В России и мире, начиная с нефтяного кризиса 1970-х годов, начали задумываться о поиске альтернативы традиционной углеводородной энергетике. Потенциал солнечной энергии, как самый большой и доступный для человечества, всегда приковывал внимание научного сообщества. Использование возобновляемой энергии легло в основу концепции целых социальных и политических движений. В последние десять-пятнадцать лет солнечная энергетика быстро развивалась и получила некоторое распространение в секторе электрогенерации. В целом, можно говорить об экспонециальном тренде роста электрогенерации фотовольтаики в последние двадцать лет [1]:
Казалось бы, сейчас уже достаточно эмпирических данных, а значит можно оценить возможности отрасли отнюдь не теоретически. Но несмотря на это, мнения остаются крайне полярны. Одна сторона отмечает, что себестоимость электроэнергии солнечных электростанций дороже традиционных, отсутствуют рентабельные технологии хранения электроэнергии, необходимые по причине суточных колебаний генерации и многое другое. Другая же сторона рапортует об экспоненциальном росте электрогенерации СЭС, снижении себестоимости ниже уровня традиционной тепловой электроэнергетики. Кто же прав? Как мы часто отмечаем, истина посередине. На наш взгляд, причина разногласий в оценках достаточно проста и разрешает спор противоречащих сторон: актуальность солнечной энергетики очень сильно варьируется по множеству параметров и в зависимости от ситуации оказывается прав то лагерь сторонников, то наоборот. Здесь и далее под солнечной энергетикой подразумевается фотоэвольтаика, применение гелиотермальных технологий пока дороже и такие электростанции менее распространены.
Оглавление:
• Нишевый подход
• Себестоимость электроэнергии
• Архипелаг солнечной энергетики
• Себестоимость как функция от времени
• Сетевой контекст
• EROEI фотовольтаики
• Территориальные аспекты
• Уроки истории: эволюция оценок потенциала фотовольтаики
• Выводы
Концептуальный уровень - нишевый подход
По каким причинам возник сыр-бор разногласий?
• Инсоляция. Если сравнивать Калифорнию и северные области России, то можно говорить о четырёхкратной разнице с пропорциональным влиянием на себестоимость.
• Последние 35 лет цены на фотоэлементы сокращались и даже появилась эмпирическая закономерность: каждые 5 лет цена падает в два раза. Таким образом, оценки себестоимости солнечной генерации постоянно устаревают и этот фактор должен учитываться в обсуждении.
• Сложность электрораспределительных сетей, необходимость в технологиях хранения генерируемой электроэнергии, маневровых мощностях, росте пропускной способности магистральных электросетей увеличивается с ростом доли солнечной энергетики в электробалансе.
• Себестоимость традиционной электроэнергетики сильно варьируется в зависимости от выбора исследуемого государства и временного периода.
Можно ещё долго продолжать, но очевидно, что если рассмотреть вариант с высокой инсоляцией, с предпологаемыми низкими ценами ближайшего будущего, небольшой долей в электробалансе и дорогой местной традиционной электроэнергетикой, то солнечная энергетика значительно превзойдёт традиционную по рентабельности и не потребует особых инвестиций в инфраструктуру. Для обратной же ситуации солнечная энергетика будет выглядеть неприемлемо.
Таким образом, нельзя “рубить с плеча” и бросаться тезисами о солнечной энергетике без оглядки на территориальные, климатические и другие условия конкретного случая. На наш взгляд, следует применять “нишевый” подход, чтобы понять приемлемость солнечной электрогенерации.
Количественные оценки - себестоимость электроэнергии
Оценки себестоимости электрогенерации фотовольтаики зависят от выбранной методологии, стоимости капитала и других параметров, поэтому для получения общей картины стоит опираться на множество независимых оценок:
Верхние границы традиционной энергетики, не говоря уже о генерации из нефтепродуктов, пересекаются с нижними границами оценок себестоимости электроэнергии фотовольтаики. Совместно с другими нюансами это и создаёт ниши привлекательности солнечной энергетики. По нашим оценкам, на сегодня их размер составляет примерно 3-5% мировой электрогенерации. Вне этих узких ниш солнечная энергетика, в целом и на сегодня, экономически не целесообразна.
Размер ниш незначителен относительно всей мировой электрогенерации, но он всё ещё превышает установленные мощности в три раза, что предоставляет солнечной энергетике возможности для дальнейшего многолетнего роста. Учитывая факторы роста потребления электроэнергии в развивающихся странах, снижения стоимости солнечной электрогенерации и увеличения стоимости традиционой генерации, логично предположить, что “ниши” будут со временем увеличиваться. Рассмотрим примеры.
