Хабре като слънчева енергия: Тук Google е изграждането на слънчева електроцентрала (1 2 3 4 5 6), че Германия, след като генерира една трета от сегашната консумация на енергия от слънчеви централи.

Прецизно читател ще си помисли. Както се произвежда по-малко от тези, необходими за производството? Те също поетапно - те работят, овесена каша не питай, на 10 години, 50 години, 100let - означава общата енергия, произведена е равна на безкрайност, и те трябва да бъдат печеливши на всяка цена на строителството.

Какво ще кажете за всички наистина, какви са подходите за слънчева енергия, което ограничава ефективността на слънчеви клетки, някои брилянтни идеи вече са приложени и защо слънчевата енергия е някак си не взема активно по света - в процес на среза.

Колко енергия, която получаваме от слънцето?

За всеки квадратен метър на слънцето идва на 1367 вата на енергия (слънчева константа). За земята през атмосферата - идва реда на 1020 вата (на екватора). Ако имаме слънчеви клетки ефективност от 16% - на квадратен метър можем да получим в най-добрия 163.2 вата електроенергия. Но ние имаме времето, слънцето не е в зенита си, че понякога през нощта (на различна продължителност) - как го изчисли?

Годишният слънчасване всичко това предвид, включително и вида на инсталацията слънчев панел (успоредно на земята при оптимален ъгъл, проследяване на слънцето) и ни позволява да разберем колко електричество може да се работи в продължение на една година средно (в кВтч / м 2 с изключение на слънчева ефективност клетки):

Град / Вид монтаж

оптимален ъгъл

проследяване на Sun

Т.е. ние виждаме, че ако вземем 1 км 2 слънчеви панели, задаване на оптимален ъгъл в Москва (40.0 °), а след това на годината ще бъде в състояние да работят в 1173 * 0.16 = 187.6 GWh. На цена от 3 рубли за кВт / ч _uslovnaya_ разходите за енергия ще бъдат генерирани - 561 милиона рубли. Защо условно - разберете по-долу.

Основни подходи за генериране на енергия от слънцето

Слънчевата топлина elektrostrantsii огромно поле за превръщането на огледалата отразяват слънчевите лъчи на слънчевия колектор, където топлината се превръща в електрическа енергия Стърлинг двигател. или вода и след това нагряване - конвенционалния парна турбина като СНР. Ефективност - 20-30%.

Има и версия с линеен параболично огледало (трябва само да се обърнеш една ос):

Какви са ползите? Ако се вгледате в мощността Ivanpah (392 MW), което косвено инвестирани Google - разходите за изграждането му е в размер на $ 2,2 милиарда, или $ 5612 на киловатчас на инсталирана мощност. Wikipedia дори щастливо казва, че е дори по-скъпи въглища растения, но се предполага, че по-евтино, отколкото ядрената.

Това води до "средния" цената на строителството до 17871 $ / кВт, което е не само скъпо и фантастично скъпи. Вероятно по-скъпо само в пространството за производство на електроенергия. Конвенционални централи на разходите на газ в $ 500-1000 / кВт, т.е. в 18-36 пъти по-евтино. и винаги работи, но не толкова късмет.

И накрая - не включват батерии, обикновено в цената на строителството. Ако добавим батериите (от които по-долу), или изграждането на водноелектрически централи - цената ще излезе през покрива.

В слънчеви топлинни електроцентрали имат способността за генериране на електричество денонощно, като се използва голям обем нагрява на охлаждащата течност на ден. Тези станции също са там, но цената на опита за запис, най-вероятно, така че да не се плашат.

слънчеви клетки полупроводникови (фотоволтаици, PV) - идея е много проста полупроводников диод вземе голяма площ. Когато фотон влиза в PN-кръстовище - генерирани електрон-дупка двойки, които създават напрежението през изводите на диода (около 0.5V за SPC).

Ефективност в соларни клетки силиций - около 16%. Защо толкова малко?

Образуването на електрон-дупка двойка изисква определена енергия, не повече и не по-малко. Ако фотон пристига с по-малко енергия, отколкото е необходимо - че не може да доведе до генерирането на двойка, и преминава през силиций или през стъкло (защото силиций е прозрачен за инфрачервена светлина на 1.2mkm). Ако един фотон пристига с енергия по-голяма, отколкото е необходимо (зелена светлина и къса) - да се генерира пара, но допълнителната енергия се губи. Ако енергията е дори по-висока (в синьо и ултравиолетова светлина) - квантов просто не може да има време за достигане на дълбочината на р-н възел.

