Cititorul plictisitor va gândi cu siguranță. Cum produce mai puțin decât ceea ce este necesar pentru producție? Ei le pun - lucrează, nu cer cereale, 10 ani, 50 de ani, 100 de ani - ceea ce înseamnă că energia totală produsă este egală cu infinitul și ar trebui să fie profitabilă cu orice cost de construcție.
Cum rămâne cu adevărat, care sunt abordările la energia solară, care limitează eficiența celulelor solare, unele idei geniale au fost deja puse în aplicare și de ce energia solară este într-un fel nu lua în mod activ peste tot în lume - sub tăiat.
Câtă energie obținem de la soare?
Pentru fiecare metru pătrat al soarelui se află 1367 de energie (constanta solară). Pământ prin atmosferă - aproximativ 1020 wați (la ecuator) vine. Dacă avem o eficiență a unei celule solare de 16% - apoi de la un metru pătrat putem obține cel mult 163,2 wați electricitate. Dar, la urma urmei, avem vremea, soarele nu este în zenit, uneori există o noapte (de durată diferită) - cum puteți calcula toate acestea?
anual Insolația toate acestea în considerare, inclusiv tipul de instalare a panourilor solare (paralelă cu solul, la un unghi optim, de urmărire a soarelui) și ne permite să știu cât de mult de energie electrică poate fi elaborat pentru un an, în medie (în kWh / m 2 cu excepția Eficiența bateriei solare):
Oraș / tip de instalare
La unghiul optim
Privind la soare
Ie vedem că, dacă luăm 1 km 2 panouri solare, setați unghiul optim de la Moscova (40,0 °), atunci anul va fi capabil să lucreze în 1173 * 0,16 = 187,6 GWh. La un preț de 3 ruble pe kWh, costul condițional al energiei generate va fi de 561 milioane de ruble. De ce condițional - vom afla mai jos.
Abordări de bază pentru obținerea energiei de la soare
Căldură solară și energie electrică Câmpul imens al oglinzilor rotite reflectă soarele asupra colectorului solar, unde căldura este transformată în electricitate de motorul Stirling. sau prin încălzirea apei și apoi a turbinelor cu abur convenționale atât la centrala de cogenerare. Eficiență - 20-30%.
Există, de asemenea, o variantă cu o oglindă parabolică liniară (trebuie doar să se rotească în jurul unei axe):
Care este prețul emisiunii? Dacă vă uitați la centrala din Ivanpah (392 MW) în care Google a investit indirect - costul construcției a fost de 2,2 miliarde de dolari sau de 5,612 dolari pe kW de capacitate instalată. În Wikipedia, chiar și în mod fericit a scris că este mai scump decât centralele pe bază de cărbune, dar se presupune că sunt mai ieftine decât cele nucleare.
Acest lucru aduce "costul mediu" al construcției la 17871 $ / kW, ceea ce nu este doar scump, ci fantastic de scump. Este mai scump să produci electricitate numai în spațiul cosmic. Centralele convenționale pe gaze costă 500-1000 USD / kW, adică în 18-36 de ori mai ieftin. și ei întotdeauna lucrează, nu ca norocos.
Și ultimul lucru - costul de construcție nu include bateriile, în general. Dacă adăugați baterii (în jur de acestea) sau construirea unei centrale de stocare cu pompă - costul va ieși prin acoperiș.
Centralele termoelectrice au capacitatea de a genera energie electrică în permanență, folosind un volum mare de căldură încălzită pe zi. Există și astfel de posturi, dar ei încearcă să nu scrie costul, aparent nu pentru a speria pe nimeni.
Eficiența celulelor solare de siliciu este de aproximativ 16%. De ce atât de puțin?
Formarea unei perechi de electroni cu gauri necesita o anumita energie, nu mai mult si nici mai putin. Dacă un foton sosește cu mai puțină energie decât este necesar - că nu se poate determina generarea unei perechi, și trece prin siliciu, fie prin sticla (deoarece siliciu este transparent la lumina infrarosie pe 1.2mkm). Dacă o cantitate de lumină ajunge cu o energie mai mare decât este necesară (lumină verde și mai scurtă) - perechea este generată, dar excesul de energie este pierdut. În cazul în care energia este chiar mai mare (lumina albastra si ultraviolete) - cuantic nu poate pur și simplu să aibă timp pentru a ajunge la adâncimea de p-n intersecție.
Creste eficienta de peste 16% la fotocelulele pot combina mai multe fotocelule diferite (pe baza altor semiconductori, și respectiv cu o altă energie necesară pentru generarea de perechi electron-gol) - stabilit inițial una care absoarbe în mod eficient lumina albastră și verde, roșu și IR - ratărilor , apoi verde, iar la sfârșitul roșu și IR. Este vorba despre astfel de elemente în trei etape care înregistrează rate de eficiență de 44% și mai mari.