Архипелаг солнечной энергетики
Если смотреть на общем уровне, то на сегодня и в целом применение солнечной энергетики достаточно малообосновано. Но среди океана традиционной энергетики есть место и отдельным островам фотовольтаики. Перечислим причины, по которым появились ниши для солнечной энергетики:
Замещение нефтепродуктов. Во-первых, уже упомянутая себестоимость. Например, Япония, которая занимает третье место в мировой электрогенерации, 10% электроэнергии производит из нефтепродуктов и это не следствие фукусимской трагедии - так было и ранее. По данным Всемирного Банка, в 43 странах доля нефтеподуктов (мазут, дизельное топливо) в электрогенерации выше 10% [10]. Обычно, такая электрогенерация применяется временно, для прохождения дневных пиков потребления электроэнергии, так как ночью электропотребление существенно ниже. Эту дорогую во всех смыслах пиковую дневную генерацию, $100/МВт*ч и выше в случае нефтепродуктов, удобно и дешево заменить солнечной ($100 и ниже), чем Япония и начала заниматься. Аналогичная ситуация может наблюдаться и в случае дорогого импорта природного газа.
Дефицит собственных энергоресурсов. Другим наглядным примером является Индия. В стране имеется катастрофический дефицит как электроэнергии, так и собственной добычи энергоресурсов, о чём красноречиво говорили предвыборные обещания премьер-министра: “Электричество в каждый дом!”. Столь острая нехватка мотивирует решать вопрос любыми путями, да и помимо базовой генерации, нужна и пиковая. Но в стране недостаточные ресурсы угля и не проложено ни одного газопровода - США много лет грозят Пакистану санкциями за согласие войти в проект транспортировки газа из Ирана в Индию через свою территорию, хотя недавно дело сдвинулось с мёртвой точки.
Итогом хронического энергодефицита, политических игр внешних игроков, импортозависимости и т.п. стало решение нарастить долю солнечной электрогенерации, благо высокая инсоляция и дешевая рабочая сила позволят сделать это относительно дёшево, пусть и дороже угольной энергетики. В условиях бешеной динамики экономики (рост 7,5% за 2014г) и вышеперечисленных причин это лучше чем текущее полное отсутствие доступа к электроэнергии у 250 млн. граждан Индии. Министерство Новой и Возобновляемой Энергетики запустило программу проектов с символичным названием “ультра мега солнечные электростанции”, в рамках которой выделены территории под парки солнечных электростанций, подведена инфраструктура и т.п. Ближайшая цель - 100 ГВт к 2022 году [11].
Экологические факторы. Себестоимость тепловой генерации в большинстве стран ниже солнечной, особенно в Китае. Но, например, здоровье за деньги не купишь. Загрязнение воздуха ежегодно уносит жизни порядка 0,5-1 млн жителей Китая и негативно влияет на социальную и политическую обстановку. Вдобавок, две трети мировых производственных мощностей фотоэлементов находятся именно в поднебесной [12]. Так появилась очередная ниша для солнечной энергетики и Национальный Центр Возобновляемой Энергетики Китая ставит целью 100 ГВт установленной мощности к 2020г и 400 ГВт к 2030 [13]. Учитывая, что за первый квартал 2015 года установленная мощность фотовольтаики в Китае увеличилась на 5 ГВт и достигла 33 ГВт [14], цели выглядят вполне адекватно.
Есть и комплексные случаи, например Австралия. Пока генерирующие компании и политические силы спорят кто виноват в высоких розничных ценах на электроэнергию, а именно $250-350/МВт*ч, 14% домохозяйств уже используют фотоэлементы [15]. И так далее.
Таким образом, при использовании нишевого подхода становится очевидно, что в случае конкретных узких ниш правда на стороне приверженцев солнечной энергетики, а в остальных случаях справедливы уже тезисы противников. Но, по-прежнему, упрощения велики и нюансы корректного подхода будут рассмотриваться и ниже.
Перспективы. Себестоимость как функция от времени.
Вопрос развития энергетики не должен ориентироваться на тактические факторы и текущую себестоимость. Срок службы АЭС приближается к столетию, капитальные расходы на разработку отдельных месторождений углеводородов вышли на порядок сотен миллиардов долларов с соответствующим масштабом сроков окупаемости, себестоимость электроэнергии фотоэлементов снижается ежегодно на 15% и так далее. То есть, подход обязан быть стратегическим и с горизонтом планирования в несколько десятилетий, а в случае Франции и России, где особая роль отводится атомной энергетике, горизонт планирования выходит на исторический масштаб - век. А значит контрпродуктивно ориентироваться на текущую себестоимость электрогенерации.
Прогноз, как известно, дело неблагодарное. Тем не менее, это лучше чем ничего. Технологический прогресс позволял экспоненциально удешевлять производство фотоэлементов (в 200 раз за последние 35 лет), инверторов и т.п., а развитие рынка толкает вниз и цены установки и обслуживания. Маловероятно, что прогресс остановится, а рабочие станут менее квалифицированными, поэтому ожидается и дальнейшее снижения цен на фотоэлементы и сопутствующие услуги, в то время как цены на энергоресурсы “при прочих равных” будут расти. Общая суть всех прогнозов одинакова - экспоненциальное снижение себестоимости, которое отмечалось последние 35 лет, продолжится и видимых причин для остановки прогресса пока нет:
В рамках “нишевого подхода” логично опираться на нижнюю границу себестоимости, так как своё развитие солнечная энергетика начинает с наиболее рентабельных ситуаций и будет долго и медленно заполнять их. Заполнение даже 5% мировой электрогенерации займёт около 10 лет.
