Солнечная энергетика — это одна из тех сфер, где благие намерения человечества почти всегда опережают технические возможности и экономические реалии. Создатель первой солнечной панели, американский изобретатель Чарльз Фриттс, ещё в 1881 году предсказывал, что уже совсем скоро обычные электростанции будут заменены на солнечные. И это несмотря на то, что созданная им установка имела КПД всего 1%, то есть именно столько солнечного света превращалось в электричество. Спустя 140 лет мечта Чарльза Фриттса так и не сбылась: гелиоэнергетика всё ещё борется за место под солнцем с ветряными
Казалось бы, придумав солнечную энергетику, мы протянули невидимый провод к самому мощному реактору в нашей планетной системе, который не погаснет как минимум ещё пять миллиардов лет (а там подумаем). Но человечеству понадобился ещё почти век, чтобы увеличить эффективность солнечной панели всего на пять процентных пунктов — это случилось, когда учёные из Bell Labs создали более мощную батарею в 1954 году.
Тем не менее прогресс в гелиоэнергетике в последние годы был внушительным. В неё инвестируют больше, чем в какой-либо другой возобновляемый источник энергии (ВИЭ). При этом средняя стоимость «солнечного электричества» с 2010 года снизилась с $0,371 до $0,085 за кВт·ч.
В последние годы инвестиции в солнечную энергетику стагнируют. Источник: International Renewable Energy Agency (IRENA), Frankfurt School-UNEP Centre/BNEF
И всё же солнечная электроэнергетика пока не завоевала мир. Даже Германия, которая за первое полугодие 2019 года выработала на ВИЭ больше энергии, чем на угле и атоме, не спешит расставаться с мощностями на буром угле. К 2030 году планируется сократить их с текущих 45 ГВт до 37 ГВт. При этом во многом экономический успех солнечной энергетики по-прежнему обеспечивается налоговой политикой и субсидиями. Этим объясняется один парадокс: оптовые цены на электроэнергию в ФРГ одни из самых низких в Европе, а конечные — одни из самых высоких.
Почему солнечной электроэнергетике всё ещё нужны «финансовые костыли»? Причины такие:
- солнечная энергия остаётся не самой эффективной — коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), то есть отношение фактически выработанной энергии к проектной, установленной производителем для солнечных панелей, составляет 13-18% зимой и 30-35% летом, что является самым низким значением среди других ВИЭ, а также газа и угля;
- отсюда и более высокая стоимость солнечной энергии — в среднем по миру она составляет $0,085 за кВт·ч, тогда как в биоэнергетике — $0,062, у геотермальных источников — $0,072, гидроэлектростанций — $0,047; дороже только ближайший конкурент — ветряные установки вдали от моря с показателем $0,127, хотя морские прибрежные дают энергию по $0,056 за кВт·ч;
- нестабильность поступления фотонов от светила заставляет использовать дополнительные приборы для накопления и распределения энергии (о варианте решения этой проблемы мы, кстати, рассказывали);
- для солнечной энергосистемы нужно много места, будь то огромная станция в поле (а земля вблизи городов дорогая) или домашняя электроустановка, к которой надо не только подключить инвертор и аккумулятор, но и обеспечить доступ для техобслуживания.
Чтобы решить эти проблемы, нужно сделать солнечные панели более дешёвыми, эффективными и — в прямом смысле этого слова — гибкими.
Кремниевый диктат
Солнечные панели состоят из материала, который хорошо улавливает энергию света. Обычно этот материал зажат между металлическими пластинами, которые переносят захваченную энергию далее по цепи. В той самой солнечной панели 1954 года выпуска за авторством инженеров Bell Labs главную роль играл кремний. Он же со многими модификациями и по сей день господствует в производстве фотоэлементов для солнечных батарей, составляя основу 95% панелей.
За полвека человечество разработало несколько типов кремниевых солнечных батарей. Самую большую долю мирового рынка занимают поликристаллические кремниевые панели. Пользуются спросом они благодаря относительной доступности, которая обусловлена более дешёвой технологией производства. Но и КПД у таких панелей ниже, чем у аналогов (14-17%, максимум — 22%). Более дорогой, но и более эффективный вариант — монокристаллические кремниевые панели. Их КПД составляет порядка 22% (максимум — 27%).
Какие технологии производства солнечных панелей господствуют в мире. Как видим, по большей части производятся поликристаллические солнечные модули (61%), в меньшей степени — моно- (32%), и совсем немного тонкопленочных (аморфных) — 5%. Источник: Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems; PSE Conferences & Consulting GmbH
Несмотря на прогресс в экономике и технике солнечных панелей, их стоимость остаётся высокой. К ней нужно прибавлять и расходы на создание собственно энергетической установки (контроллер, инвертор, аккумулятор), без которой батарея не работает. В разных странах эти величины колеблются, но доля расходов, собственно, на фотоэлектрический блок всё равно высока.
Из чего складывается стоимость «солнечного киловатта» в разных странах? Как видно, в странах-лидерах внедрения гелиоэнергетики от трети до почти половины расходов — это стоимость модуля. Источник: International Renewable Energy Agency (IRENA)
Не кремнием единым
В попытке разработать более эффективные панели были созданы тонкоплёночные (аморфные) модули. Их суть проста: улавливающий свет материал наносится очень тонким слоем на плёнку, благодаря чему панель становится более лёгкой и гибкой, а её производство требует меньше материалов.
Правда, КПД у них намного меньше, чем у собратьев по солнечному цеху — 6-8% для кремниевых вариантов. Тем не менее, по себестоимости тонкоплёночные солнечные элементы выигрывают, потому что для них требуется слой светоулавливающего вещества шириной всего от 2 до 8 мкм, что составляет всего около 1% от того, что используется в обычных кристаллических модулях.