В допълнение, светлина може да бъде отразена от повърхност - за да се избегне това, че повърхността на покритата антирефлексно покритие (като лещи в фотографски лещи), и може да направи повърхността под формата на гребени (след След първото отразяване на светлина, ще има още една възможност).

Увеличаване ефективност над 16% при фотоклетките може комбиниране на няколко различни фотоклетки (на базата на други полупроводници, и съответно с друга енергия, необходима за генериране на електрон-дупка чифт) - първоначално определени който ефективно абсорбира синя светлина, и зелено, червено и IR - пропускания , след това зелено и червено и в края на IR. На такъв етап 3 елементи и запис нива, постигнати при 44% ефективност и по-висока.

За съжаление, слънчевите клетки 3-етап са много скъпи, а сега топката е управляван от обичайните евтини слънчеви клетки с един силиконови - това се дължи на много ниски цени, те стават все напред по отношение на w / $, цената на ват на соларни клетки силиций с въвеждането на гигантски предприятия в Китай спадна за

0,5 $ / W (т.е. 500 $ да си купите слънчеви клетки 1000 вата).

Основните видове елементи силиций - монокристални (по-скъпи малко по-висока ефективност) и поликристални (по-евтино да произвеждат, само на 1% по-малко ефективност). Той в момента поликристални соларни клетки осигуряват най-ниската цена от 1 ват мощност, генерирана.

От проблемите - слънчеви панели не са вечни. Дори да се абстрахираме от прах и мръсотия (надяваме се за дъжд и вятър), поради разпадане на светлината в продължение на 20 години употреба на най-добрите силициеви клетки губят

15% мощност. Възможно допълнително разграждане се забавя, но тя все още трябва да бъдат взети под внимание.

Разходка Сега за големи усилия за увеличаване на икономическата ефективност:

И нека да малък висока производителност слънчева клетка и параболично огледало Това се нарича концентрирани фотоволтаиците. Идеята по принцип не е лошо - огледалото е по-евтино, отколкото слънчева клетка, както и на ефективността може да бъде 40%, вместо на 16. Единственият проблем е, че сега трябва да (ненадеждни) механик за проследяване на слънцето, и огромен нашата въртяща се плоча трябва да бъде достатъчно силен, да издържат на поривите на вятъра. Друг проблем - когато слънцето се скрие зад облаците не са твърде дебели - производство на електроенергия пада до нула, тъй като параболично огледало може да се съсредоточи на разсеяна светлина (конвенционален слънчева сигурност падне, но не и да 0).

Със спада на цените на силициеви соларни клетки, този подход се оказа твърде скъпо (както по отношение на разходите и поддържане инсталация)

И нека да се направи слънчеви клетки са кръгли и място на покрива и покривната боядисана в бяло работи върху това сега скандалната компания Solyndra. с подаването на Барак Обама получи gos.garantiyu заем за $ 535 милиона от американското министерство на енергетиката. и изведнъж обяви фалит. Кръг слънчеви клетки, направени от разпрашване слой от полупроводников (в техния случай мед индий галий (ди) селенид) на стъклената тръба. ефективност на слънчевата клетка се получава 8,5% (да, се оказа по-лошо от прост и евтин силиций).

Ярък пример за това как американският капитализъм с правилното лобиране в състояние да движи по инерция да се инжектира огромни ресурси в коренно ефективни технологии. Според резултатите от работата никой не е засадена.

лъжицата Пътната за вечеря

Сега, след това насилие непрекъснато усъвършенстване в областта на технологиите, се отваря една тъжна страница от историята. Слънчеви електроцентрали генерират електричество през деня и през нощта го е необходима най-много:

Това означава, че ако батериите нямат власт да консумацията на връх вечер все още ще трябва да изгради, а в следобедните часове - част трябва да се изключи, а част - да бъде в гореща готовност, така че ако облаците се събират над слънчевата енергия - веднага замени, пролапс на слънчевата енергия.

Така че, ако ние задължава да купуват електроенергия от слънчеви централи на редовна цена, когато те са генерирали - ние всъщност преразпределя доход от съществуващия капацитет за произвеждане на класическата, които са принудени да се денят да стоят в резерв в полза на слънчевата.

Има и един интересен вариант - ако има консумация вечер връх - някъде по средата на деня на земята. Тя може да се изгради слънчева електроцентрала там, и електрическата енергия, предавана чрез електропроводи? Това е възможно, но изисква прехвърляне на енергия на разстояние от порядъка на 5-8 хиляди километра, което също изисква огромни капиталови разходи (поне докато не премине на свръхпроводници) и одобрения, с един куп страни. Около тази област разработен Desertec проект - едно поколение в Африка, пренос към Европа.