В соответствии с прогнозами Международного Энергетического Агентства, членом которого является и Россия, и немецкого Института Солнечной Энергетики им. Фраунгофера, солнечная энергия дешевеет, но не становится “дармовой”. Дешёвая традиционная энергетика таких стран как Россия, США, Китай, Норвегия и т.п., предположительно, будет дешевле солнечной в течение многих лет.
Сетевой контекст
Проблема интеграции солнечной энергетики большого масштаба в единую энергосеть сегодня не решена и, более того, решения нет даже на горизонте. “Солнце” это удобный вариант справиться с дневными пиками потребления, но в ряде случаев существует проблема вечернего пика не говоря уже о зиме. Даже неожиданный летний утренний туман, скрывший солнце от нескольких гигаватт фотовольтаики Германии, может озадачить инженеров электросетей - примеры имеются. На данный момент, например Европа, решает свои “сетевые” дисбалансы с помощью импорта и экспорта электроэнергии, но на наш взгляд возможности этого инструмента ограничены. На концептуальном уровне есть ряд подходов:
Резервирование. Удобный пример это Германия. Из-за описанных выше проблем приходится держать “в боевой готовности” 10 ГВт генерации на газовом топливе, то есть резервировать солнечную генерацию, хотя применение солнечной генерации позволило летом почти полностью отказаться от этой дорогой генерации на дневных пиках. Основная часть себестоимости электроэнергии газовой ТЭС это топливо, и общество, в какой-то степени выиграло, сэкономив на импорте природного газа, несмотря на простаивание ТЭС в летнее время.
Обратная ситуация наблюдается в случае маневровых угольных ТЭС, где основная доля себестоимости это капитальные расходы. В этом случае всё наоборот: топливо занимает небольшую долю себестоимости и при снижении коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) электроэнергия в целом обойдётся для общества дороже, так как придётся платить и за солнечную генерацию и за простаивающие мощности угольных ТЭС, которые намного дороже газовых [16].
Аккумуляция. К вопросу сетевых проблем возможно подойти и через аккумуляцию электроэнергии. В странах, где летняя инсоляция значительно превышает зимнюю (напр. Германия), проблемы интеграции начинаются когда фотовольтаика формирует 7% среднегодовой электрогенерации. В этом случае летом среднесуточная доля поднимается к 10%, а в дневные часы - до 30% [17], что представляет серьёзную проблему для энергосистемы. Аккумуляция - напрашивающийся выход для дальнейшего развития ситуации, несмотря на то, что на данный момент в ней пока нет необходимости [18]. Более того, сомнения о масштабном развитии солнечной энергетики редуцируемы к вопросу дешёвой аккумуляции, так как проблема высокой себестоимости электрогенерации фотоэлементов с высокой вероятностью рано или поздно перестанет существовать и останется только проблема интеграции в сеть.
На 2014 год мировая установленная мощность аккумулирующих систем составляет 145 ГВт, 99% представлены гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) [19]. Аккумулирующие системы на сжатом воздухе (АССВ) применяются не одно десятилетие, но пока не получили распространения - текущее исполнение обоих систем критично к географическим и геологическим условиям.
[20,21]
Текущий нижний порог составляет $80/МВт*ч и есть основания полагать, что АССВ и другие технологии способны его понизить, но скорее это реальность как минимум следующего десятилетия. Дополнительные $80/МВт*ч аккумулирующих мощностей неподъёмны для солнечной энергетики, но в какой-то степени это вопрос методологии. Аккумуляторные батареи свинцово-кислотного и других типов на данный момент и в среднесрочной перспективе не целесообразны в роли аккумулирующих систем для промышленной фотовольтаики.
EROEI фотовольтаики - энергетическая рентабельность
Вкратце про энергетическую рентабельность, с примерами и рассчётами, рассказывалось в предыдущей статье и более того, в одной из изданных нами книг, поэтому опустим повторение основ. EROEI фотовольтаики не является “тайной за семью печатями” и существует множество исследований на этот счёт. Если суммировать 38 исследований [22], то можно получить следующий диапазон EROEI для разных технологий:
На наш взгляд, это хорошие результаты. Соответственно, энергетически, солнечные фотоэлементы окупаются за 0,5-4 года.