Но тонкоплёночные панели не идеальны: из-за малого КПД они требуют примерно в 2,5 раза больше площади для размещения. Это подвигло учёных дальше искать более эффективный материал, который, с одной стороны, подойдёт для плёночной технологии, а с другой — будет эффективнее. Так появились панели, в основу которых положены более экзотичные соединения: теллурид кадмия (CdTe) и селенид индия-меди-галлия (CIGS). Эти элементы имеют больший КПД — в первом случае показатель достигает 22%, а во втором — 21%. Такие системы меньше теряют эффективность при повышении температуры и лучше работают при плохой освещённости. Однако их стоимость выше кремниевых аналогов ввиду редкости используемых материалов. Некоторые учёные вовсе считают, что такие панели никогда не будут преобладать на рынке, потому что для них не хватит природных ресурсов. Поэтому такой тип солнечных батарей стал нишевым товаром, подходящим для специфических целей узкого круга потребителей. Чаще всего тонкоплёночные панели используют потребители с большим запасом места: производственные предприятия, офисные здания, университеты и научные центры, большие многоквартирные дома (с просторной крышей), а также, собственно, солнечные фермы — большие электростанции. Эффект масштаба и относительная простота установки более прочных и лёгких тонкоплёночных панелей помогает нивелировать их сравнительно более низкую (по сравнению кристаллическим кремнием) эффективность. Между тем поиски идеального «ловца» фотонов продолжаются.
Привет от русского графа
Кандидатом на роль возможного спасителя гелиоэнергетики может стать материал под названием перовскит. Первый из таких — титанат кальция — в 1839 году отыскал во глубине уральских руд немец Густав Розе и назвал его именем русского коллекционера горных пород графа Л. А. Перовского, поэтому с тех пор иногда именуется «русским минералом».
Сегодня, когда говорят о перовските, чаще всего имеют в виду целый класс веществ, которые имеют одинаковую трёхчастную кристаллическую структуру, впервые выявленную у титаната кальция. Хотя в чистом виде такие вещества редко встречаются в природе, их легко получить из массы других соединений, а кристаллы перовскитов можно выращивать искусственно. Каждая часть структуры перовскита может быть изготовлена из различных элементов, что даёт очень широкий диапазон возможных составов «ловца фотонов», включающих свинец, барий, лантан и другие элементы. Так, уже установлено, что соединение перовскита с некоторыми щелочными металлами позволяет создать солнечный фотоэлемент с КПД до 22%, а теоретическая мощность соединений на основе перовскита достигает 31%.
Однако работать с перовскитом не так просто, и мы в Toshiba в этом убедились. После нанесения на плёнку перовскит кристаллизуется очень быстро, из-за чего трудно создать ровный слой на большой площади. Между тем, в этом и заключается главная задача при создании солнечного элемента: достичь как можно большей площади поверхности с сохранением при этом высокой эффективности преобразования энергии.
В июне 2018 года Toshiba изготовила тонкоплёночный солнечный элемент на основе перовскита с самой большой площадью поверхности и при этом самой высокой в мире эффективностью преобразования энергии. Как это удалось сделать?
Мы разделили ингредиенты, необходимые для образования перовскита (раствор йодида свинца — PbI?, метиламмонийгидройодид — MAI). Сначала мы покрыли подложку раствором PbI?, а затем раствором MAI. Благодаря этому мы смогли отрегулировать скорость роста кристаллов на плёнке, что дало возможность создать ровный и тонкий слой большой площади.
Технология производства солнечного модуля на основе перовскита. По сути, мы создаем «чернила» из составных элементов перовскита и «размазываем» их по подложке. Источник: Toshiba
Экономика перовскита
Хотя о конкретных экономических показателях применения перовскита говорить рано, так как широкое практическое использование этого материала в солнечных батареях прогнозируется после 2025 года, у «русского минерала» есть предпосылки большого и успешного будущего. По прогнозам экспертов Национальной лаборатории возобновляемой энергии США (National Renewable Energy Laboratory, NREL), производство перовскитовых панелей будет в десять раз дешевле, чем у кремниевых аналогов. Не в последнюю очередь потому, для изготовления господствующих ныне кремниевых солнечных элементов требуется обработка материала при температуре более 1 400 градусов и, соответственно, сложное оборудование. С перовскитами, между тем, можно управиться в жидком растворе при температуре 100 градусов на несложном оборудовании (как в нашем эксперименте).
Созданный нами модуль на основе перовскита имеет площадь 703 кв. см. А полученная нами эффективность преобразования энергии достигла 12%. Источник: Toshiba
Есть ещё два преимущества фотоэлементов на перовските — гибкость и прозрачность. Благодаря им солнечные батареи из перовскита могут быть установлены в самых разных местах: на стенах, на крышах транспортных средств и зданий, на окнах и даже на одежде.
Регулируя толщину слоя перовскита, можно контролировать прозрачность солнечных элементов на основе этого материала. К примеру, его можно использовать в покрытии теплиц: нужное количество фотонов будут получать растения, а часть из них — электросеть фермерского хозяйства. Эксперименты по определению разумного соотношения, потребляемого растениями и панелями света, уже проводятся у нас в Японии.
Ещё одна возможная сфера применений — оснащение электрокаров солнечными панелями на основе перовскита. Пока мы находимся в самом начале этого пути, но уже есть первые наработки. Так, учёные из Западного резервного университета Кейза (шт. Огайо, США) экспериментировали с использованием небольших солнечных батарей на основе перовскита для подзарядки аккумуляторов электромобилей. Они подключили четыре солнечных элемента на основе перовскита к литиевым батареям. При подключении для зарядки небольших литий-ионных батарей размером с монету команда учёных достигла эффективности преобразования в 7,8%, что в два раза меньше, чем у обычных тонкоплёночных солнечных батарей.
