Теоретические и практические пределы КПД солнечных батарей

Аватар пользователя Simurg

Чуть ранее товарищ nabbla расписал термодинамические причины, по которым КПД солнечных батарей на Земле не может быть выше 94 (на самом деле, 96 с копейками :)) процентов.

Совершенно верная по физике, но создающая неверное впечатление "всё пропало" статья.

На самом деле, 94% КПД - дикая, безумно высокая величина, достичь которую лишь мечтают в самых сладких снах. И с практической точки зрения между 94% и 100% КПД разница в совершенно смешные и невидимые 6%, в то время как между нынешними 20-25% и этими 94% разница в практически значимые и крайне важные 3.5-4 раза.

С практической точки зрения массовое применение СБ с КПД 50% принесло бы гораздо больше пользы, чем замороки в несколько процентов с этим теоретическим пределом. Так что же мешает?

А вот и посмотрим:

1. С самого-​самого верху, светлоголубое, внутри поля с надписью "intrinsic losses" (внутренние, неизбежные потери) - это те самые неизбежные термодинамические потери из-за второго начала. Землю до -270С не охладить, Солнце выше 6000С не нагреть, законами другой Вселенной не воспользоваться - так что эти 4-6% изменить не в наших силах. Оставим это. Но что далее?

2. Далее (две секции тёмно-​синего) внутри "неизбежных потерь" - неизбежный рост энтропии на границах сред (да, всё то же второе начало термодинамики гадит).  Тема очень сложная и потенциально дискуссионная, потому что уже зависит от материалов, которые мы используем. Но примем, что раз мы используем нечто твёрдое, то оно же и нечто плотное, ну или точно сильно плотнее вакуума, то есть, от этих потерь мы не избавимся. Далее?

А далее - у-​хуу-у! 40% потерь на недопоглощении и термализации (странно, что всё в куче)! А вот это уже наше, это конструктив, с этим уже можно работать. Всё же с недопоглощения начнём:

3. Недопоглощение вызвано тем, что фотоэлемент у нас конечной толщины, свет проникает в него и частично проходит насквозь не поглощаясь. Это усугубляется тем, что кремний (наиболее массовый сейчас материал солнечных батарей) - он, собака, непрямозонный полупроводник. Простым русским матерным это означает то, что он плохо поглощает свет - внутри него нет годных готовых переходов "зона-​зона", каждое событие поглощения каждого фотона можно рассматривать сложное "совпадение" некоторых (многих) квантовых условий. Совпадения просто энергии кванта и разницы энергий зон недостаточно. Поэтому свет поглощается кремнием на толщинах порядка десятков-​сотен микрон (десятые миллиметра!). Поскольку сверхчистый кремний дорогой, задача уменьшения его расхода через толщину фотоэлемента вступает в противоречие с задачей поглотить весь свет.

Что тут можно сделать?

Ну, во-​первых, можно поставить сзади зеркало, и пусть свет проходит через слой кремния дважды. Сделано! Можно сделать зеркало таким, чтобы отражённый свет шёл бы не по нормали, а проходил бы максимальный путь. Сделано! И можно... а и всё. :) Проблема решена. :) Дальше можно только разными очень сложными мерами добирать ненужные крохи остатков, причём, эти меры будут увеличивать другие наши потери.
Во-​вторых, наиболее радикальным и правильным решением было бы взять такой полупроводник, который изначально прямозонный, просто эффективно поглощал бы свет. Даже кремний можно изнасиловать таким образом (превратив его из кристалла в стекло - т.н. "аморфный кремний", например). Но есть куча и изначально эффективных полупроводников. Это всё направление чохом называется "тонкоплёночными солнечными батареями". "Тонкоплёночными" потому, что полупроводника в них требуется в сотни-​тысячи раз меньше при той же (или бОльшей) эффективности поглощения, что ещё и уменьшает общую цену, уменьшает другие (электрические, например) потери, и вообще хорошо. А ещё эти батареи гибкие, можно наносить на дешёвые подложки и вообще здорово.

Наиболее хороши как полупроводники для тонкоплёночных СБ
- арсенид галлия (AsGa, вовсю используется для космоса, дорог, но уж очень хорош, плюс введение в состав азота и алюминия позволяет легко играть шириной зоны и легко строить многопереходные СБ),
- теллурид кадмия (CdTe, выпускались массово, в основном в Штатах, сейчас проиграли конкуренцию кремнию),
- и сложные составы из меди, цинка, индия и серы (CIG, CIGS),
- аморфный кремний.

