленно, но развивается.

О выходе новых статей рассказываем в соцсетях

Источник