Не исключено также, что в скором времени ленты из перовскитовых солнечных панелей украсят вашу рубашку или пиджак. Известно уже о нанесении перовскита на полиуретановую подложку, КПД которой в поглощении солнца достигло 5,72%.
А в России пошли ещё дальше в экспериментах с перовскитом. Как оказалось, этот материал может быть хорошим излучателем и подходит для генерации света. Учёные из Московского института стали и сплавов (МИСиС) и Санкт-Петербургского университета информационных технологий механики и оптики разработали солнечный элемент на основе перовскита, который одновременно может работать как батарея и как светодиод. В основу положен галогенидный перовскит. Для переключения функций достаточно изменять подаваемое на прибор напряжение: при уровне до 1,0 В прототип работает как солнечный элемент, а если подать более 2,0 В — включается режим светодиода. В перспективе учёные могут разработать стекольные плёнки, которые в дневное время будут вырабатывать энергию, а в тёмное время суток излучать свет. При этом максимальная толщина плёнки не превысит 3 мкм, что позволит сохранить прозрачность стекла. То есть, темно не будет.
Практически по всем параметрам перовскит превосходит конкурентов, включая среднюю себестоимость электроэнергии на всем протяжении жизни солнечной батареи из заданного материала (Levelised Cost of Energy, LCOE). Сложности возможны только с утилизацией отживших панелей ввиду токсичности перовскитовых соединений. Источник: Group for Molecular Engineering of Functional Materials (GMF), Швейцария
Эффект масштаба
Итак, перовскит может помочь продвижению гелиоэнергетики не только за счёт своей экономической доступности, но и в силу намного более широкой области применения: помимо промышленности, городского и сельского хозяйства, панели на основе перовскита могут использоваться даже в быту, в частности в производстве автомобилей, мелкой электроники, бытовой техники и даже одежды. А чем более широкий спектр применения, тем выше ёмкость рынка, что привлечёт новых инвесторов и снижение стоимости солнечного электричества.
Комментарии (94)
Oxoron
23.09.2019 16:03+1Вопрос от нуба: почему в статьях про солнечную энергетику используются такие странные цифры (КПД, КИУМ)? Для конечного потребителя по факту важно количество энергии производимое квадратным метром поверхности за день (с учетом погоды\сезона), и цена вопроса.
JustDont
23.09.2019 16:10+1Потому, что если дать реально значимые цифры для конечного потребителя — хайпа не будет.
Javian
23.09.2019 16:20Принципиально ничего нового не будет. Причина ограничивающая ЭДС фотоэлемента -соотношение постоянной Планка к заряду электрона. Так сказать обстоятельства непреодолимой силы.
Nilpferd
23.09.2019 16:32+1Ну количество энергии за день на кв.метр — мощность солнечного излучения у поверхности Земли на 1 кв. метр(1..3 КВт на кв.метр) умножить на КПД умножить на время работы, не? Все данные даны(ну кроме мощности, но это гуглится легко). Стоимость 1 КВт*час тоже вроде дана, умножайте на мощность установки и получайте цену вопроса. Все данные естественно усреднены, но конкретные цифры только под конкретную ситуацию ведь можно подсчитать.
opaopa
23.09.2019 21:41все значительно хуже
Обратите внимание на строку «допустимо использовать»: если превысить нормы на большой площади, можно схватить нарушение энергобаланса атмосферы, что может выразиться в постоянных дождях, особокрупном граде и т.п.
saboteur_kiev
23.09.2019 23:37Таких мест наверное немного, но если строить в горах, где облачность и атмосфера меньше?
Zel
23.09.2019 23:59там ветра больше и снега чаще + потери на передачу больше. Ведь в горах нафига электроэнергия? Она нужна в селениях.
Плюс, для больших высот свои особенности при изготовлении. Но КПД таких панелей можно поднять до 31%. Правда, и расходы повысятся. Так что массовыми такие панели явно не станут
0serg
24.09.2019 00:12Обратите внимание на строку «допустимо использовать»: если превысить нормы на большой площади, можно схватить нарушение энергобаланса атмосферы
Ммм что-то странное тут написано. Из диаграммы следует что более 80% излучения дошедшего до поверхности поглощается поверхностью планеты. С тем же успехом эти 80% могут поглощаться солнечными батареями.saboteur_kiev
24.09.2019 13:34Земля не просто поглощает в никуда. Она прогревается. В земле вода, она испаряется, и жизнь — растения, насекомые, Животные — если они замерзнут, земля «облысеет», превратится в тундру, а затем пустыню.
НО да, тут оперировать цифрами надо только после исследований. IMHO разнести солнечные панели на чуть большее расстояние — не должно быть проблемой.0serg
24.09.2019 13:40Солнечные панели тоже прогреваются. Они по существу передают ~10% полученного тепла в другое место. Недавно была статья о том что солнечная энергетика хорошо сочетается с выращиванием тенелюбивых культур в жарких странах.
saboteur_kiev
24.09.2019 17:47Но внутри солнечных панелей не живут растения, насекомые и микроорганизмы. Следовательно все, что поглощают солнечные панели, переходит в электричество, но в этом месте тепла будет меньше.
Как бы логично, что в жарких странах растения, которые любят холодок, могут жить возле солнечных панелей. Вопрос в том, насколько плотно их застроить.0serg
24.09.2019 18:12Не всё тепло. Только 5-30% в зависимости от КПД панели. Остальное тепло переизлучается панелью и уходит во все тот же нагрев земли. Панель может даже увеличивать нагрев, отражая меньше света чем поверхность над которой она расположена.