Первые два дороги по материалам и ядовиты по материалам. Вот когда вам начинают втирать про экологическую опасность СБ, помните, что в основном - это наследие CdTe, который реально выпускался гигаваттами. И кадмий и теллур для человека неполезны, и вместе, и по отдельности - хорошие кумулятивные яды. Из-за того, что плёнки тонкие, извлекать эти (дорогие!) материалы с поверхностей - очень дорого, сложно... и неэффективно.

Соединения галлия с мышьяком тоже ядовиты, но в этом проблемы нет, потому что они очень дороги, и в массы пойдут навряд ли, уже просто по ресурсным ограничениям. Что-​то там летает в космосе, всё из себя устойчивое к радиации, и пусть себе летает далее. На нынешнем уровне технологий это не про энергетику вообще.

CIGS - это дорогой индий. Отличные полупроводники, но ресурсные ограничения.

Аморфный кремний - просто, к сожалению, фигня. Его преимущества в поглощении света с лихвой восполняются его недостатками в поглощении уже полученых электронно-​дырочных пар.

Но видно уже, сколько всяких подходов, способов борьбы за этот пункт?

4. Термализация - это несоотвествие энергии переходов "зона-​зона" энергии падующего света. Солнце светит как нагретое тело - и синим светом, и красным светом, всё сразу. Квант синего света, подобрав полупроводник, можно преобразовать в электронно-​дырочную пару и ток с напряжением где-​то 2.5В. Квант красного - с напряжением 1.1В. Беда в том, что полупроводник, который жрёт синий свет, выдавая 2.5В, красный свет просто не поглотит. А тот, что поглотит красный - поглотит и синий, но выдавая всё те же 1.1В напряжения, оставшуюся энергию же пустив просто на тепло - термолизовав.

Поэтому "обычные" однопереходные СБ (на текущий момент большинство выпускающихся, но ситуация быстро меняется в последние годы) стоЯт перед выбором - на какой границе ставить отсечку. Всё, что синее границы отсечки, будет поймано, но энергии даст по нижней границе. Умные люди ещё в 70-​мохнатых годах прошлого века приставили карандаш к носу, пощёлкали счётами и выдали, что а) лучше всего брать весь свет включая инфракрасный, и пень с ними, с потерями более синего (кремний тут почти идеален) и б) КПД больше 30% с копейками так не получить.

Эту границу - 30% КПД часто тоже поминают как "предел для СБ". Нет. Это предел для СБ с одним типом полупроводника.

Простой способ обойти это ограничение для космоса придумали давно - располагать много СБ друг над другом. Сначала - едим самое синее (выдавая всю его энергию), потом - краснее, потом - ещё краснее. Потери из-за "ступенек" всё равно есть, но ступенек много, и они плотнее закрывают горб спектра солнца. Рекордные 4-​переходные СБ в лабораториях таким образом достигли 50% КПД. О цене пока не спрашивайте - для космоса пока дороговато, на спутниках пока летают 3-​переходные.

Есть и ещё множество способов в лабораториях - красители, квантовые точки, брегговские концентраторы... Техническая фантазия у людей работает. Просто пока с экономической точки зрения всё задавил кремний, и реальные, доступные экономически решения для земной энергетики связаны почти только с ним. И вот тут сейчас во всю идёт работа над вводом второго слоя в сверхмассовые кремниевые солнечные батареи. Верхним слоем, который ест более синий свет, часто назначают кремний же, только соотвественно изнасилованый. К слову говоря, русский "Хевел" (и их питерская лаба тонких плёнок) были первыми, кто начал выпуск двухпереходных, гетерогенных (у буржуев - HIT, HJT) кремний-​кремний солнечных батарей (микроморфный кремний поверх обычного). Достигнутый в массовом производстве КПД сейчас - 23-24%, при цене такой же или ниже, чем у однопереходных.

Есть работы по добавлению вторым слоем дешёвых перовскитов или других полупроводников.

Над этим сейчас работают везде, так что КПД солнечных батарей всё ещё растёт год от года. Запас тут - огромный, до 50-70% КПД догнать принципиально можно, фундаментальных пределов нет, так что причин печалиться пока нету.

5. Темно-​синее тут - потери на отражении-​рассеянии внутри, тут борьба идёт сложная, с переменным успехом, по десятым-​сотым процента выгрызают раз от разу (и теряют при удешевлении, а потом снова выгрызают у природы). Работа идёт, пределов нет, просто всё ОЧЕНЬ сложно, потому что получая тут одно - сразу теряешь что-​то другое.