Din păcate, celulele solare 3 etape sunt foarte scumpe, iar acum minge este condusă de obicei celule ieftine cu un singur siliciu solar - aceasta se datorează prețurilor foarte mici care primesc înainte în termeni de wați / $, costul per watt de celule solare de siliciu cu introducerea de întreprinderi gigantice în China a scăzut până la
0,5 $ / Watt (adică pentru 500 de dolari poți cumpăra celule solare la 1000 de wați).
Principalele tipuri de elemente de siliciu sunt monocristaline (eficiență mai scumpă, puțin mai ridicată) și policristalină (producție mai ieftină, cu 1% mai puțină eficiență). Sunt panouri solare policristaline, care oferă acum cel mai mic cost de 1 Watt de energie generată.
Dintre problemele - panourile solare nu sunt eterne. Chiar dacă nu luăm în considerare praful și murdăria (sperăm pentru ploaie și vânt), datorită fotodegradării peste 20 de ani de funcționare, cele mai bune elemente de siliciu pierd
15% din putere. Poate că degradarea ulterioară încetinește, dar trebuie încă luată în considerare.
Să mergem acum la principalele încercări de creștere a eficienței economice:
Și să ia o mică celulă solară de înaltă performanță și o oglindă parabolică Aceasta se numește fotovoltaică concentrat. Ideea, în principiu, nu-i rău - oglinda este mai ieftin decât celule solare, iar randamentul poate fi de 40% în loc de 16. Singura problemă este că acum trebuie să mecanic (fiabile) pentru urmărirea soarelui, iar placa noastră uriașă de rotație ar trebui să fie suficient de puternic, pentru a rezista rafalelor vântului. O altă problemă - atunci când soarele se duce în spatele norilor nu sunt prea groase - generarea de energie electrică scade la zero, pentru că oglindă parabolică se poate concentra lumina împrăștiată (generare solare convenționale cad cu siguranță, dar nu la 0).
Odată cu scăderea prețului celulelor solare de siliciu, această abordare sa dovedit a fi prea scumpă (atât la costul de instalare, cât și la întreținere)
Și să facem celulele solare rotunde, să le punem pe acoperiș și să vopsim albul acoperișului. Asta a fost făcută de compania infailibilă Solyndra. cu depunerea lui Barack Obama a primit o garanție de stat pentru un împrumut de 535 milioane dolari de la Departamentul de Energie al SUA. și a declarat brusc faliment. Panourile solare rotunde au fost realizate prin pulverizarea unui strat de semiconductor (în cazul lor, de indiu de cupru galiu (di) selenid) pe tuburi de sticlă. Eficiența celulelor solare sa dovedit a fi de 8,5% (da, s-au dovedit mai rău decât cele simple și ieftine de siliciu).
Un exemplu viu despre modul în care capitalismul american, prin lobby-ul potrivit, este capabil, prin inerție, să pompeze resurse uriașe în tehnologii fundamental ineficiente. Nimeni nu a fost pus pe rezultatele lucrării.
Lingura pentru cină
Acum, după această revoltă de îmbunătățire continuă a tehnologiei, deschidem o pagină tristă de istorie. Centralele solare generează energie electrică în fiecare zi și sunt cele mai necesare în seara:
Deci, dacă ne obligă să cumpere energie electrică de la centralele electrice solare la prețul obișnuit atunci când acestea au generat - redistribuim de fapt, veniturile din capacitatea existentă de generare clasice, care sunt obligați să o zi să stea în rezervă în favoarea energiei solare.
Există, de asemenea, o opțiune interesantă - dacă în seara de vârf a consumului - undeva pe pământ, la înălțimea zilei. Poate să construiască o centrală solară acolo și să transmită energia electrică printr-o linie electrică? Acest lucru este posibil, dar necesită transferul de energie pe distanțe de aproximativ 5-8 mii km, ceea ce necesită, de asemenea, cheltuieli imense de capital (cel puțin până la trecerea la supraconductori) și aprobări cu o grămadă de țări. Aproximativ în această direcție, proiectul Desertec se dezvoltă - generație în Africa, transmisă în Europa.
Baterii
Deci, bateria solară de 1W costă 0,5 $. Pentru o zi va genera 8W * h electricitate (pentru 8 ore de soare). Cum putem economisi această energie până în seara, când va fi cea mai mare nevoie?