Nilpferd
24.09.2019 09:49если превысить нормы на большой площади
Я думаю, тут все же имеется в виду — какую долю солнечной энергии можно использовать, чтобы не нарушить тепловой баланс всей планеты. Соответственно, «допустимо использовать» — это цифры для случая, когда площади с солнечными элементами сопоставимы с площадью поверхности планеты. Человечеству до таких масштабов пока далеко.Javian
24.09.2019 09:57Человечество кроме панелей, которые занимают небольшие площади, уничтожает леса, распахивает степи и организует искусственное орошение. Это всё влияет на нагрев поверхности, и как следствие на нагрев воздуха и движение воздушных масс.
Nilpferd
24.09.2019 10:05Безусловно влияет. Даже то, что я вдыхаю воздух одной температуры и с одним составом, а выдыхаю другой состав с другой температурой — уже влияет. Вопрос в степени влияния. Антропогенный фактор конечно недооценивать не стоит, но в данной ветке вопрос ведь стоит не в степени и характере влияния человечества на сложную систему под названием «планета Земля со всем её содержимым», а в использовании конкретно солнечного излучения для своих нужд.
UPD. Хотя сейчас на пальцах прикинул: годовое потребление человечества — порядка 200 ПВт·ч в год, т.е. средняя мощность потребления где-то 20 ГВт; мощность солнечного излучения — порядка 1Вт/кв.метр, поверхность Земли — 500 млн. кв км, то есть мощность получаемого излучения(с учетом того, что освещается половина планеты) — где-то 250 ГВт. То есть энергия потребляемая человечеством — порядка десятка процентов от мощности получаемой энергии от Солнца, что довольно существенно. Так что человечеству не так уж и далеко до таких масштабов.Javian
24.09.2019 10:17Как-то на всю планету мне всё равно и главное мне не заметно, что там в Амазонии. Мне заметно там, где я бывал лет 10-20 назад. В новостях иногда говорят, что потопы в Карпатах или Иркутске это следствие вырубки лесов. Но не говорят, когда это уже видно, но еще не приобрело резких и катастрофических изменений. В местных СМИ уже начинают активисты тему поднимать, а нынешним властям надо успеть сделать деньги и свалить до момента когда начнут спрашивать. Из таких мелких событий складывается изменение климата на всей планете.
Nilpferd
24.09.2019 10:23Я понимаю Вашу боль и печаль, но использовать её в качестве аргумента в ветке про солнечные панели? Зачем?
P.S. И не сочтите за грубость, но от человека, который увлекается космосом и всем, что связано с ним, странно слышать «как-то на всю планету мне всё равно»Javian
24.09.2019 11:19Это образно. Не от меня, а от «сборного» образа современника. Дом, работа, шашлыки. Вот и все интересы. Никакой планеты там нет.
У меня в разработке одна «космическая статья» давно лежит, и там тема поездки по историческим местам советской космонавтики., в осном фото с исторической справкой. Фото тогда, «10 лет назад, 5 лет назад, прошлым летом». И вот что ярко там проявляется — деградация окружающей среды где эти объекты находятся. Вот пару фоток с тех поездок для оценки масштаба катастрофы и коррумпированности местных чиновников (при детальном изучении местной темы там аховые факты, хоть бери автомат и их всех к стенке). habr.com/ru/post/409053/#comment_18501687excentrisitet
24.09.2019 13:02Это образно. Не от меня, а от «сборного» образа современника. Дом, работа, шашлыки. Вот и все интересы. Никакой планеты там нет.
В том-то и проблема. Этот сборный обыватель мандаринки на новый год покупает? Свежие овощи зимой кушает? Гаджеты хотя бы раз в пятилетку обновляет? А одежду/обувь хотя бы раз в два года? (И это беру жителя города весьма консервативно. В глубинке может и ещё меньше запросы/возможности.) Всё это продукты глобальной экономики, когда блага доставляются из-за тридявять земель. Так что хочется-не_хочется, а узел планетарный связан так, что не развяжешь.
Хотя тем, кто оставляет после себя срач на той же полянке, куда они и в следующий раз на шашлычки придут — это не объяснить.
ДисклеймерЭто я не про вас конкретно, если что. Просто мысли вслух.Javian
24.09.2019 15:12Про этих ребят на полянке и речь. Они даже не могут связать то что они оставят на полянке с вопросом куда они поедут в следующий раз и почему.
pulsatrix
24.09.2019 12:57мощность солнечного излучения — порядка 1Вт/кв.метр
На три порядка больше — 1,367 КВт/м2
500 млн. кв км, то есть мощность получаемого излучения(с учетом того, что освещается половина планеты) — где-то 250 ГВт.
Даже при одном ватте на кв. м. — (500 * 10^6 * 10^6 * 1Вт/м^2 )/2 = 250 000 ГВт.
0serg
24.09.2019 13:11мощность получаемого излучения(с учетом того, что освещается половина планеты)
Мощность получаемого излучения — это 1.3 кВт/м2 на площадь сечения планеты (120 млн км2), т.е. примерно 160 петаватт, из которых до поверхности доходит примерно 80 ПВт. Это примерно в 240 тысяч раз больше Вашей оценки.Nilpferd
24.09.2019 13:17Ну во-первых, 80 ПВт — это не в 240 тысяч раз больше моей оценки(250 ГВт), а в 320. (1ПВт — 10^12Вт, 1ГВт — 10^9Вт), а во-вторых, в комментарии выше, я уже написал, что обнаружил ошибку, когда вместо 1КВт/м2 взял 1Вт/м2.
UPD. Пардон, 1 ПВт — 10^15Вт, действительно 6 порядков получается.