6. И, наконец, те 25-30% которые на столбке выделены цианом и обозначены как "однопереходная солнечная батарея". "Таким ротком, да медку бы хлебнуть!"(с)медведь, глядя на бегемота. Нет, реальные однопереходные кремниевые СБ сейчас по куче других мелких причин потерь очень далеки от 25% (тем более, от теоретических 30%), и НЯЗ, такой результат пока только в лабораториях. По жизни реальные лучшие массовые однопереходные СБ сейчас имеют КПД 20-22%.

Что тоже очень и очень неплохо, но всё же, до теоретического предела однопереходной СБ тут полтора раза(!) разницы.

...

В общем, подытоживая.

1. 94% - очень много, и до этого предела ещё ну о-​ооочень далеко.

2. 94% - и нафиг не надо, процентов так 70 означали бы уже, что дальнейшая охота пойдёт за крохами,

3. сейчас с 20-25% имеющихся КПД возможны улучшения во многие разы

4. теория такие улучшения СБ допускает легко, а практика (лабораторная и космическая) показывает, что 50% КПД достичь вполне возможно (а это, например, уменьшение площадей в 2.5 раза).

5. нигде не сказаное, но гигантской фигурой стоЯщее в стороне и откидывающее огромную тень на всю технику: сейчас главное у СБ цена за ватт. Даже с имеющимися 25% КПД коммерчески и массово доступных батарей уменьшение цены в десять раз радикально изменит картину энергетики, дав доступ к неограниченой и очень дешёвой энергии. Проблемы аккумуляции энергии решаются радикально легче, когда не нужно её экономить. Если аккумулятор может терять 80% энергии, то и он сам, и цикл аккумуляции могут быть очень дёшевы, технологии для этого есть.

 

Авторство: 
Авторская работа / переводика
Комментарий автора: 

Главное ограничение нынешних солнечных батарей - не физика, как ни удивительно.

Физика и уже существующие технологии позволяют создавать чудесные СБ с КПД даже более 50%, нет фундаментальных запретов делать такие батареи массово. Нас пока ограничивает трудоёмкость и наша глупость, не позволяющая как-то красиво вывернуться и обойти это.

Главное ограничение - экономика. 

Комментарии

Аватар пользователя nabbla
nabbla(2 года 1 месяц)

Меня больше "напугала" цифра 55% без концентрации, и то, как близко уже подобрались к ней :)

А 94% это действительно очень хорошо, у редкого электродвигателя столько набирается, в наших электричках и электровозах что-то около 92%, без учёта прочих потерь. А там то и вовсе никакой энтропии быть не должно!

Аватар пользователя абра
абра(6 лет 5 месяцев)

Перовскиты на тонких плёнках в стеклопакеты - это типа доступное в настоящем будущее. Остальное - это зелёное веганство. И КПД больше 10% - хорошо для масс.

Эти десять процентов КПД - усреднённый, с учётом деградации с годами эксплуатации - до 6-8%

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

В смысле - прямо в окна, в стеклопрозрачные конструкции? или в "стеклопакеты" в том смысле, что зажать перовскиты между стёклами? Тогда необязательно, задача герметизации решается и барьерными плёнками, например.

Так всё равно же (пока) фотодеградация мучает. Ресурс в тысячи и "даже десятки тысяч"(с)одна статья часов для солнечных батарей - это вообще ни о чём, экономически годной СБ нужны хотя бы сотни тысяч часов ресурса.

Я поэтому даже не стал упоминать перровскиты - они как бы и есть... в теории. Но на практике их нет, и пока не факт, что они вообще будут. Ионные связи и вообще уязвимы к фотовозбуждению, а структура типа-перовскита как бы подразумевает, что что-то куда-то не туда обязательно залезет.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Дмитрий 777
Дмитрий 777(10 лет 3 месяца)

Я с большим интересом следил за уникальной гонкой электромобилей по Казахстану.Уникальной для России и Казахстана. В Мире такие гонки проходят регулярно.

Смысл гонки в том что бы проехать по Казахстану около 3 тыс км только за счет солнечной энергии.Участники использовали самые разные типы солнечных панелей но все без исключения жаловались на то что панели нагреваются до 60ти градусов и их мощность падает на 50 процентов .Недополучите почти половину возможной мощности.Так это маленькие панели у каждой группы панелей свой хозяин который ее протирает и пыль с нее сдувает. Наклоняет вслед  за солнцем и так далее.

https://www.youtube.com/watch?v=Y5bgjzY4_y0

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Не всё так плохо. Может, где-то в Сахаре, где воздух на полях СБ прогревается до 60-80С всё и плохо, но конкретно в Эстонии в самый жаркий летний день +35С я проблем с выработкой не замечал: прёт как пёрло.