Территориальные аспекты
Территориальный вопрос для фотовольтаики это ещё один отличный пример “серединной истины” - cтраны сильно различаются по потреблению электроэнергии на единицу своей площади. Ребята из Массачусетсткого Технологического Института оценивают необходимую площадь фотовольтаики для удовлетворения потребности США в электроэнергии как квадрат 170х170 км [9]. Эту же цифру можно получить и эмпирическим путём: например, современная солнечная электростанция Solar Star имеет мощность 579 МВт и площадь 13 кв.км, система слежения за солнцем позволяет поднять коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) до 30%[7], а всё потребление электроэнергии в США составляет 4,1*10^15 Вт*ч - ряд несложных вычислений приведёт любознательного читателя к тому же числу. Для примера, ниже карта США, на которую мы нанесли необходимую площадь солнечных электростанций (с учётом поправки на КИУМ) для удовлетворения всего электропотребления США:
По материалам GoogleMaps
Как видно, несложно отделаться небольшой частью пустынь Аризоны и Невады. Интересно добавить, что суммарная площадь всех крыш в США это квадрат 140х140 км [9]. А вот Япония имеет всего лишь в четыре раза меньшее энергопотребление по сравнению с США и в 25 раз меньшую площадь, поэтому для Японии территориальный нюанс фотовольтаики намного острее и лишних 90х90 км там нет.
Уроки истории: эволюция оценок потенциала фотовольтаики
Парадокс Гегеля гласит, что “история учит человека тому, что человек ничему не учится из истории”. Несмотря на молодость солнечной энергетики, к сегодняшнему дню уже имеется опыт, который “сын ошибок трудных”, и стоит обратить внимание на предыдущие ошибки, чтобы не множить собственные. Суммируя прогнозы по солнечной энергетике многолетней давности двух ведущих энергетических агентств:
[23,24,25,26]
Вывод очевиден - фотовольтаика систематически недооценивалась, причём очень сильно: в 2006 году МЭА прогнозировало 87 ГВт на 2030, но этот уровень был превзойдён уже через шесть лет. Базовый прогноз 2009 года (208 ГВт) будет превзойдён в 2015-2016. Аналогичны были и прогнозы АЭИ (EIA), подразделения Минэнерго США. Суть прогнозов была одинакова - замедление текущего экспоненциального развития, но развитие фотовольтаики систематически опровергало эти предпосылки.
Таким образом, смотреть на развитие фотовольтаики в пессимистичных красках будет, скорее, ошибкой, чему и учит ретроспектива. Следует упомянуть и эффект низкой базы: несмотря на то, что солнечная генерация увеличивалась на 50% ежегодно, в абсолютных числах это составляет около 30 ТВт*ч для последних лет. В то время как мировое потребление электроэнергии увеличивается, в среднем, на 650 ТВт*ч ежегодно [27]. То есть вклад фотовольтаики пока ничтожно мал - 1% мировой электрогенерации и 0,2% мирового производства первичной энергии (этот параметр включает в себя вообще все источники энергии: углеводороды и т.п.).
Выводы
Истина посередине, между двумя обозначенными в начале материала позициями.
Электрогенерация фотовольтаики растёт с высокой скоростью и тенденция продолжится
Существенный вклад в мировую электрогенерацию из-за низкой текущей базы произойдёт в лучшем случае в 2030-х
Таким образом, несмотря на существенный прогресс как фотовольтаики, так и возобновляемых источников энергии в целом, придётся ещё достаточно долго использовать ископаемые топлива, а описываемые трудности перехода на новый энергоуклад - впереди. Развитие в целом и увеличение энергопотребления в частности это неизменные атрибуты человечества на протяжении сотен лет и общество, несомненно, продолжит совершенствоваться. По данным Всемирного Банка, миллиард человек находится без доступа к электроэнергии [28] и задача обеспечить человечество электроэнергией является вызовом для солнечной энергетики. Учитывая, что мировое потребление электроэнергии растёт со скоростью 3% в год, а к 2040 году вырастет вдвое, размер ниш будет увеличиваться как в относительных, так и в абсолютных цифрах.
Интересно взглянуть на результаты и в цивилизационном аспекте [12]:
В рамках предложенного подхода можно утверждать, что искусственно созданная ниша в Европе, в целом, заполнилась и дальнейшее развитие туманно и будет определяться экономической конъюктурой. Поэтому европейская ассоциация фотовольтаики прогнозирует развитие фотовольтаики в широком диапазоне: 120-240 ГВт к 2020 году [28]. Вектор и производства и применения фотоэлементов за последние два года перенаправлен в Азию, где в течение двух лет установленная мощность фотоэлементов превысит соответствующую для стран Европы. Таким образом, и в фотовольтаике просматриваются цивилизационные тренды по смещению мировых экономических и энергетических потоков на восток.
Список литературы:
https://www.iea.org/bookshop/480-Medium-Term_Renewable_Energy_Market_Report_2014
https://www.iea.org/media/workshops/2014/solarelectricity/bnef2lcoeofpv.pdf
http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_RE_Power_Costs_2014_report.pdf
http://mitei.mit.edu/system/files/MIT%20Future%20of%20Solar%20Energy%20Study_compressed.pdf
http://www.iea-pvps.org/index.php?id=3&eID=dam_frontend_push&docID=2150
http://www.cnrec.org.cn/go/AttachmentDownload.aspx?id={1056eb44-8882-46a2-b4a4-c45c42d5c608}
http://cleantechnica.com/2015/04/20/china-installed-5-04-gw-new-solar-q115/
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/projected_costs.pdf
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/Tracking_Clean_Energy_Progress_2015.pdf
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapEnergystorage.pdf
http://energy.gov/sites/prod/files/2013/08/f2/ElecStorageHndbk2013.pdf
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/weo2006.pdf
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/weo2009.pdf
Вячеслав Лактюшкин для "Селадо"
p.s. Реакцию аудитории на слова "солнечная энергетика" знаю прекрасно, поэтому заранее прошу воздержаться от комментариев в стиле "статью не читал, но осуждаю, так как СЭ говно". Статья не восхваляет СЭ, не проплачена "зелёными демонами" и пр.