Oval
23.09.2019 17:04Ну потому, что максимальная мощность которую надо пропустить это важный параметр прилегающей сети
Bedal
24.09.2019 01:35вот эти самые страшные аббревиатуры как раз и говорят о цене вопроса — без шелухи дотаций.
Norsat
23.09.2019 16:56Так теоретически реально полностью на солнечное перейти? Все-таки целый киловатт на 1 кв. метр на экваторе. Сделать Африку солнечной супердержавой.
prototip_iv
23.09.2019 18:22+1Нет. Во-первых "доставка" до потребителя, во-вторых ночь.
Bedal
24.09.2019 01:37доставка и во-вторых и даже в-третьих. Суперстанция в Мали на этом и обломилась, что строить линии через Средиземное море никто не захотел — при всей приверженности Европы вроде бы халявному источнику.
А ведь станцию (часть первой очереди) даже построили…leanu
24.09.2019 12:52Интересно, нет ли любителей майнинга криптовалют, чтобы вложится в такой источник энергии? Проще видюхи везти туда, чем энергию оттуда. Но там еще местных придется напрячь с чисткой панелей, там же песок не даст спокойной жизни.
Bedal
24.09.2019 13:18думаю, что линии связи и маршрутизация для вычислительного кластера с потреблением во многие гигаватты станет не дешевле.
vt1980
25.09.2019 11:26Не забывайте про кпд. киловатт не получится.
А для Африки разработаны более эффективные зеркальные системы с кпд до 45%. Есть даже работающие ночью за счёт накопленной тепловой энергии за день.
spballiance
23.09.2019 18:00+1квадратный метр глупая характеристика в трехмерном пространстве. мерить нужно кубами занятого пространства. К примеру, 1 квадрат панели занимает все пространство над собой(100км вверх), а другая генерация нет: над машинным залом турбин вполне есть несколько этажей помещений разного характера.
prototip_iv
23.09.2019 18:26Ну на 100 км вверх строить ещн не научились, а офисы над машинным залом турбин идея не очень, вибрации, шум, электромагнитная обстановка...
0serg
23.09.2019 18:421 квадрат панели на крыше оставляет сколько угодно пространства под собой
spballiance
23.09.2019 20:22+1Ну так проведите следующий расчёт: какая площадь помещений будет автономно снабжаться под этими панелями? Мир резко станет одноэтажным...
0serg
23.09.2019 20:42Не вижу ничего плохого в одноэтажном мире :).
Практику строительства электростанций под многоэтажными зданиями я тоже не наблюдаю :)spballiance
23.09.2019 21:58+1Потому что генерация настолько велика, что хватает на тысячи многоэтажек рядом и нет нужны строить до границы космоса
0serg
24.09.2019 00:21ТЭЦ от которой запитан мой дом дает электричества как примерно 100.000.000 м2 солнечных панелей на широте Москвы. Это кусок земли 10x10 км, что конечно в 200 раз больше чем та площадь которую занимает ТЭЦ, но строительства до границы космоса тоже явно не требует. Фактически эти 100 км2 примерно равны размерам территории которую данная ТЭЦ обслуживает.
grewishka
24.09.2019 08:35Тогда надо еще посчитать величину размера угольного разреза и сопутствующей инфраструктуры.
Dolios
24.09.2019 11:11+1- ТЭЦ на газе все уже давно.
- Площади мощностей по производству панелей и добыче ископаемых для них будем считать? :)
grewishka
24.09.2019 13:04Не будем, они ведь топлива не требуют, а то придется считать площадь фабрик по производству котлов и труб и производство панелей гарантированно тут выиграет.
Dolios
24.09.2019 13:14Не будете, потому что это ерунда полная. Важно, что EROEI солнечной энергетики болтается в районе 1. Это, по факту, сейчас не производство энергии, а ее перераспределение. По этому показателю вообще гидроэнергетика и ветряки рулят.
0serg
24.09.2019 13:52EROEI у солнечных панелей в районе 4 находится — и это в предположении достаточно короткого срока жизни панелей.
Dolios
25.09.2019 13:09И где противеоречие тому, что я написал?
https://habr.com/ru/company/toshibarus/blog/468161/?reply_to=20669373#comment_20670183
0serg
25.09.2019 13:22EROEI > 1 — это производство энергии.
EROEI > 7 — производство еще и экономически оправданное — у некоторых видов нефтедобычи EROEI ниже (в среднем там 14, редко когда больше 20 — тоже «в районе 1» тогда уж, ибо 10-20 ближе к 4-7 чем 4-7 к 1)Dolios
25.09.2019 14:21Нефть — это не только энергия. А когда речь об энергии, то нефть и производные продукты, это энергия, которую легко хранить и транспортировать без потерь и которая под рукой 24/7. А в остальном, да, вы правы. Эпоха, когда EROEI нефти был под 100 давно прошла и в этом аспекте она от панелей не драматично отличается. Если не принимать во внимание, что 4 и 20 это числа разных порядков, как минимум и отличаются в 5 раз.
Поэтому сейчас нефть для производства электроэнергии никто не жжет почти (в промышленных масштабах).
genind
25.09.2019 11:26EROI для поликристаллических панелей на юге Европы в районе 7 и около 4 наюге Германии: Wiki
Воот… А если бы не писали никаких цифр, то никто бы и не поправил, так бы дальше и спорили, оставаясь неведении.Dolios
25.09.2019 13:08Вы прикалываетесь что ли? 4, 7 — это и есть "болтается в районе 1". EROEI ГЭС 50-200, ветряков 30-50.