Cele mai ieftine - de acid plumb (care, desigur, nu este „verde“), prețul său en-gros - $ 0,08 pe Wh, respectiv, pentru a menține producția de zi cu zi avem nevoie de baterii de la $ 0.64, care din nou, mai mult decât costul de ei înșiși panourile solare. Bateriile din plumb, de asemenea, mor rapid, 3-6 ani de serviciu în acest mod. Ei bine, pentru desert - eficiența bateriilor cu plumb - 75% (adică un sfert din energia se pierde în ciclul de încărcare-descărcare).
Există, de asemenea, o variantă cu o putere de stocare (zile - pompa de apă „în sus“, pompa de timp de noapte - lucru ca hidroelectrică convențional) - dar construcția lor este, de asemenea, costisitoare, și nu întotdeauna posibil (PAC - 90%).
Datorită faptului că bateriile sunt mai scumpe decât centralele solare, acestea nu sunt prevăzute în centrale electrice mari, care vând electricitate rețelei de distribuție de îndată ce acestea sunt generate, numărând noaptea și seara pentru centralele electrice convenționale.
Care este prețul corect al generației nereglementate de energie solară?
Luați, de exemplu, Germania, ca lider în dezvoltarea energiei solare. Fiecare kW generat de centralele solare este răscumpărat de 12.08-17.45 eurocenți pe kWh, indiferent de ce generează în consumul minim pe zi. Tot ce realizează este economisirea gazului rusesc. Centralele cu gaze ar trebui să fie încă construite și să fie în rezervă caldă (și toate celelalte costuri rămân neschimbate - salarii, împrumuturi, întreținere).
Din punct de vedere economic, ar fi corect dacă centralele solare au primit exact acelea pe care le permit să economisească combustibilul pe centralele de gaz.
Să presupunem că valoarea gazelor rusești - 450 dolari pe mia de metri 3. Acest volum se poate dezvolta 39000 GJ ≈10.8 * 0,4 GWh ≈ 4.32 energie electrică (randamentul energetic la 40%) GWh, respectiv, pentru 1 kWh de electricitate ne solare. salva gazul rusesc de la $ 0,104 = 7,87 eurocenți. Că o astfel ar trebui să fie valoarea justă a energiei solare nereglementată, și se pare că Germania este treptat la această cifră, dar la energia solară moment, în Germania sunt 50% subvenționate.
Panourile solare policristaline dau cele mai ieftine electricități solare, aproximativ 0,5 $ / Watt, celelalte metode fiind mult mai scumpe.
Problema energiei solare nu este în eficiența celulelor solare, nu în EROEI (este într-adevăr teoretic infinită) și nu în prețul lor - ci în faptul că energia generată este foarte costisitoare de depozitat până seara. Ie Problema principală sunt bateriile, care sunt acum mai scumpe decât panourile solare și au o durată scurtă de viață (3-6 ani).
În momentul de față, o energie solară la scară largă fără baterii pot fi vizualizate doar ca o modalitate de a salva zi o mică parte din combustibili fosili, aceasta nu poate, în principiu, pentru a reduce numărul de plante necesare clasice de energie (gaz, cărbune, energie nucleară, hidro) - acestea ar trebui să fie încă ținuți în rezervă, în după-amiaza, și complet să ia povara în vârful consumului de seară.
În cazul în care, în viitor, cu ajutorul ratelor (violente) putem schimba consumul de vârf pentru o zi - construirea de centrale electrice solare va câștiga o mulțime de sens (de exemplu, în cazul în care ratele vor fi cele care vor beneficia de includerea aluminiului producerea de hidrogen electrolitic și numai în după-amiaza).
Costul generării solare "nereglementate" nu poate fi comparat cu costul generării la centralele electrice clasice - ele generează atunci când funcționează, nu când este nevoie. Valoarea justă a energiei solare nereglementată ar trebui să fie egală cu economisirea combustibililor fosili, și nu mai mult - de la 450 $ valoare pentru gaz corectă a energiei solare care nu depășește $ 0,1 la 1 kW * h (respectiv, puterea solară germană la subvenționat
Energia solară "onestă" (cu acumulatori) poate fi justificată din punct de vedere economic numai în zone îndepărtate în care nu există posibilitatea de a se conecta la rețea (de exemplu, în cazul unei stații de bază mobilă la distanță).
Cea mai mare problemă a energiei solare este că combustibilii fosili sunt prea ieftini pentru ca generația solară să fie justificată din punct de vedere economic.
Actualizare: Pentru studii suplimentare este posibil să se recomande un articol despre problemele industriei energetice germane în legătură cu generarea de energie solară și eoliană. Există programe frumoase de producție și, în general, recomand să citiți alte articole Already_Yet.
Trimiteți-le prietenilor: