Солнечная парковка занимает 350 000 квадратных метров, на ней установлены 90 000 солнечных батарей и место для более чем 15 000 автомобилей.

Пока посетители фестиваля развлекаются у сцены, солнечный навес способен одновременно генерировать до 35 МВт энергии от солнца. Этой энергии достаточно для снабжения 10 000 домов или 100 фестивалей Lowlands.

Голландский фестиваль уже много лет работает над тем, чтобы сделать мероприятие более экологичным, но потребление энергии оставалось большой проблемой. Ежегодно на фестивале используется 300 000 кВтч электроэнергии.

Со строительством навеса для автомобиля на солнечных батареях мероприятие делает огромный скачок в сторону зеленой энергии и переосмысливает отношения между музыкальной индустрией и климатом.

Фестивали известны своим пагубным воздействием на экологию. От рек, наполненных запрещенными веществами, до брошенного туристического снаряжения. Навес Lowlands использует двусторонние солнечные панели — уникальную форму солнечного элемента, способного пропускать через себя свет.

Это означает, что свет, отраженный от земли, можно использовать для выработки энергии. Это также позволяет расти траве , обеспечивая питание для местных овец.

Согласно термодинамике, для производства работы за счёт тепла требуется поток тепла от горячего источника к холодному стоку. В дневное время фотоэлемент солнечной панели работает как тепловой двигатель, используя Солнце в качестве источника тепла и окружающую среду Земли в качестве поглотителя холода, преобразовывая солнечное излучение в электрическую энергию. В дополнение к солнечной радиации существует исходящий радиационный тепловой поток от Земли в космическое пространство. Такой исходящий тепловой поток возможен потому, что атмосфера Земли прозрачна в среднем инфракрасном диапазоне длин волн. Величина такого исходящего теплового потока очень велика, поскольку он должен в среднем уравновешивать тепловой поток от входящего солнечного потока, чтобы Земля поддерживала свою температуру. Таким образом, имея доступ к ясному небу, любой объект на Земле может излучать тепло в космическое пространство, что обеспечивает механизм радиационного охлаждения. В последнее время такой эффект радиационного охлаждения вызывает значительный интерес, когда основное внимание уделяется охлаждению различных материалов и интеграции в приложения, связанные с энергетикой, такие как охлаждение зданий.

Инфракрасный свет, выделяемый от поверхности солнечных панелей позволяет устройству, разработанному учёными из Стэнфордского университета — термоэлектрическому генератору (TEG), — производить электроэнергию за счёт разницы температур между окружающим воздухом и поверхностью солнечной батареи. Радиационное излучение происходит как в ночное, так и в дневное время.

Запрячь радиационное излучение

Сбор исходящего от поверхности теплового потока представляет интерес для выработки электроэнергии в ночное время. Полярность выходного напряжения обратная по сравнению с обычной дневной работой, но реализация схемы требует, чтобы фотоэлектрический элемент (PV) был сделан из полупроводников с малой шириной запрещённой зоны, которые могут работать в тепловом диапазоне длин волн, что делает схему невозможной для кремниевых элементов, обычно используемых для солнечных элементов. В качестве альтернативы, поскольку типичная оболочка фотоэлемента состоит из диоксида кремния, который сильно излучает в среднем инфракрасном диапазоне длин волн, фотоэлемент должен демонстрировать сильный эффект радиационного охлаждения в ночное время.

Стандартные фотоэлектрические элементы могут обеспечить возобновляемый автономный источник электроэнергии, но они производят энергию только за счёт дневного солнечного излучения и не производят энергию ночью. Хотя было несколько теоретических предложений и экспериментальных демонстраций сбора энергии от радиационного охлаждения фотоэлемента в ночное время, достигнутая плотность мощности очень низкая.

При ясном ночном небе термоэлектрический генератор достигает выработки 50 мВт/м2, с напряжением холостого хода 100 мВ. Разработчики считают, что это не предел. С некоторыми модификациями (и в благоприятной локации) подобное устройство может производить в два раза больше электричества. Теоретический предел составляет примерно 1-2 Ватт на квадратный метр. Это достаточно малое число, но даже подобная электроэнергия ночью может найти применение в разных отраслях.