Хорошо, что вы мне ответили и у меня появилась возможность объяснить вам, а то вы так бы дальше спорили, оставаясь в неведении.
sWanderer
24.09.2019 13:31ТЭЦ на газе все уже давно
Не все. Чуток осталось только на угле и часть смешанных: газ\уголь или торф.
spballiance
24.09.2019 10:01Ещё раз проверьте свои расчеты
0serg
24.09.2019 10:10+114 Вт — средняя электрическая генерация с 1м2 панели.
1400 МВт — мощность с 100^10^6 м2 панелей == 100 км2Javian
24.09.2019 10:21Вот даже цифры: «общей мощностью 80 МВт» (если повезет с погодой днем в период между 12-14 ч.), «площадь более 160 гектар».
0serg
24.09.2019 12:25Среднегодовая выработка — 11 МВт с 1.6 км2.
Со 100 км2 такой станции получатся среднегодовые 700-800 МВт, примерно вдвое меньше моей оценки. Возможно из-за промежутков между панелями, которая оптимизирует в пользу более равномерной выработки энергии в течение дня.Javian
24.09.2019 15:14Панели не вращаются за солнцем, потому и получают энергию не равномерно за весь день.
spballiance
24.09.2019 11:41еще раз проверьте расчеты и сопоставьте с «натурой»
к примеру застройка эпохи брежнева 10000кв.м помещений на гектар, то есть 1:1
исторические центры городов 2:1
новострой муравейник 3:1
При этом пятно застройки существенно ниже — 0,1-0,3 от общей площади(дороги и прочая инфраструктура)
100кв км это 10 000га или 100млн кв м помещений брежнева.
1400 МВт это 14 ватт на метр помещения при такой застройке или метр помещения = 1 метр панели при солнце в зените (надо бы вычесть место для накопления энергии)
эффективность ТЭЦ в объеме снабжаемых помещений минимум в 10 раз выше, за счет того, что пространство над панелью использовать нельзя, а по факту, имеющихся примеров выработки где-то 20-40
и вообще сомнительным для экологии кажется предложение удвоить(а скорее учетверить) площадь городов строительством панелей. Вообще результаты типа «полтора землекопа» должны тщательно проверяться0serg
24.09.2019 12:27Я и не говорил что панелей на крышах домов будет достаточно. Только то что размеры СЭС не «космически» велики. И я не вижу целесообразности располагать панели прямо в городах (за исключением крыш малоэтажной застройки). По соседству с многоэтажными городами хватает незастроенных мест.
IvUs
24.09.2019 13:29Для широты Москвы угол установки панелей 41-70 градусов, так что смело делите вашу площадь пополам.
0serg
24.09.2019 13:52Ну там речь шла все же о площади используемой земли, а не о площади собственно панелей. Выше есть пример реальных СЭС где видно что моя оценка даже несколько оптимистична из-за установки панелей с достаточно большим шагом
IvUs
24.09.2019 14:22-1Так я и говорю о площади земли. Панель 1х1 квадратный метр установленная под «зимним» углом в 70 градусов имеет проекцию на землю в 0,3 квадратных метра. А можно вообще на вертикальных конструкциях монтировать — в высоких широтах это может быть даже предпочтительнее.
0serg
24.09.2019 14:42+1Если такие панели поставить встык, то они будут затенять друг друга
Чтобы этого не происходило приходится оставлять между ними пустые промежутки.
sWanderer
24.09.2019 13:34ТЭЦ от которой запитан мой дом дает электричества как примерно 100.000.000 м2 солнечных панелей на широте Москвы.
ТЭЦ на широте Москвы дает мощность стабильно. Солнечные панели только днем и в хорошую погоду. Т.е. для ночных условий нужны альтернативные источники или системы накопления, что увеличивает занимаемые площади, капиталовложения, расходы на содержание и эксплуатацию.0serg
24.09.2019 13:54Это бесспорно один из главных недостатков солнечных панелей.
В отличие от мифических «слишком много площади» или «EROEI в районе 1»
Tsimur_S
23.09.2019 18:50вы покупаете / платите налоги за землю — в кубических метрах или все же в квадратных?
Belking
24.09.2019 05:04>> над машинным залом турбин вполне есть несколько этажей помещений разного характера.
Э, нет. Про класс опасности не стоит забывать. Как минимум, опасные производственные объекты подразумевают, что в строительство нужно закопать побольше денег (например, специальные окна, выбиваемые при взрыве, благодаря чему каркасу здания наносится меньший ущерб). Даже получив разрешение разместить в ТЭЦ иной объект «разного характера» — захочется ли Вам платить за это больше на этапе CapEx, а ещё нести большие OpEx при его эксплуатации (та же страховка). Ну и про санитарно-защитную зону забывать не стоит.
rboots
23.09.2019 19:56Если один слой перовскита имеет КПД около 5% и почти прозрачный, можно ли сложить несколько слоёв этого материала и повысить КПД до 50-80%?
johnfound
23.09.2019 21:44Думаю да, можно, но не до 50..80%. Потому что обычно фотоэлементы преобразуют некоторую часть спектра, а пропускают остальную. А еще КПД наверное зависит от интенсивности света. То есть у второго слоя будет КПД не 5% а ниже. Возможно даже намного ниже.
grewishka
23.09.2019 22:09Вообще-то КПД у перовскитных панелей уже около 20%. Но поскольку диапазоны будут перекрываться 20% х N слоев считать не правильно. Но если перовскит положить на силиконовую панель, то теоретический КПД будет 43% вместо 29% для одного силикона. Пилотные линии уже есть, хотя там будет в районе 30%.
vics001
24.09.2019 00:50Я заметил, что комментаторы делятся тут на 2 категории те, кто хейтят хайп и те кто хайпуют. Я, наверное, отнесу себя к хайпующим и скажу, что сравнение цен в Германии, совсем не, то что в действительности.