Критика по делу всегда приветствуется.
Комментарии
Это еще что за предположение? Температура плавления кремния сократится?
Издержки "идеального производственного процесса" равны вовсе не нулю, а некоторой постоянной, ниже которой невозможно физически, причем каждый шаг приближения к идеалу требует все больших инвестиций.
На практике, мы видим, что "экономия" достигалась, как и многое в США, выводом производства в Китай (сокращение оплаты труда) и, вот новая инновация:
США: Еще один вид дотаций на зеленую "энергетику" - рабыП.С. Увидел автора. Гы-гы, сланцевая парочка на пропаганду зелени переключилась.
Это не предположение, это оценки МЭА, Дочебанка и Фраунгоферовского института.
Безусловно они могут ошибаться, но других данных нет н данный момент
Лично я в их документах вижу, ровно то что описал словами выше - резкое замедление дальнейших сокращений:
https://www.iea.org/media/workshops/2014/solarelectricity/bnef2lcoeofpv.pdf
Прошу учесть также следующий факт - стоимость капитала в США в последние годы серьезно занижена (печатный станок и т.д.). При восстановлении нормальной экономической модели стоимость инвестиций резко повысится, что повлияет на эти цифры в большую сторону.
А в статье не то же самое ?
Не обязательно. Технологии бывают разные, в.т.ч. несправедливо забытые, но это скорее исключение, чем правило.
Современные толнечные батареи - тонкопленочные. Расход материалов микроскопический. Как кремния, так и алюминия. Общая толщина - порядка 0.1мм.Рабочая толщина солнечной батареи - считанные микроны. Расход энергии на производство снижается пропорционально.
Когда раньше батареи резали из монокристалла кремния - да, было дорого.
это все понятно и известно / реализовано большей частью давно
не нужно думать что люди тупые и не искали способы экономии изначально
Я об инженерах ничего плохого не думаю. Это просто факты - ранее солнечные батареи были толстые, под миллиметр кремния толщиной, энергозатраты большие по определению.
В последние 3-5 лет - стали тонкие даже из Китая. Я в руках держал и тестировал и те и те. Тонкие действительно работают хорошо, но хрупкие конечно. Впрочем, для батареи в сборе хрупкость не проблема. Следующий этап - вероятно интеграция СБ с защитным стеклом, это позволит слой кремния еще в 10 раз тоньше сделать, соответственно затраты энергии на производство еще упадут.
Проблема в солнечной энергетике только непостоянство генерации, без учета этого фактора EROI формально бесконечен.
Нет, не бесконечен. Любой процесс можно лишь приблизить к идеальному, и затраты идеалнього ненулевые.
Плёночные- аморфный кремний. КПД заявленный 5-10%, в 2 раза ниже чем у монокремния. Заявляемый производителями срок эксплуатации ниже стандарта в 4 раза, т.е. 5-7 лет. Цена ниже в 1,5-2 раза.
Остаётся открытым вопрос, как там с отдачей вложенных энергоединиц, без учёта сопутствующего вспомогательного оборудования?
У вас устаревшая информация. Тонкие батареи уже научились рекристаллизировать - КПД те же 17%.
Срок службы - те же условия, 80% после 25 лет.
Вона чё... как время то быстро бежит, ещё вчера было вчера, а нет- 25 лет минуло. Иногда желаемое идёт за действительное.
Вы с индиевыми, диселенидами или миксы не путаете с аморфным? А ссылками, не рекламными, где большие лбы наморщены с испытаниями и прочими тестами, на основе которых сделаны выводы можете в меня покидаться, буду искрине признателен. Сам в интернете не нашёл, кроме ОБС на сайтах торгующих данными девайсами.
Я сужу в первую очередь по реальным батареям, которые у меня в руках, а не по рекламе.
Вот тут в книге ссылки на рекристаллизацию. Идея в том, что батарею подогреваем, и быстрым локальным нагревом - перекристаллизируем. Но как именно сделаны тонкие батареи, которые у меня я не знаю - однако факт в том, что они тонкие и поликристаллические (не аморфные): http://3.14.by/ru/read/modern-solar-cells
https://books.google.ru/books?id=SvVYBK6YAxAC&pg=PA91&lpg=PA91&dq=solar+cell+recrystallization&source=bl&ots=0arECLIo78&sig=x6ERnF82zkF8P_EKbd0WW5FheSs&hl=en&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=solar%20cell%20recrystallization&f=false
Интересная книжка, спасибо. Удивительно, 2006 г. и практически не устарела. Топчется на месте в обозначенных пределах.