Почти уверен, что в основном их мучала пыль, а не нагрев.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Дмитрий 777
Дмитрий 777(10 лет 3 месяца)

Пыль с нескольких квадратных метров стирается за 3 минуты. Они для повышение КПД панели водой поливали. сама панель черная и матовая .Если ветра нет а на улице 40 то до какой температуры она разогреется?

Сами панели от нагрева даже коробило .

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Ну, до 100С - вполне себе реально.

Но я как эксплуатант говорю: практически это не видимо. Хуже, когда света нет, а когда его настолько до чёрта, что о батареи обжечься можно, снижение КПД - это не проблема. Всё равно энергии прёт очень дофига.

Если "коробило", то это уже говорит о том, что было какое-то совсем уж полное говно. Скорее всего, залитое в дешёвый пластик и, возможно (бывает!), даже без эпоксидного перехода между батареей и защитой. "Коробило" - это просто брак. Нормальное - годами работает в пустынях при 150С на поверхности. :)

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Дмитрий 777
Дмитрий 777(10 лет 3 месяца)

Когда люди на свои и на голом энтузиазме покупают и строят   .То и критерии выбора панелей и всего остального  сильно меняются.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Я не очень понимаю, что такое "голый энтузиазм", потому что своё брал по расчёту... но да, если не считать и не думать, то критерии могут быть самые разные и результаты самые удивительные.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Дмитрий 777
Дмитрий 777(10 лет 3 месяца)

Панелей в наших странах мало и отзывов еще меньше. Ребята на гонках набрались опыта.В следующем году будет все  успешнее. Для этого и нужны подобные соревнования.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Ну и на гонках - своя тема. Там важно быть не иметь много энергии, а иметь больше других. Поэтому я легко допускаю, что в ход там пойдёт всё, от протирания каждые 5 минут до охлаждения СБ водой.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Дмитрий 777
Дмитрий 777(10 лет 3 месяца)

Как выяснилось победил  автомобиль в котором стояла самая мощная батарейка. У него гибридный автомобиль он с него аккумулятор и позаимствовал.

Хотя все боролись за минимальную массу и  наименьшее лобовое сопротивление.

Я все посмотрел и заказал на свой электро скутер еще дополнительную батарею.сейчас поеду кататься.

Аватар пользователя kuguar
kuguar(7 лет 5 месяцев)

Хорошая статья

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

фотовольтатика это круто, но почему все  забывают от тепле?

даже на урале с нашим зимним солнцем можно иметь 150-200 ватт с квадрата - что при площади Вакуумных солнечных коллекторов в 130-150 кв.м.(на 12 метровую крышу в три линии умещается 180кв.) дает очень много для удешевления затрат на отопление, а площадь Коллекторов можно ведь и дальше наращивать....

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Кащей
Кащей(5 лет 2 месяца)

Если бы коллекторы не стоили как крыло от "боинга"... Цена на 1,87м2 коллектор около 50к 

На всю крышу потребуется около 5млн. Плюс обвязка, монтаж и т.п. Второй дом построить можно. Дороговато для дублирующей системы. (ибо никто не будет в Сибири солнечные коллекторы делать основной системой). А главное, куда девать тепло летом?

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

а кто заставляет покупать его целиком - трубки все равно китайские и переплачивать 10-15 ценников за обвязку  для них в комплексе..... ну хз - такое себе.....

сложного там ничего нет - и всё спокойно покупается на Алибабе - там одна секция 3,5 кв.м  в районе 18-20к выходит с обвязкой - да нужна сборка и стапель - но экономия в 3-3.5 МЛН...срок окупаемости в районе 3 лет.

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Кащей
Кащей(5 лет 2 месяца)

А почему не в районе 3 месяцев? В 30 лет еще поверю

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

180кв. дают ~25-27кВт  в пасмурный день зимой, в солнечный они дают много больше реально на домик 380квадратов Супертемромс этого с избытком чтобы зарядить ТА на примерно половину темного времени суток....

сначала сделали коллекторы и Тепловой насос, а через 1,5 года - в проекте много чего еще было - Тепловой Аккумулятор, стирлинги и термо скважины.....

с учетом что до этого топили Солярой - коллекторы  отбились даже быстрее..... 

тянуть туда магистральный  газ было примерно в 2 раза Дороже - чем Коллекторы + ТА + ТН + Скважины + СМР + ПНР

Где-то с середины мая по середину сентября домик  живет в полной автономке - свое тепло и свое ЭЭ.

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя utx
utx(8 лет 5 месяцев)

Сложное там сделать автоматику, чтоб этот шушпансер не вскипел.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Автоматика - пол-дела. Для мощных систем летом ещё и просто некуда девать это тепло. Идеально - сливать в подземный контур теплового насоса, но тут появляется не бесплатная дополнительная обвязка, теплообменник... в общем, как только мощность системы превышает летние потребности в ГВС, всё становится интересно.