В Германии платят большие цены за эл-во как раз для того, чтобы стимулировать переход домохозяйств на самообеспечение, как раз самообеспечение является целью, когда ты и не платишь за эл-во. Прежде всего, люди путают промышленные товары (товары для бизнеса) и товары для домохозяйств (для частников). То, что не выгодно на large scale, может быть абсолютно удобно для частников. Дома никто не поставит себе ни ветряк, ни атомную станцию, даже с угольной будут проблемы, в то же время большинство домов могут самообеспечить себя солнечной энергией.
На самом деле, нет достаточно исследований сколько могут прослужить панели и с какой потерей, говорят о 30 годах с 85% сохранностью и 50-100 лет с 50%. Для домашних домохозяйств характерны следующие важные потребительские свойства:
— условно бесплатная рабочая сила по уходу за панелями
— micro management в планировании расходования электроэнергии и установки энергосберегающих элементов.
Могу сказать, что имея свои панели и свой счетчик обогрева, начинаешь относиться ко всему гораздо бережнее, к примеру если не хватает 10-20% собственной энергии, то задумываешься о том, как достичь их применяя гибкие решения, грубо говоря, находя компромиссы.
GeorgKDeft
25.09.2019 07:08+1В Германии платят большие цены за эл-во как раз для того, чтобы стимулировать переход домохозяйств на самообеспечение
Недавно сюжет про КНДР смотрел… там тоже стимулируют домохозяйства для перехода на солнечную энергию, правда более радикальными методами.
stalinets
24.09.2019 02:34Читал ещё давно про такие способы повышения КПД:
1) Сделать слойку из 2-3 разных полупрозрачных батарей разного устройства, чтобы они поглощали каждая свою часть спектра.
2) Делать батареи не плоскими, а как щётку: чтобы светочувствительные элементы были на множестве узких длинных микроцилиндрах, как волосы на одёжной щётке. Тогда те фотоны, что не поглотятся сразу — отразятся вбок и всё равно поглотятся соседними цилиндриками. КПД резко растёт.
И ещё, применительно к частным домам — одних солнечных ЭЛЕТРОпанелей мало. Нужно развивать ещё солнечные водогрейки.
Я хотел бы такой комплекс в частный дом.
Дома стоит обычный бойлер, но с возможностью наполнять его горячей водой, нагретой водогрейкой на крыше.
Автоматика замеряет температуру воды, и если день солнечный и с крыши доступна вода достаточно горячая — наполняет бойлер этой водой (а бойлер уже держит тепло неделю).
Если за окошком мрачная зима, а горячая вода нужна — бойлер нагревается классически, ТЭНом, причём можно вручную отключить это (типа вода в бойлере ещё тёплая, значит, электричеством греть не будем, подожду пару дней солнечной погоды).
Вот продаются ли в России подобные системы?
Кстати, в суррогатном и очень простом виде это можно сделать так: просто кинуть на крышу частного дома несколько десятков метров садового шланга тёмного цвета, полного воды. Он за день нагревается, и объёма запасённой в нём воды хватит, чтобы вечером после работы принять горячий душ. Профит!
curlydevil
24.09.2019 10:30То что вы назвали бойлером называется теплоаккумулятором. Да, такие системы есть, не знаю насколько в Вашем регионе они распространены, можете зайти на форумхаус.ру — там очень много вариантов того как люди в своих частных домах сами реализовывать описанную Вами схему, дополняемую и солнечными панелями для нагрева воды и тепловыми насосами и электро-ТЭНом, который включаться может ночью на 3-зонном электросчетчике, и твердотопливными и газовыми котлами. Обычно это 'бойлер' с несколькими подключениями теплоносителя ёмкостью 200л+.
stalinets
24.09.2019 13:51Ну названия разные, суть одна и та же: бочка для воды с возможностью электрического подогрева и теплоизоляцией.
Там, где есть газ — думаю, больше распространены проточные газовые водогрейки-колонки. Где газа нет — остаётся ставить такой накопитель-бойлер-теплоаккумулятор, потому что проточная электрическая будет жрать слишком большой ток, если я захочу принять обильный горячий душ.
Apxuej
24.09.2019 11:32Может немного не в тему, но недавно посмотрел видео про кондиционер (охладитель), работающий, в том числе и от тепла, получаемого с помощью солнечной водогрейки, т.е. чем сильнее печёт, тем эффективнее он охлаждает. Причём собрать его можно самому. И мне кажется, если ещё немного доработать конструкцию можно получить лучшую эффективность, по сравнению с обычным кондиционером: www.youtube.com/watch?v=7w4rg3UcsgI
Кому интересно, советую также на этом канале глянуть видео, где ведущий рассказывает о принципах работы подобной установки.stalinets
24.09.2019 14:01Вот хотелось бы, чтобы все эти технологии (солнечную батарею с аккумуляторным буфером, солнечную водогрейку с накопителем горячей воды, солнечный кондиционер) свели в единый конструктор, управляемый единым умным контроллером. Который сам будет правильно коммутировать всё, ориентируясь на датчики: солнце встало — наполняем горячей водой бойлер, заряжаем аккумуляторы, пришёл мороз — сливаем воду из всего, что на крыше, и т.д. И чтобы каждый мог собрать себе модульную, постепенно наращиваемую систему, начиная от холостяка в маленьком домике, которому нужен только холодильник, ноутбук и душ, и заканчивая большим домом на большую семью.
sWanderer
24.09.2019 14:09Вот хотелось бы, чтобы все эти технологии (солнечную батарею с аккумуляторным буфером, солнечную водогрейку с накопителем горячей воды, солнечный кондиционер) свели в единый конструктор, управляемый единым умным контроллером.