Т.е. сейчас идут по пути- лазер на оборот. Тот же принцип гетеропереходов... если упрощено. Heterojunction with Intrinsic Thin layer (HIT) - другой переход с внутренним тонким слоем.
По гибким панелям, нанесение взято из микроэлектроники. Замена основания, вместо кремниевой подложки или выращенного кристала, импульсный лазерный нагрев был использован для отжига пленок аморфного кремния на что там у вас заявлено. А вот простой он, т.е. с одним слоем или мульти? Заявляемые КПД в районе больше 10%, при таких толщинах, это из области лабораторных достижений, громко заявить о своих успехах, к реальному миру никакого отношения не имеет. Срок эксплуатации? На кровле краска столько лет не держится без изменений. Влажность, давление, температура и хим.состав воздуха.
Поймите, из-за не ясности процессов изготовления одни вопросы, какова энергетическая стоимость изготовления девайсов.
Что казалось бы проще, пусть производитель, примерно, заявит: "На одну установку, лабораторной производительностью 100-300 кВт/год на м2, нами затрачено 100 кВт энергетических мощностей. Срок эксплуатации данной установки составит 10-20 лет."
Всё. Вопросы автоматически исчезнут. Вру. Появятся другие, но это уже будет другая песня и к самим изготовленным панелям не относящаяся. Почему нам, людям, далёким от данной "кухни" надо искать, считать, учить и догадываться. Нет объяснений энергетических вложений со стороны "светил", значит нет и вспомощи, как там: нет ручек- нет конфетки.
Не нужно придумывать недостатки, которых нет. 17% фактической эффективности у тонких однопереходных элементов, которые я лично руками трогал.
Естественно с "просветляющим" прокрытием. 17% это уже Рутина. Конкуренты однопереходные солнечные батареи уже до 22-23% догнали.
А то что у нас для тонких элементов местами 8% выдают за достижение (Хэвел/Oerlikon Solar/Роснано - я смотрю на вас) - это печально.
По затратам - можно пересчитать через стоимость: 1Вт солнечного элемента стоит ~0.5$, это при цене 0.1$ за кВт*ч - 5кВт*ч энергии.
Соответственно, 5000 часов под солнцем и элемент условно отобъет затраты энергии за своё производство. Т.е. 1.5-2 года.
В реальности конечно сборка батарей, электроника, установка - увеличивают общую стоимость в ~2 раза, т.е. возврат энергетических инвестиций за 3-4 года.
Срок службы - и 100 лет может быть, с падением мощности до ~50-60% от номинала к концу срока.
Вы солнечную активность замеряли и результаты выхода эл.энергии меряли? Или, заявленную производителями, выходную мощность считали при активном пользовании? Честно, интересен процесс вашей оценочной деятельности.
"...российские опытные образцы получили высокую эффективность преобразования солнечной энергии до 20% . ...Мировые разработки по увеличению эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую для лабораторных образцов удалось достичь до уровня 25,6%, так что достижение российских ученых имеет уже достаточно высокий показатель для промышленного образца."http://old.promvest.info/news/innovation.php?ELEMENT_ID=2147488127
Подсчёт через денежную стоимость изначально ошибочен. Честный подсчёт, через количество вложенной энергии, при производстве будет. Но таких данных нет!
Результаты фактического замера эффективности тонкого монокристаллического элемента:
Элемент размера 1x5 дюйма (25.4*155мм) жмет 1.45А при напряжении 0,52В.
Это 0,757Вт. Солнечный свет на такую площадь падает суммарной мощностью 25.5*155/1000/1000*1000=3.9525Вт (исходя из 1000Вт на м2)
Фактическая эффективность 19,1%
Это максимальный поток солнечного излучения на уровне моря и то на экваторе. Реальная в два или три раза меньше.
Возьмём ваши данные и поделим на два - грубо 2 Вт. Следуя направлению ваших расчётов, то эффективность преобразования составляет 37,85%
Вопрос: Где заложена ошибка?
Вот правильные цифры:
Солнечная постоянная - 1367 ватт на квадратный метр, но это вне атмосферы. На практике в идеальных условиях на поверхности земли солнечный поток составляет не более 1020 ватт на метр. Но это на экваторе в полдень без облаков. Усредненное, с учетом облачности и т.д. реальное значение, основанное на периоде наблюдений за несколько лет даже на экваторе находится в диапазоне 200-300 ватт на метр. Даже в пустыне Сахара, например, эта величина составляет 260 ватт на метр.
http://aftershock-2.livejournal.com/19235.html
О чём ты?! При 200 Вт, его панель, показывает процент преобразования солнечной энергии под все 100%, глянь цифры, что он даёт и приди в ужас, от его величия)))
Солнечный элемент я естественно располагал перпендикулярно солнцу, так что широта не имеет решающего значения.
А так да, полдень, без облаков.