 

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

Второй контур ТН и стирлинги - и можно иметь автономку по ЭЭ даже со средним кпд процесса....

И да грунтовый ТН дает очень много..... 

и бассейн... открытый... 

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя utx
utx(8 лет 5 месяцев)

Ага. А если учесть что в РФ зима есть, то нужно городить двухконтурную систему, те по улице гонять всякие глюколи. Делать обвязку, чтоб замкнутый внешний контур не вскипел и не взорвал трубопроводы. Далее да девать куда-то лишнее тепло, бо уехал из дома, бочка во втором контуре нагрелась, а тепло все поступает и поступает ) Вообщем, да как только задумаешь делать такую систему не для летнего душа в наших широтах, появляется ряд дорогостоящих нюансов )

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Сейчас проще и дешевле электрические солннчные батареи. При формальном сравнении на ватт они проигрывают сколько-то, но если сравнить полную стоимость установки и полную реальную полезную выработку, СБ выигрывают разгромно.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

у теплого климата Другие задачи и приоритеты....

насчет проще и дешевле - сильно спорно.... 

 

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Кажется, что спорно - да.

Но если всё аккуратно расписать с установкой и реальными поступлениями тепла, то сейчас так и выйдет. При том, что электричество, всё же, гораздо универсальнее.

Поскольку у электрической системы нет такой сильной нелинейной зависимости выработки от температуры (есть очень слабая, но она же и обратная ещё!), она гораздо полезнее зимой, когда и нужно тепло. А летом избыточную электроэнергию куда легче полезно использовать (а можно даже слить в сеть).

Это ещё не трогая возможности установки теплового насоса.

...

Ещё 10-15 лет назад это было не так. Сейчас стекло и металл подорожали, а фотоэлементы - резко подешевели.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

при равной площади КПД Фото-вольтатики в 3-4 раза меньше.... 

CAPEX Меньше, а вот  ROI у ФВ сильно выше.....

 

 

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Ну, деньги платятся не за площадь же. У абсолютного большинства домов площади больше, чем нужно.

Нет, я про то и говорю, что сейчас окупаемость у электричества лучше. Даже при работе на тепло. Недавно считали с подробностями. Кратко: обвязка и установка тепловой системы стОят больших денег, а относительная дешевизна (на ватт) приёмного элемента на реальных установках почти не играет - размеры не те.

При этом тепловая система даёт много тепла летом (когда оно и не особо надо), но сильно меньше тепла в холодную погоду, когда оно нужно, а зимой (в Питере) может месяцами не давать тепла вообще. Вне зависимости от установленной мощности - просто не успевает прогреваться до температуры, при которой имеет смысл ну хоть что-то качать в бак, а за ночь остывает... и по новой.

Электрическая система пусть меньше (в процентах) принимает энергии, но она принимает константно от потока, без трат, и уж что приняло - то приняло. Когда в пасмурную погоду зимой тепловая система даст ровный математический ноль, электрическая соберёт свои 200 ватт на квадрат и запихает их в тепло при любой нужной потребителю температуре.

Поскольку тепло и нужно-то зимой, электрическая система выигрывает с абсолютным отрывом в бесконечность раз. Тепловые системы хороши и даже прекрасны для ГВС сезонных летних гостиниц или, допустим, бассейнов. Но не для быта или отопления, не севернее 50-й широты.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

Я и говорю в теплом климате  другие задачи -  на Урале средняя температура сильно ниже.

Грунтовый контур ТН надо греть иначе вечная мерзлота получится, скважины тоже  требуют прогрева не смотря на то что они по 150метров - зимой отбор очень активный.

много тепла  это по вашему сколько? вакумники стоят под зимнее солнце - летом они дают не максимум в 600+, а ~400-450Вт с квадрата со 180 квадратов получается 81 кВт - это не так  много как Кажется для дома в 380 квадратов и по самой нижней планке  хватает что бы набрать тепло в грунт и скважины на зиму    лет через пять посмотрим на температуру  зондов, но она  уже сейчас показывает тенденцию к  снижению - надо доделывать систему и  переставлять вакуумники на лето и на зиму - благо клиент Уже сам не плохо понимает все тенденции готов платить за доработки.

Электрическая система пусть меньше (в процентах) принимает энергии, но она принимает константно от потока, без трат, и уж что приняло - то приняло. Когда в пасмурную погоду зимой тепловая система даст ровный математический ноль, электрическая соберёт свои 200 ватт на квадрат и запихает их в тепло при любой нужной потребителю температуре.