Тем не менее, остаётся много проблем. Во-первых, мощность, вырабатываемая ночью, составляет всего 50 мВт/м2 по сравнению с ~1000 Вт/м2 для стандартной солнечной панели. Во-вторых, тепло будет охлаждаться относительно быстро, что приведет к уменьшению количества произведённого электричества.

Сегодня, большая часть населения мира — 1 000 000 000 человек — не имеет доступа к электрической сети. Во многих сельских районах, зависящих от мини-сетей или автономных систем, обеспечение электроэнергией в ночное время часто требует установки значительных дополнительных аккумуляторных батарей, что значительно усложняет систему. Разработка средств для извлечения энергии из существующих фотоэлементов в ночное время позволит уменьшить дневное ограничение выработки фотоэлектрической энергии и уменьшить или устранить потребность в аккумуляторных батареях в системах электроснабжения. По сравнению с аккумуляторами, которые значительно портятся после многих сотен и тысяч циклов зарядки, TEG, применяемые в солнечных батареях, являются твердотельными (срок службы которых практически неограничен).

Ещё одно неплохое применение такой технологии — питание огромной сети датчиков мониторинга окружающей среды, которые исследователи используют для отслеживания всего, от погодных условий до инвазивных видов в отдалённых уголках земного шара.

Рабочий прототип: LDPE — low-density polyethylene (полиэтилен низкой плотности)

Изобретение использует источник энергии, который очень легко не заметить. Земля постоянно получает огромное количество энергии от Солнца, порядка 173 000 ТВатт. Облака, частицы в атмосфере и отражающие поверхности, такие как заснеженные горы, отражают 30 % этой энергии обратно в космос почти сразу же. Остальное в конечном итоге нагревает землю, океаны, облака, атмосферу и всё остальное на планете.

Но эта энергия не остаётся на Земле. За исключением дополнительного тепла, которое поглощают парниковые газы, Земля вырабатывает примерно столько же энергии, сколько получает. Поэтому планета выделяет колоссальное количество энергии в виде инфракрасного излучения.

Современные учёные не первые, кто применил радиационное охлаждение. На юго-востоке Ирана есть остатки десятков Якчалов, так называемых «ледяных домов», которые древние персы использовали в качестве холодильников 2400 лет назад. Люди заливали воду в неглубокие бассейны рядом с ледяными домами. Даже если температура воздуха была выше нуля, вода замерзала. Утром люди собирали лёд и переносили его в ближайшую структуру, похожую на улей, которая использовала другие методы пассивного охлаждения, чтобы держать лёд ниже точки замерзания в течение всего лета.

Перспективы

Солнечная батарея на самом деле не очень хороший проводник тепла. Инженеры поняли, что энергия, выходящая за края солнечной панели, не вносит большого вклада в выходную мощность системы, потому что тепловая энергия не может легко проходить через сам солнечный элемент. Разработчики решили эту проблему, прикрепив солнечный элемент непосредственно к алюминиевой пластине, которая проводит энергию намного эффективнее.

Первоначально, созданное экспериментальное устройство могло питать светодиодную лампочку. Все детали, использованные для экспериментального устройства, были куплены в магазинах бытовой техники и электроники общей стоимостью менее 30 долларов.

Установка включала алюминиевый диск, окрашенный в чёрный цвет с одной стороны, обращённый к небу. Диск использовался для излучения тепла из окружающего воздуха. В его состав также входил термоэлектрический генератор — устройство, вырабатывающее электрическое напряжение в ответ на перепад температур.

Экспериментальное устройство

Устройство вырабатывало примерно 25 милливатт на квадратный метр. Хотя это намного меньше, чем солнечный элемент аналогичного размера, устройство можно легко использовать для выработки электроэнергии в местах, которые не подключены к электрической сети.

Теперь группа ученых утверждает, что использовала этот эффект для создания элемента «антисолнечной энергии», который может генерировать в 120 раз больше энергии, чем любое подобное устройство. Конкретная конструкция может быть сравнима с производительностью тепловой машины Карно — теоретический термодинамический предел для «идеального» двигателя. Этот результат значительно выше и указывает на потенциальную применимость сбора электроэнергии в ночное время.