Я ещё раз спрашиваю, вы можете сами найти ошибку в своих расчётах или вам помочь?
Вы выкатили подозрения относительно фактического КПД китайских тонких элементов. Я привел вам фактические результаты измерений. К фактическим измерениям претензии есть? Если есть - то конечно подробно излагайте. Повторюсь, речь идет только о КПД самого элемента.
Относительно более ранних расчетов возврата энергетических затрат на производство элемента - я естественно сделал очень грубые первые оценки. Изложите свое видение ситуации с расчетами. Можем взять фактическую инсоляцию для Крыма например, учитывающую уже облачность, зиму, расположение СБ к горизонту.
Извините! Вопросы который надо было сразу решить, а не откладывать, где был проведн опыт, какого числа, при какой пиковой солнечной активности во время проведения опыта?
Выгодна солнечная энергетика? Вперед, делайте электролиз алюминия и конвертерную плавку металла на солнечных батареях. Или хотя бы опреснители на фотовольтанике поставьте у саудов. Только сауды, почему-то, РосАтом кличут...
В каких-то условиях выгодна, в каких-то нет. Об этом и статья.
Что касается КСА:
В течение 20 лет королевская семья Саудовской Аравии намерена инвестировать $80 млрд и $240 млрд в ядерную и солнечную энергетику соответственно. Эти источники должны обеспечивать по 15% потребностей электроэнергии государства.
Опреснители на солнышке там тоже есть и продолжают строиться.
80 и 240 ярдов, а выхлоп одинаковый: по 15% каждый! Этим все сказано.
солнечный кипятильник точно выгоден, даже в наших широтах.
"Ребята из Массачусетсткого Технологического Института оценивают необходимую площадь фотовольтаики для удовлетворения потребности США в электроэнергии как квадрат 170х170 км" - а что нужно для аккумулирования этой ЭЭ на ночь ?
несуществующие в природе аккумуляторы! чего ж тут непонятного!
ГАЭС же, не?
А зачем её аккумулировать на ночь?
Никто никогда не будет этим заниматься. Пример был дан для демонстрации того, что в каких-то случаях (Япония) география тоже может играть большое значение.
Ну, если не заниматься аккумулированием ЭЭ, то она реально может занимать только очень нишевую область (да - может, здесь автор прав).
И, да, согласен, география имеет решающее значение. Вот у нас в Челябинске недавно выглядывало солнце. 15 минут продержалось...
Предположим, я покрою панелями крышу своей "пятиэтажки". Думаю, много толку не будет. Зимой будем регулярно снег счищать... 
Не, я не вижу на глобусе России подхолящих мест...
В ближайшее время вряд ли мир будет беспокоить проблема аккумулирования СЭЭ, слишком мал общий объём выработки.
В России панельки вообще очень мало применимы. Пока только их вижу на некоторых светофорах в совокупности с ветрячком.
А ночью пусть детишек делают, нефиг ЭЭ жечь попусту...;-))
Разблокируйте понимание плотности энергетического потока затрачиваемого на полное производство оборудования с последйющей утилизацией, хранения и транспортировку до потребителя с его отдачей в работе, не прибегая к денежным единицам. Опыт у вашего издательства имеется, ну, хотя бы один такой залёт я здесь уже видел.
Без утилизации, хранения и транспортировки сравнение затраченного на полученное есть тут - http://www.researchgate.net/publication/273818473_Energy_payback_time_%28EPBT%29_and_energy_return_on_energy_invested_%28EROI%29_of_solar_photovoltaic_systems_A_systematic_review_and_meta-analysis
Что касается хранения, траспортировки и утилизации, то это отдельная работа, немалая причём, возможно она будет проделана в будущем.
Эвона, как вы меня срезали... Я сходил, почитал,- вода на киселе.
Объясняю: я вам конкретный вопрос задал, разблокируйте- переведите затраты в энергоединицы, а вы меня к коэфицентщикам отправили, по сути к первоисточнику предоставленного вами опуса. Где по сути дан анализ эффективности панелей на разных подложках, с принятой за основу, годовой инсоляцией в 1700 кВт/год на м2 со сроком эксплуатации 30 лет. Этак я, от таких цифирей, на идише начну разговаривать, т.е. по ихнему- по фене ботать.
Придётся самому направление задавать)))
У нас Солнце в Астрахани, при горизонталке, - 1370 кВт/год на м2 выдаёт. При 13% на монокремнии 178 кВт/год на м2. Но, учитывая необходимый рабочий нагрев панели, облачность, зимний период и не постоянство нагрузки, в реальности коэфицент смело рисуется в районе 5%, что даёт 68 кВт/год на м2. Заметьте, не солнечной энергии, а выдаваемой электроэнергии. Срок эксплуатации также не будет больше 20 лет и то под вопросом, может подложка сгниёт, может стекло защитное стукнется, а может крыша провалится, одни гадания. Ухудшение, получения энергии, из-за непосредственно старения самих солнечных панелей, про стекло молчу, за период работы составит 20 %, т.е., в среднем, минус 1% каждый год. Этот один процент можно смело вычитать из 5%, что даёт 4%, а это 55 кВт/год на м2.