Обоснуете?

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Да. Но тут мелким комментом не обойтись - он больше вопросов породит, чем убедит... микростатью нужно писать со всеми раскладами и вариантами.

По закачке тепла в скважины. Да, 80кВт тепла на семью - это ОЧЕНЬ много. Конечно, в скважинах от этого тепла польза будет. Но во сколько такая система обошлась в пересчёте на получаемый зимой кВт×ч?

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

Да. Но тут мелким комментом не обойтись - он больше вопросов породит, чем убедит... микростатью нужно писать со всеми раскладами и вариантами.

тут полноценную статью писать нужно, а то и несколько что бы все нюансы расписать..... 

По закачке тепла в скважины. Да, 80кВт тепла на семью - это ОЧЕНЬ много. Конечно, в скважинах от этого тепла польза будет. Но во сколько такая система обошлась в пересчёте на получаемый зимой кВт×ч?

с учетом отсутствия альтернатив и жесткого лимита по мощности ЭЭ - вышло дешевле магистрального газа примерно в два раза.... в пересчете на квт*ч  - даже не возьмусь счас считать тк  там слишком много данных для расчета.

Так-то там вобще практический полная автономка получилась.

 

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Ratatosk
Ratatosk(5 лет 10 месяцев)

- арсенид галлия (AsGa, вовсю используется для космоса, дорог, но уж очень хорош, плюс введение в состав азота и алюминия позволяет легко играть шириной зоны и легко строить многопереходные СБ),
- теллурид кадмия (CdTe, выпускались массово, в основном в Штатах, сейчас проиграли конкуренцию кремнию),
- и сложные составы из меди, цинка, индия и серы (CIG, CIGS),
- аморфный кремний.

Вот для начала его получите на "зелёной энергии" а потом можно разговаривать разговоры , после 100% экологической переработки (после времени службы) разумеется ( на своих же зелёных энергиях). 
а пока это паразитизм на УВ, и перенос грязной энергии подальше от порога. 

Аватар пользователя ku
ku(10 лет 2 месяца)

Хорошая статья.

А есть данные на сколько значима цена электрической/механической/человеческой обвязки в общей цене СЭС?

Просто если умозрительно сравнивать АЭС м СЭС, то на 1ГВт ядерный реактор нужно панелек раз в 5-10 больше установленной мощности, чтобы столько же электричества выработать. А это просто хренова куча инверторов-трансформаторов и прочей требухи. Одних ферм под панели надо сотни километров построить с каким-никаким фундаментом и дорожками. И армию электриков, которая будет бегать гайки крутить. С дивана видится, что цена всего этого может как бы не больше цены атомной станции получиться.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Есть оценки, что с сегодняшним уровнем цен сами СБ составляют 30-50% от полной стоимости готовой работающей СЭС.

От 0 до 30% - земля, 10-15% механические структуры (железяки-столбики, на которых всё добро крепится), порядка 15-20% кабельные системы, инверторы-трансформаторы - 5-15%. Плюс несколько по ещё процентов процентов на подъездные дороги, схемы выдачи мощности (ОРУ даже средней мощности и напряжений - недешёвая штука), ограду-охрану, системы очистки и т.п.

По стоимости сейчас солнце спокойно конкурирует с атомом (ну, подороже на северах, подешевле атома ближе к экватору), но это при том, что СЭС выдаёт недиспетчеризируемую энергию.

Так что да, по совокупности и учёту всех условий нормальный атом сейчас дешевле нормальной СЭС. Для манипуляций можно приводить всякие неприятные случаи со строительством у атома (типа пресловутого Олкилуото-3 или там нового блока Фламаннвилля), или - наоборот - брать дорогие установки СЭС в плохих местах и получать какие угодно выводы. Но если всё по уму, то атом сейчас дешевле.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя mmx
mmx(8 лет 8 месяцев)

Была недавно тут пара статей с таблицами расхода материалов на мегаватт разных типов генерации. В одной бетон/сталь/композиты, в другой расклад конкретно по металлам. И в обеих номинациях ветряки с панельками безнадёжно проигрывали нормальным электростанциям.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

"Проигрывают" - да. "Безнадёжно" - нет.

На самом деле очееь даже надёжно проигрывают. :)

Шучу... разница там не настолько большая даже для солнца. Если же брать мелкие установки (на домах, и т.п., близко к потребителю), то там и выигрыш. А на югах - так и совсем неплохой.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя user3120
user3120(8 лет 9 месяцев)

Выше КПД - выше стоимость батарей и выше скорость их деградации.