Конечно, текущая модель еще не близка к коммерческому применению. Тем не менее, учитывая преимущества, которые она может принести в области возобновляемых источников энергии, эту технологию определенно стоит изучить. Ведь чистая энергия от ВИЭ обеспечила рекордные 38 процентов мирового спроса на электроэнергию в 2021 году. В настоящее время 50 стран производят более 10% электроэнергии из ветряных и солнечных источников.

Источник

Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!

По итогам 2019 г установленная мощность мировой солнечной энергетики достигла 629 ГВт после того как в течение года было построено почти 115 ГВт фотоэлектрических станций, говорится в новом докладе “Snapshot of Global PV Markets 2020” от IEA PVPS [Программа по фотоэлектрическим системам (PVPS) Международного энергетического агентства (МЭА) основана в 1993 году и является одним из соглашений о сотрудничестве в области исследований и разработок, заключенных в рамках МЭА].

Результат прошлого года соответствует краткосрочному прогнозу МЭА, опубликованному в сентябре 2019 г и является абсолютным рекордом для отрасли (см. верхний график).

Крупнейшим рынком по традиции стал Китай, в котором было установлено 30,1 ГВт солнечных электростанций. За ним следуют США (13,3 ГВт) и Индия (9,9 ГВт).

В Евросоюзе было введено в эксплуатацию примерно 16 ГВт. Как мы уже отмечали, крупнейшими рынками Европы в 2019 году стали Испания (4,4 ГВт) и Германия (3,9 ГВт).

На долю Азии пришлось около 57% от общего объема новых мощностей. Такие страны, как Южная Корея, Тайвань и Малайзия, компенсировали снижение спроса в Китае.

Десятка крупнейших рынков мира по установленной мощности солнечной энергетики (справа) и объемам вводов новых мощностей в 2019 г (слева) показана на следующем графике:

Как мы видим, теперь входной билет в первую десятку по установленной мощности – это 10 (9,9) ГВт установленной мощности. В прошлом году было достаточно восьми гигаватт.

Также следует отметить, что в 2019 году десять стран ввели в эксплуатацию более 3 ГВт солнечных электростанций. Для сравнения, вся программа развития солнечной энергетики в России до 2024 года – это менее 1,8 ГВт.

В докладе отмечено, что фотоэлектрические системы, установленные во всем мире, в настоящее время способны покрыть около 3% мирового спроса на электроэнергию.

Показатели, приводимые в докладе IEA PVPS, несколько отличаются от данных из других источников. Скажем, IRENA в своём недавно опубликованном отчёте насчитало «всего» 97,1 ГВт новых мощностей фотоэлектрической энергетики в 2019 году, а некоторые другие эксперты аж 125 ГВт. Наши многолетние наблюдения показывают, что такие расхождения «в порядке вещей». Они, вероятно, обусловлены использованием разных баз данных и методов оценки, скажем, учётом объектов по постоянному или переменному току.

https://renen.ru/v-mire-bylo-ustanovleno-115-gvt-solnechnyh-...

Кремниевые пластины (silicon wafers) — это основа для производства солнечных элементов (ячеек), из которых затем собирается модуль.

LONGi инвестирует в производственное оборудование нового предприятия около 2,0 млрд юаней (286 млн долларов США).

Ранее LONGi объявляла, что планирует довести мощности по выпуску кремниевых пластин до 65 ГВт к концу 2021 года. Затем компания скорректировала планы, заявив, что указанная цель будет достигнута на год раньше — к концу 2020 г.

Открытие нового завода указывает на то, что LONGi собирается довести мощности по производству кремниевых пластин до более чем 100 ГВт в год в 2022 году, пишет PV Tech.

https://renen.ru/longi-expands-silicon-wafer-production-capa...

В научном журнале Progress in Photovoltaics опубликована статья «Влияние средневзвешенной стоимости капитала, капитальных затрат и других параметров на будущую приведённую стоимость энергии промышленных фотоэлектрических электростанций».