55 кВт/год на м2 за 20 лет даст 1100 кВт выработанной эл/энергии с м2. Сегодняшний вес 1 м2 монокремниевой с утеплителем, с защитным закалённым стеклом, с фронтальным ламинатом, с фольгированной подложкой и рамой из анодированного алюминия, солнечной панели составляет ~15 кг
Т.е., отдача электроэнергии общей выработки панели, без учёта сопутствующих контроллеров и инверторов (про аккумулирующие мощности даже не заикаюсь), составит 73 кВт/кг на м2 за весь срок эксплуатации или 3,6 кВгод на м2.
Данные цифры позволяют нам заявлять, что производство 1 кг анодированного алюминия мы отобьём за 5-6 лет (15-20 кВт/кг). Через 5-6 лет мы отбиваем доставку, установку, послегарантийное обслуживание. Через 3 года отбиваем утеплитель, ЛКМ и ламинат. Стекло 3 года. А вот энергопотребление на производство самих панелей не знаю, как и на производство инверторов.
Вывод. Вложение энергетических единиц разом и сегодня с последующим их обесцениванием, т.е. инфляционное вложение. И, не забываем,- это Астрахань.
Послесловие. Цифры и метод подсчёта из моего жизненного опыта и информации открытых источников, если кто с ними не согласен- это его сугубо личное мнение. Я на объективность не претендую- не издательство.
блин. я эту статью видел на Гике где то неделю назад. но она настолько обтекаема, что даже постеснялся выкладывать.
Единственное с чем я согласен с авторами - так это в том что применение у солнечной энергетики - чисто нишевое.
Просто она объективна, поэтому и кажется обтекаемой.
Не читал, но осуждаю! Как автор и предполагал.
Вообще-то хотя и много написано, но по-моему некорректно.
Как можно например писать : " Соответственно, энергетически, солнечные фотоэлементы окупаются за 0,5-4 года." - если нет круглосуточной работы без аккумуляции? Зачем раздельно анализируется акуумуляция (без которой в приципе нельзя) и солнечная генерация?
Сознательный манипулятивный прием чтобы дезориентировать читателя? Много текста, но ввиду означенного читать не хочется.
Хотя теоретически, солнечная энергетика возможна, если предположим все мировые державы договорятся и построят по окружности Земли* "Великое солнечно-энергетическое кольцо" и вся энергосистема Земли** будет единой. Тогда да, солнечная энергетика перестанет быть маргинальным увлечением, а станет серьёзным источником развития цивилизации. Но никак не раньше.
*Включая разумеется поверхность океанов.
**Энергосистема разумеется должна быть на основе сверхпроводимости.
Почему в принципе нельзя ?И некруглосуточность работы никак на ЕРОЕИ не влияет.
Можно конечно.Но это именуется научная недобросовестность. Потому, что сравнивается с уже сущестующими "круглосуточными" объектами.Нечистый манипулятивный приём.
Хотя уже сам факт, что кто-то допускает , что это нормально, вызывает отторжение. Это же не политический спор.Где каждый отстаивает свои интересы, это [должен быть] объективный научный подход. Энергоёмкая промышленность, ЕМНП, в основном круглосуточная.
А бытовые расходы опять же, ЕМНП, это процентов 10 от всех энергорасходов.
Какая разница постоянно работает станция или нет. Важно, когда она вернёт затраченную на неё энергию.
Сейчас СЭС в целом работают без аккумулирующих мощностей, так как их удельный вес мал. То что ими вырабатывается сейчас всё сразу идёт в сеть, в т.ч. в Германии, где СЭС дают около 7% электроэнергии.
Я понял, что вы не хотите рассуждать объективно. Не понял почему.
По мне так приведенные вами аргументы (в комментарии, естесвенно, пресловутые 7%) фактически означают "у СЭС нет будушего".
Для больших систем можно и без аккумуляции.Для балансировки выдачи и спроса достаточно иметь резервные мощности.
Надо отметить,что выдача с СЭС и ВЭС не исчезает мгновенно,как при аварии на крупной АЭС или ТЭС.Поэтому не требуется держать дорогой горячий резерв.Во многих странах не требуется и затрат на создание резерва,посколько он уже существует в виде излишков генерирующих мощностей.
Поэтому встает вопрос о создании рынка мощностей в дополнение к рынку электроэнергии.
Я уже понял, что меня не услышали.
А содержать сей резерв в годном состоянии? А всю индустрию, которая создаёт и сам резерв, и сырьё для него (и топливо)? Но при этом эксплуатировать в рваном графике???
Всё это дорого, и это надо понимать.
Умные люди давно уже всё посчитали.Получилось дешевле,чем без ВЭС и СЭС.
Это зависит Грин... зависит от того, где и как. Не везде есть ветер, и не везде есть много солнечных дней. Выгодные места кончатся, а проблемы человечества - останутся.
Страницы