Важны практически сроки окупаемости солнечных батарей. Например при подключении их к кондиционеру и какому электромобилю арендуемая розетка для электро такси. Вроде такого калькулятора

https://e-solarpower.ru/kalkulyator-vyrabotki-sb/

но с учетом деградации СБ и их остаточной стоимости(демонтажа и переработки СБ на драг металлы). Минус стоимость аренды полезной площади (как аренда площади под рекламные плакаты) если это не частная земля.

Все остальное тупое наукообразное словоблудие.

Если сроки окупаемости 3 года и менее, то инвестиции в СБ выгодны. Если сроки окупаемости 1 год то инвестиции свех.выгодны и могут превышать доходность от майнинга криптовалют и в то же время от этого хоть какая-то практическая польза в отличии от.

Фраза вырвана из контекста, но все же:

Панели из перовскита окупаются за два-три месяца.

___aftershock.news/?q=comment/12732926#comment-12732926 

https://habr.com/ru/post/383503/

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

1. Нет. Нету такой зависимости.

2. Нет никакой необходимости читать "наукообразное словоблудие" тому, кому уже всё понятно про КПД и деградацию. :)

3. Ваше крайне ценное мнение про то, что "3 года и менее, то инвестиции в СБ выгодны", я записал на бумажке, это крайне ценное соображение мы постараемся довести до всех мужиков. А то мужики не знают, с каких сроков считать "выгодно", с каких сроков "сверхвыгодно", а с каких - "вообще нет".

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя feodor89
feodor89(6 лет 3 месяца)

1-3 года вы загнули. Если без субсидий (как прямых так и косвенных в виде земли) самое смелое что видел это 5-7 лет.  И это балансировка вешается на государство

Аватар пользователя user3120
user3120(8 лет 9 месяцев)

Пленочные(перовскитные) технологии, которые формально не блещут КПД требуют микроскопическое количество активного материала (и возможно тонкий слой золота? в качестве подложки) имеют мизерную стоимость от текущих солнечных панелей (но меньший срок службы).

https://www.youtube.com/watch?v=WxcwQmtpAgQ

В видео есть ссылка на таблицу по КПД. перовскита (25,7%). Поиск дает.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/25/Best-research-cell-efficiencies-rev220126_pages-to-jpg-0001.jpg

Мне эта тема далека. Но чисто для себя интересно, если что-то подобное тоноколеночное (пусть даже для панели требуется легко перерабатываемое золото) взлетит с окупаемостью менее года. Тогда получается зачем работать, если можно "майнить" электричество(вложил 10к и на следующий год чистая прибыль 10к(минус налоги), если есть кому продать электричество, в плюсе уже ~ через 3 месяца за счет остаточной стоимости СБ). Но пока в т.ч. для нашей широты это звучит фантастично. И продать электричество не так просто как кажется(без поддержки государства).

Аватар пользователя IgnisSanat
IgnisSanat(8 лет 3 месяца)

3 года окупаемость - ненаучная фантастика. Если 5 лет, то инвестор должен бысь счастлив. Даже 5 лет пугают тех "инвесторов", которые привыкли мыслить категориями торговли - купил - перепродал, окупил и профит, на все - месяц. Если уже 2 месяца, то - влип.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Сейчас рекордные перовскиты дают почти 30%. При реальной дешевизне и хорошей технологичности  изготовления.

Беда в ресурсе. Для массовых применений ресурс должен быть хотя бы сотни тысяч часов... а не тысячи.

Ладно, диффузную деградацию можно притормозить, но фотодеградация... у СБ? Над этим еще работать и работать.

Минимум лет 5-10 ещё.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя IgnisSanat
IgnisSanat(8 лет 3 месяца)

Главное ограничение - экономика.

Как обычно. Скажу про моих любимых ГЭС-русловых. Никто не мешает купить и поставить гамму турбин, которые реализуют высокий КПД при широкой вариации воды путем переключения. Мечта инвестора - есть мало воды -работает маленькая турбинка с высоким КПД (а тем КПД понастоящему высокий, это вам не фотоволтаики, 20% КПД - ниочем), есть много воды - работает большая турбина. Ну и всякие-разные варианты. Но. Купить десяток турбин - никогда инвестиция не окупится, т.к. каждая турбина будет съедать ресурс у остальных и будет работать 20 дней в году. Хорошо работать, но недолго.

Насчет СБ. Работы идут и в другом направлении. Не меняя физику и химию панели, играть с расположением. Увеличить время освещенности, пусть и за счет неоптимальности угла освещения. Т.е. ориентация уже не (грубо) юг, а восток (тоже грубо). И ставят их /\ образно так, чтобы отражаемый свет после обеда падал на "восточный склон", а до обеда - на западный. Вот где нужны дешевые панели, ибо двойные.