Авторы отмечают, что потенциал солнечной энергии недооценивается многими исследователями и институтами, не только такими как Международное энергетическое агентство (МЭА), но и, скажем, МГЭИК или Европейской комиссией. Это происходит в связи с тем, что многие «основные учреждения отстают от реального развития рынка», используют в своих расчётах, прогнозах и сценариях устаревшие данные о стоимости солнечной энергии и недооценивают потенциал её снижения.

Новая статья призвана ликвидировать это пробел, она содержит самые свежие оценки реальной стоимости (LCOE) солнечной электроэнергии в разных европейских регионах, а также сценарии возможного развития солнечной генерации.

CAPEX

Предположения авторов о нынешнем (2019 год) уровне капитальных затрат (CAPEX) в фотоэлектрической солнечной энергетике являются довольно агрессивными.

В своих расчётах они используют следующие данные (на киловатт установленной мощности):

Солнечные модули: 197 евро;

Инверторы: 25 евро;

Прочие расходы (Balance of System – BOS): 240 евро. В прочие расходы не включена стоимость/аренда земли, она отнесена к операционным затратам.

В результате сегодняшние капитальные затраты составляют примерно 460 евро за киловатт. Это довольно смелое предположение, которое можно сравнить с последними данными IRENA. Впрочем, авторов нельзя упрекнуть в фантазиях, они подкрепляют свои расчёты ссылками на источники.

Далее авторы приводят три сценария снижения капитальных затрат. Как мы видим на верхнем рисунке, в самом агрессивном сценарии CAPEX может снизиться к 2050 году до 110-120 евро за киловатт установленной мощности.

OPEX

Операционные расходы оцениваются в 9,2 евро на киловатт установленной мощности в год, в том числе половину составляют затраты на эксплуатацию и техническое облуживание, половину – стоимость земельного участка и другие операционные расходы.

Авторы отмечают, что в прошлом, когда выгодные льготные тарифы были доминирующей бизнес-моделью в солнечной энергетике, удельные затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание были чрезвычайно высокими. В частности, приводятся данные, что в 2011 году они составляли 35 евро/кВт/год. Однако с тех пор они упали в несколько раз, коэффициент обучения (learning rate) в период 2010-2016, по оценке авторов, составлял 37%.

Деградация солнечных модулей

При расчётах стоимости электроэнергии фотоэлектрических систем нужно учитывать деградацию солнечных модулей. Стандартная гарантия, которую предоставляет большинство производителей солнечных батарей: 25 лет при сохранении на 25-й год 80% паспортной мощности. То есть стандартный («гарантийный») коэффициент деградации составляет 0,9% в год. «На самом деле, большинство систем в Европе деградирует гораздо меньше, и, например, для немецких кровельных систем была зафиксирована средняя деградация в 0,2% в год», — отмечают авторы. В исследовании используется консервативная оценка 0,5% в год, а также 2% деградации в первый год.

Что в итоге? LCOE

Авторы рассчитали приведенную стоимость электроэнергии (LCOE) для шести регионов Европы (наверное, излишне напоминать, что выработка солнечной электростанции зависит от инсоляции, а таковая отличается от региона к региону). При этом были взяты четыре разных показателя стоимости капитала (WACC): 2%, 4%, 7% и 10%.

В расчёте LCOE учтена однократная замена инверторов в течение срока службы электростанции.

На графике показано развитие LCOE в период с 2019 по 2050 год. Синяя полоса на рисунке показывает LCOE с номинальным WACC 2%, красный — дополнительный LCOE с 4%, зеленый дополнительный LCOE — 7% и коричневый дополнительный LCOE — 10%.

LCOE при условии 7% номинальной WACC («нормальный уровень» для Европы) в 2019 году варьируется от 24 € за МВт*ч в Малаге (Испания) до 42 € за МВт*ч в Хельсинки (Финляндия). Эти цифры, утверждают исследователи, значительно ниже спотовых цен на электроэнергию на обоих рынках: 47 евро за МВт*ч в Финляндии и 57 евро в Испании.

