Мифы и реальности солнечных электростанций


Споры об экономический эффективности использования источников возобновляемой энергии в быту сошли на нет: солнечные батареи и ветряки применяются при отсутствии центрального энергоснабжения, а иначе они не окупаются. Однако с началом процедур принятия поправок в закон об электроэнергетике появляются стимулы использования солнечной и ветровой энергии.

Дело в том, что одним из самых дорогих компонентов солнечной электростанции являются аккумуляторные батареи, накапливающие энергию днем в солнечную погоду и отдающие её в тёмное время суток. Кроме высокой стоимости аккумуляторы имеют ограниченный срок службы и требуют периодической замены.

Если будет окончательно реализован принцип выкупа избытка генерации электроэнергии сетевой компанией, то в роли аккумуляторов будет выступать городская электрическая сеть. Днем, в отсутствии основной части потребителей дома вырабатываемая солнечной панелью энергия будет передаваться в сеть, а вечером начнется потребление из неё.

Принцип работы и разновидности

Солнечная панель представляет собой набор полупроводниковых элементов, преобразующих солнечную энергию в постоянный ток.

Различают монокристаллические пластины и поликристаллические. Монокристаллические батареи более сложны в производстве и примерно на 10% дороже поликристаллических, но имеют более высокий КПД (примерно на 30%). Тем не менее, поликристаллические пластины медленнее снижают свои характеристики с течением времени. Другой вид солнечных панелей - плёночные, они менее эффективны и находят свое применение в мобильных устройствах.

КПД монокристаллической батареи в солнечный день может достигать 25%. Не стоит забывать, что с ростом температуры производительность панели снижается. Повышение температуры элемента на 10°С приводит к снижению его эффективности почти в два раза.

Схемы включения

В состав солнечной электростанции входит набор панелей необходимой мощности, контроллер заряда аккумуляторов, сами аккумуляторные батареи и инвертор, преобразующий постоянный ток панелей или аккумуляторов в переменный ток.

Если использовать сетевой инвертор, то его можно подключить к городской сети и исключить аккумуляторы с контроллером. В таком случае, если мощности солнечной генерации достаточно для обеспечения всей нагрузки дома, потребления из сети нет. Днём, когда светит солнце и потребление дома минимально, происходит выдача лишней мощности в сеть. За эту энергию электросетевая компания заплатит по рыночной цене. При недостатке мощности к "солнечной" электроэнергии подмешивается электросетевая.

Расчет и цена

В солнечную погоду каждый 1 кв.м. площади панелей вырабатывает до 100 Вт электроэнергии. Ставить солнечные батареи мощностью более 15 кВт не имеет смысла, для дома, в котором проживает 3-4 человека достаточно около 20 кв.м солнечных панелей.

Цена одного Ватта солнечной панели составляет около 35 руб. Батарея на 2 кВт будет стоить около 70 тыс.руб. Сетевой инвертор обойдётся в 50 тыс.руб. Провода, выключатели и другие материалы, а также монтаж, наладка потребуют ещё около 30 тыс.руб. Итого за 150 тыс. руб. получаем солнечную электростанцию на 2 кВт.

Возьмем для примера Ростовскую область. В году примерно 950 ясных часов, когда выработка максимальная и около 2 тыс. облачных часов, пусть в эти дни выработка упадёт вдвое. Тогда за год наша электростанция выработает примерно 4 000 кВт*ч. При цене 5,43 руб. за киловатт экономия составит около 20 тыс. руб. Т.е. за 7,5 лет затраты полностью окупятся.

Конечно расчет очень условный, европейское оборудование будет несколько дороже, а китайское, наоборот, позволит уменьшить затраты.  В случае принятия государственной программы стимулирования возобновляемой частной микрогенерации может стать выгодным ставить на крышах своих домов солнечные батареи.

Рассмотрим некоторые проекты за рубежом, недостатки которых невозможно было рассчитать и предугадать.

США

Провалы и финансовые потери при кредитовании проектов в области возобновляемых источников энергии неизбежны. В этом уверенны сторонники государственного инвестирования в них. В любом новшестве тяжело предусмотреть все подводные камни и ситуации форс-мажора.

 Солнечная тепловая электростанция Crescent Dunes мощностью 110 МВт была остановлена после того, как потеряла последнего клиента.

 В своё время в гелиотермальный проект инвестировали порядка $1 млрд, включая кредиты от государства.

Аэрофотосъемка проекта по солнечной энергии Crescent Dunes близ Тонопы, штат Невада.

Строительство солнечной станции Crescent Dunes гелиотермального типа станции началось в 2011 году: разработчики планировали, что объект будет вырабатывать электроэнергию 24 часа в сутки. Кроме того, считалось, что благодаря системе хранения тепловой энергии в расплавленной соли станция сможет поставлять энергию даже в пиковые часы.   Во время работы гелиотермальной станции расположенные по кругу зеркала фокусируют концентрированный пучок солнечного света на тепловом элементе (сосуде с водой или солью), который расположен в центре объекта.

Объект был введён в эксплуатацию в сентябре 2015 года, однако уже в октябре 2016-го его пришлось остановить из-за протечки резервуара с расплавленной солью. Возобновить выработку электроэнергии удалось только в июле 2017 года.

В 2019 году электростанция потеряла единственного клиента-покупателя энергии, компанию NV Energy, входящую в империю Уоррена Баффета, которая упрекала Crescent Dunes в недостаточной надёжности и неспособности обеспечить поставку требуемых объёмов электроэнергии. В результате этой потери объект был остановлен.

Сейчас задолженность станции перед государством оценивается в $737 млн. Руководство объекта ищет покупателя, который сможет реанимировать станцию, или разобрать.

Кроме того, станция, по-сути, стала жертвой научного прогресса: в начале 2010-х годов, когда проект только создавался, фотоэлектрическая генерация была почти в 4 раза дороже, чем гелиотермальная. Сегодня же цена фотоэлектрической генерации стала в 3-4 раза дешевле.

Австралия

Лесные пожары резко повлияли на работу солнечных электростанций. Расположенные на крышах домов солнечные панели в Австралии выработали на 45% меньше электроэнергии из-за массивных пожаров, которые охватили всю страну. Cамое сильное снижение мощности фотоэлектрических модулей произошло на Новый год, в канун сильных пожаров.

Эксперты также рассказали, что снижение выработки панелей не ограничилось днями, когда небо было затянуто смогом пожарищ. Кроме того, от пожаров пострадали даже панели, которые были расположены на большом удалении от очагов возгорания. Основной причиной ухудшения работы фотоэлектрических моделей стал слой пепла, который образовался на поверхности панелей. В среднем пыль и твердые частицы способны снизить эффективность солнечных панелей на 25%. Соответствующие исследования были проведены в регионах Индии и Китая. В случае двух стран причиной загрязнения воздуха стали выбросы от сжигания ископаемого топлива, в частности угля.

«Впереди нас ждёт ещё немало громких провалов», - говорит профессор экономики Йельского университета Кеннет Джиллингем, который изучал вопросы энергетики в рамках Совета экономических советников при Белом доме.

По материалам Tester Osn, Наука и техника





Комментарии

  1. Игорь Б. 24 января 2020, 12:28 # 0
    Пока представленные альтернативные источники не совсем удовлетворяют предъявляемые к ним требования. Очень дорогостоящие и ненадёжные. А разработки Николы Тесла исчезли в неизвестность.