И все же - вода течет и днем, и ночью, и когда ветра есть, и когда нет.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Ну, главная беда ГЭС в том, что вода течёт не везде, и даже где течёт не везде её энергию можно собрать, особенно в достаточном количестве.

Так-то - понятно, что ГЭС - весьма годный источник энергии.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя sixwinged
sixwinged(10 лет 11 месяцев)

Эффективность СБ это только одна сторона медали.. от нестабильности погоды никуда не деться, плюс к этому не рассказали про сложности с поддержанием соответствующего состояния СБ.. так как в африке и ближнем востоке любая песчаная буря проходит по ним как наждачкой.. любое защитное покрытие ухудшает КПД, да и дорого, да и обновлять надо... а "цена за ватт", как вы правильно заметили - стоит во главе и никуда оттуда уходить не собирается.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Ну, я писал только про эффективность. Собссно, весь смысл статьи в том, чтобы показать, что резервы для совершествования СБ есть, они огромны, высокие результаты вполне достижимы. Хотя и не катят пока по экономике.

30 лет назад 20% КПД имели только американские арсенид-галлиевые СБ для космоса, и о них говорили с придыханием... Сейчас - 20% имеет самый массовый кремний-ширпотреб, который производится за сотню ГВт в год. Ессно, что ширпотреб догоняет лабораторные рекорды очень медленно, но по лабораторным рекордам можно хотя бы примерно прикинуть перспективы. Хотя бы "теорема существования" доказана.

Практически проблем с солнечной генерацией много, но все они были бы незначимы, если б СБ были бы дешевле раз в 5-10. Всего. А это не так и много, как кажется.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя IgorZ
IgorZ(1 год 12 месяцев)

Уточню. Раньше читал, что СБ не окупается в энергетическом плане. То есть, за всё время существования она выработает меньше энергии, чем требуется на её создание и последующую утилизацию. Сейчас это преодолели? Если нет, то всё остальное в принципе нет смысла обсуждать: там, где без СБ не обойтись, её всё равно надо ставить, а там, где можно использовать другой источник, она - зло.

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Не, ну что вы. :) Так было где-то в конце 80-90-е, когда СБ делали практически по "электронной" технологии.

Сейчас EROI СБ (в зависимости от типа СБ и места использования) от 8-10 (кремний в Питере) до 40 (тонкие плёнки на экваторе). Понятное дело, что при желании можно и меньше (например, если поставить СБ в тёмном подвале, то там окупаемости не будет ни при каких технологиях), но на практике сейчас с ними... ну, не то чтоб хорошо... Но приемлимо. Много где приемлимо. И это ещё взяв за основу срок службы в 15-30 лет (в реальности через 30 лет они, конечно, деградируют, но энергию продолжат давать в ощутимом количестве без замены или существенного обслуживания... про какую-нить ТЭС или АЭС так не скажешь).

Если (если!) в дело всё-таки пойдут перовскитные гетероструктуры с хорошим ресурсом, то там достижим EROI для экватора и 50-100 (что очень, ОЧЕНЬ много).

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***
Аватар пользователя IgorZ
IgorZ(1 год 12 месяцев)

Спасибо.

Аватар пользователя CCAPMX
CCAPMX(12 лет 5 месяцев)

4. Термализация

чем толще поглощающий слой, тем выше шанс потерять уже пойманную э-д пару.
тем более во всяких "изнасилованых" кремниях.
Что, в принципе, подтверждается ростом КПД всего на пару процентов (с 20-22% до 23-24%).

Верно я понимаю?

Аватар пользователя Simurg
Simurg(7 лет 4 месяца)

Да, именно так. Не строго так (есть куча всяких нюансов), но в целом - так.

Ситуация с "насилием" вообще плохая - пары плохо, бесполезно теряются на дефектах в решётках, а тот же аморфный, наводороженый или микроморфный кремний сам по себе - один сплошной дефект :) Но даже просто обычный кристаллический кремний плох - если паре нужно преодолеть в 1000 раз больше расстояние (при том же растаскивающем её поле перехода, замечу), то и дефектов удельно нужно иметь в 1000+ раз меньше.

Тут можно только с офигением развести руками перед технологами, которые всё это сделали, решили все эти проблемы для кремния в сверхмассовом производстве. :)

Комментарий администрации:  
*** Уличен в клевете и ложном цитировании, отказ принести извинения - https://aftershock.news/?q=comment/11527284#comment-11527284 ***

Страницы