В 2030 году диапазон LCOE составит 14-24 евро, а в 2050 году 9-15 евро за МВт*ч. Примечательно, что увеличение номинального WACC с 2 до 10% удваивает LCOE.

Структура стоимости (LCOE)

Важность стоимости финансирования подчёркнута на следующем графике – оно занимает весомую долю в структуре LCOE:

Данный расчёт приведён с использованием показателя стоимости капитала (WACC) 7% для Тулузы (Франция). «Финансирование» (на графике обозначено коричневым цветом) в данном случае – это разница между 2% и 7% WACC.

Отмечу, что уровень солнечной радиации в Тулузе сопоставим с южными регионами России (Астрахань, Приморский край), соответственно, и рассчитанный уровень LCOE может являться своего рода ориентиром (на будущее) для российской солнечной энергетики.

Системы накопления энергии

Авторы отмечают, что высокая доля солнечной фотоэлектрической энергии может быть достигнута только в случае использования систем хранения энергии. «В настоящее время и, скорее всего, также и в будущем, технология хранения, лидирующая в конкурентной борьбе — это батареи. Основная технология батарей для мобильных и стационарных приложений — литий-ион».

В рамках исследования авторы рассматривают капитальные затраты (CAPEX) систем хранения энергии на 2019 год в $275 за киловатт-час емкости. При этом в работе также приводятся прогнозы их дальнейшего снижения.

Самым любопытным выводом исследования является следующий: солнечные электростанции, оснащенные «двухчасовыми» (2 кВт*ч на 1 кВт установленной мощности солнечной электростанции) накопителями энергии, уже сегодня могут конкурировать со средними ценами на электроэнергию на спотовом рынке в Риме и Малаге. Еще более удивительно, что солнечные фотоэлектрические системы с часовым хранением станут конкурентоспособными в 2020 году в Лондоне и Тулузе, а к 2025 году в Хельсинки и Мюнхене — городах, не отличающихся богатыми солнечными ресурсами.

На графике ниже показана приведённая стоимость электроэнергии (LCOE) для промышленной солнечной электростанции мощностью 50 МВт, оснащенной системами накопления энергии двух размеров (50 и 100 МВт*ч) в рассматриваемых шести европейских регионах (WACC = 7%).

«Системные расходы»

Авторы отмечают, что возможные затраты на интеграцию солнечных электростанций в систему (grid integration costs) были тщательно изучены, например, в рамках проекта «PV Parity», и к 2030 году для большинства европейских стран они составят порядка от 0,01-0,02 евро/кВт*ч. Эти затраты в работе на учитываются, и можно дискутировать о том, справедливо ли их учитывать исключительно применительно к солнечным электростанциям.

Сценарии развития солнечной энергетики

Прогнозирование будущих объемов мощностей солнечной энергетики не являлось задачей работы, но эти прогнозы были необходимы для формирования ряда допущений.

В работе рассматриваются три сценария, которые основываются на выводах из докладов других авторов, в том числе МЭА. В пессимистичном сценарии к 2050 году установленная мощность фотоэлектрической солнечной энергетики достигнет 9000 ГВт, в базовом – 20 тысяч ГВТ, в сценарии «быстрого роста» — 62 тысячи ГВт (в последнем случае речь будет идти об электрификации всех секторов конечного потребления энергии преимущественно с помощью солнечной энергии).

Выводы

«Политики должны быть информированы о том, что фотоэлектрическая солнечная энергия является самой дешевой формой электроэнергии, особенно если учитывать присущие ей низкие экономические, технические и экологические риски», — отмечают авторы.

Выводы работы представляются довольно оптимистичными. В то же время можно согласиться, что указанные нынешние уровни капитальных затрат и LCOE могут быть достигнуты лучшими компаниями, качественно управляющими закупками, в идеально реализованных крупных проектах.

Сценарии снижения CAPEX и LCOE строятся на ряде допущений и предположений, некоторые из которых могут и не сбыться.

Несмотря на неопределенность будущего, которое мы знать не можем, практически не остается сомнений в одном: солнечная энергетика станет ключевой технологией производства электроэнергетики в обозримом будущем.