Батерии

Така че, 1W слънчев панел на стойност $ 0,5. В деня, тя нека да генерира 8W * з на електроенергия (до 8 часа слънце). Как да запазим тази енергия до вечерта, когато е най-необходимо?

Най - олово киселина (което разбира се не е "зелен"), неговата цена на едро - $ 0.08 на Wh, съответно, за да се поддържа ежедневно производство имаме нужда от батерии на $ 0.64, което отново повече от цената на самите слънчевите панели. Оловно-киселинни батерии и умират бързо, 3-6 години на услуга в този режим. И за десерт - ефективността на акумулаторни батерии - 75% (т.е. една четвърт от енергията се губи в цикъла на заряд-разряд).

Има и вариант с мощност за съхранение (ден - водна помпа "нагоре" помпа през нощта - работи като конвенционален водноелектрическа) - но изграждането им е скъпо и не винаги е възможно (ОСП - 90%).

Поради факта, че батериите са получени най-скъпата слънчевата енергия в големи електроцентрали и те не се предвижда продажба на електрическа енергия в разпределителната мрежа наведнъж като поколение, като се брои нощта, а вечерта на конвенционалния централата.

Какво е справедливата цена на фиксирана слънчева енергия?

Вземете за пример Германия, като лидер в развитието на слънчевата енергия. Всеки киловат, генерирана от соларни електроцентрали там ще бъдат изкупени обратно 12.08-17.45 цента на киловатчас, въпреки факта, че те генерират в дневния минимум консумацията. Всичко, което те искат да го - да спаси български газ, тъй като газовите електроцентрали все още трябва да бъде изграден и да бъде в горещ режим (и всички други разходи остават непроменени - заплати, заеми, услуги).

От икономическа гледна точка, би било справедливо, ако слънчевата енергия, получена толкова, колкото те ви позволяват да се запишете на газовите електроцентрали на горивата.

Да приемем стойност български газ - $ 450 на хиляда метра 3. Този обем може да се развива 39 000 GJ ≈10.8 * 0,4 GWh ≈ (ефективност на производството на 40%) GWh електроенергия 4,32, съответно, на 1 киловатчас ние слънчева електроенергия. запишете на българския газ в $ 0,104 = 7.87 евроцента. Това трябва да бъде такава справедливата стойност на нерегламентирани слънчева енергия, и изглежда, че Германия трябва постепенно да се тази цифра, но в слънчевата енергия момент в Германия са 50% субсидирани.

Поликристални слънчеви панели произвеждат най-евтината електричество от слънчева енергия, на около 0,5 $ / т, за други методи са много по-скъпи.

слънчевата енергия не е проблем на ефективността на слънчеви клетки, а не EROEI (това наистина е безкрайна на теория), а не в цената им - и това генерира енергия е много скъпо да се съхранява до вечерта. Т.е. основният проблем - батериите вече са по-скъпи от слънчеви панели и по този начин да има кратък живот (3-6 години).

В момента на слънчевата енергия в голям мащаб, без батерии може да се разглежда само като начин да се спаси положението с малка част от изкопаеми горива, тя не може по принцип да се намали броят на необходимите класическите електрически централи (газ, въглища, ядрено, хидро) - те все още трябва да бъдат държани в резерв в следобедните часове, а напълно да поемат тежестта на консумацията на връх вечер.

Ако в бъдеще с помощта на (насилие) скорости можем да се измести на потреблението връх за деня - изграждането на слънчеви централи ще получат много смисъл (например, ако ставките ще бъдат тези, които ще се възползват от включването на алуминиеви електролитни производство на водород и само в следобедните часове).

Цената на "нерегламентирани" слънчевата енергия не може да се сравнява с цената на поколение от класическите електрически централи - като те генерират при получаването им, а не когато е необходимо. Справедливата стойност на нерегламентирани слънчевата енергия трябва да бъде равна на спасяването на изкопаеми горива, и не повече - за газ на 450 $ справедлива стойност на слънчевата енергия не повече от $ 0,1 за 1 кВт * ч (съответно, германската слънчевата енергия в субсидирана

"Справедливи" слънчева енергия (батерии) вече може да бъде икономически обосновано само в отдалечени райони, където няма възможност да се свърже с мрежата (като в случая с дългосрочен, самотен стои клетъчна базова станция).

Най-големият проблем на слънчевата енергия - изкопаемите горива са все още твърде евтини, така че слънчевата енергия е икономически обосновано.

Update: За по-нататъшно проучване можем да препоръчаме статия на енергийните проблеми на Германия се дължи на поколение слънчева и вятърна енергия. Там има красива графика поколение, и като цяло други статии Already_Yet препоръчват четене.