При постепенном увеличении мощности системы, придется не только наращивать, но и менять некоторые вещи, например трансформаторы и конверторы, они ведь делаются на определенную мощность и весьма дороги. Брать сразу с запасом может быть нецелесообразно. А если расширение так и не состоится?
miolini
24.09.2019 07:51Администрация Хабра, поясните, пожалуйста, за допущенное в тело этой страницы вашего сайта изображение из поста с незащищенным HTTP адресом????!!!
Endru9
24.09.2019 09:23Любой желающий может вставить в коммент ссылку на ресурс не поддерживающий http, не нужно истерик.
stalinets
24.09.2019 13:55Кстати, в последние несколько лет Хабр такие картинки автоматически выкачивал, пережимал, размещал на хабрасторадж (https://web.habrastorage.org/ru#ready) и перевставлял в статьи уже со своего хабрастораджа.
(в сторону: и поломал мне этим APNG-анимацию в одной из статей).
Странно, что сейчас не сработало.
sWanderer
24.09.2019 12:53Статья интересная. Но хотелось бы указать еще на одну причину существенно тормозящую широкое распространение гелиоэнергетики. Это балансировка генерируемых и потребляемых мощностей. Грубо говоря вся генерируемая энергия должна быть потреблена, потому как куда ее девать? И если уменьшить количество генерируемой энергии при наличии избытка можно достаточно легко и ГЛАВНОЕ ДЕШЕВО, то вот увеличить ее генерацию при недостатке поступаемой от солнца мощности уже не получится. Новые материалы отчасти сгладят эту проблему, повысив КПД, но не так существенно. Существующая система опирается на источники генерации не зависящие от погоды и времени суток, что позволяет планировать и гарантировать требуемые мощности. Именно поэтому алтернативные направления получения энергии (от солнца, ветра, приливов, и т.п.) не получают столь широкого распространения. Они не способны служить основой, за счет того, что опираются на явления на которые человечество пока не способно влиять.
pal666
25.09.2019 18:01Но хотелось бы указать еще на одну причину существенно тормозящую широкое распространение гелиоэнергетики. Это балансировка генерируемых и потребляемых мощностей
это проблема любой электроэнергетики и все как-то справляются, дальше будет то же самое
Новые материалы отчасти сгладят эту проблему, повысив КПД
я статью до конца не осилил, но перовскиты отличаются дешевизной, а не кпд
Существующая система опирается на источники генерации не зависящие от погоды и времени суток, что позволяет планировать и гарантировать требуемые мощности
существующая система опирается на балансировку мощностей, потому что требуемые мощности как раз зависят и от погоды и от времени суток
Именно поэтому алтернативные направления получения энергии (от солнца, ветра, приливов, и т.п.) не получают столь широкого распространения
это вам телевизор рассказал? сколько сотен гигиватт было установлено в прошлом году альтернативных, а сколько неальтернативных?
Они не способны служить основой
они уже служат основой в некоторых странах. в крошечной германии уже почти 50%sWanderer
25.09.2019 23:39это проблема любой электроэнергетики и все как-то справляются, дальше будет то же самое
Справляются не ВСЕ. И справляются за счет задействования других источников, а также дотационных выплат.
существующая система опирается на балансировку мощностей, потому что требуемые мощности как раз зависят и от погоды и от времени суток
ОК, рассмотрим неделю циклона с отсутствием солнечной погоды. Расскажите как за счет гелиоэнергетики обеспечить требуемые мощности.
это вам телевизор рассказал? сколько сотен гигиватт было установлено в прошлом году альтернативных, а сколько неальтернативных?
И во многих местах они были взяты за основу?
они уже служат основой в некоторых странах. в крошечной германии уже почти 50%
Согласно этому материалу на 2018 год доля ВИЭ-энергетики (всей, а гелио в Германии не доминирует) составила 35 %. 15% для вас это «почти»? Ключевое слово, в некоторых. В Норильске смогут? Да что там Норильск? В Москве согласно статистике 91 ясный день, 172 облачных и 102 пасмурных. В Москве гелиоэнергетика сможет служить основой? Допустим вы выкрутитесь создав необходимые площади для получения достаточной мощности даже в пасмурный день зимой, но что вы будете делать треть года, когда солнца вообще не видно?
Еще одна ссылка про ВИЭ-энергетику в Германии. Доля ветра больше и, внимание, доля биомассы тоже. Т.е. без старого доброго стабильного сжигания никуда не деться. Ну и еще посмотрите цифры гарантированных выплат для поддержки ВИЭ-энергетики, и обратите внимание что большую часть забирает как раз гелиоэнергетика. Так что не все так радужно, как многим, производителям солнечных установок в первую очередь, хотелось бы.
gmini
24.09.2019 12:57Я правильно понял, что предлагается использование в одежде токсичного материала?
pal666
25.09.2019 17:51почему жадная тошиба не знает, что гелиоэнергетика лидирует по объемам ежегодных инсталляций при экспоненциальном росте и не нуждается в спасении?
объемы инвестиций стагнируют потому что цена постоянно снижается и можно установить больше ватт за меньше денег
перовскит от тошибы будет в 10 раз дешевле, чем нынешние 20 центов за ватт модуля ( pvinsights.com ), или чем 10 или 5 центов за ватт, которые будут в 2025?
мне что-то подсказывает, что с такой ценой опять на рынке выживут одни китайцы
grewishka
Строго говоря, панели не делают обязательно из перовскита CaTiO3. Просто матертиалы имеют схожую кристалическую структуру и в общем виде описываются ABX3, где 'A' и 'B' представляют катионы и X анион который формирует связь с ними обоими.