Меню

Будущее развитие солнечных батарей

Солнечная энергетика сегодня и перспективы её дальнейшего развития

Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.

На данный момент около 1% электроэнергии на Земле получается вследствие переработки солнечного излучения. Так почему мы до сих пор не отказались от других «вредных» способов, и откажемся ли вообще? Предлагаем ознакомиться с нашей статьей и попытаться самостоятельно ответить на этот вопрос.

Как солнечная энергия преобразуется в электричество

Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.

Сам процесс носит название «Солнечная генерация». Наиболее эффективные пути его обеспечения следующие:

  • фотовольтарика;
  • гелиотермальная энергетика;
  • солнечные аэростатные электростанции.

Рассмотрим каждый из них.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Подробнее можете почитать на Википедии: Фотовольтарический эффект

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в отдельной статье.

Современные солнечные панели и электростанции

Из недавних примеров можно отметить солнечные панели компании SistineSolar. Они могут иметь любой оттенок и текстуру в отличие от традиционных тёмно-синих панелей. А это значит, что ими можно «оформить» крышу дома так, как Вам заблагорассудится.

Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. Черепица Solar Roof содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.

В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.

Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае. Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:

  • нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
  • в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
  • сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.

Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.

Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Читайте также:  Гибридные солнечные панели ic2

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

  • Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
  • Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
  • Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
  • Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

В чём преимущества солнечной энергетики

  • Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
  • Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
  • Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
  • Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

Как развита солнечная энергетика в России

К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.

На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ. Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.

В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.

Так одной из крупнейших в нашей стране является Орская СЭС. Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).

Самой мощной сегодня является СЭС Перово, расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.

Читайте также:  Принцип использование солнечных батарей

Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.

К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.

Таким образом, уже сегодня можно с уверенностью сказать, что солнечная энергетика способна в недалёкой перспективе выступить полноценной альтернативой традиционным способам получения электроэнергии. И даже в России эта отрасль хоть и медленно, но развивается.

О выходе новых статей рассказываем в соцсетях

Источник

Солнечная энергетика: перспективы

Солнечная энергетика — одна из наиболее быстрорастущих индустрий на текущий момент. За последнее десятилетие средний годовой темп её роста составил 49% г/г (Mackenzie, 2020). В нашем отчёте мы провели анализ причин этого роста и представили наш прогноз по развитию рынка солнечной энергетики на ближайшие годы.

Кроме того, мы нашли основные компании-бенефициары, которые выиграют от роста рынка солнечной энергетики. Энергетические компании создадут дополнительный спрос на солнечные панели, что многократно увеличит продажи их производителей. Сгенерированная с помощью солнечных панелей энергия потребует роста числа батарей для её хранения, который также положительно скажется на производителях. А изготовители батарей будут закупать всё больше сырья для производства, стимулируя его добычу (в первую очередь лития) и, следовательно, продажи добывающих компаний.

Снижение цен на солнечные панели увеличивает популярность солнечной энергетики

Наиболее существенной причиной такого роста является снижение затрат на солнечные панели. За последние 10 лет их средняя стоимость упала с $40 000 в 2010 году до $20 000 в 2019. Из-за того, что солнечная панель — наиболее существенная статья затрат в установке для получения энергии от солнца, снижение её стоимости ведёт к общему сокращению затрат на солнечную энергию. Поэтому солнечная энергия становится более дешевой: за последние 10 лет затраты на электричество, получаемое электростанциями от солнечных панелей, снизились на 82% — с $378 до $68 за 1 МВт*ч. На текущий момент солнечные панели являются одним из наиболее дешевых источников энергии, уступая по этому показателю только ветрогенераторам.

Солнечная энергетика становится более удобной в использовании из-за падения цен на батареи для дома

В связке с солнечными панелями часто используются батареи, которые аккумулируют электроэнергию в периоды её избытка и отдают её в моменты нехватки солнца. Ещё десять лет назад батареи были достаточно дорогими и позволяли аккумулировать более чем в 2 раза меньше электроэнергии (при прочих равных), чем сейчас. Высокая цена на батареи ограничивала спрос на солнечную энергетику: энергетические компании предпочитали использовать более надежное и стабильное сжигание газа, а жители США отказывались вкладываться в нерентабельное оборудование.

Но в последние годы цена на батареи снизилась: она упала с $1183 (КВт*ч) в 2010 г. до $156 (КВт*ч) в 2020 г. Это произошло за счёт эффекта масштаба: за последнее десятилетие производство крупных батарей выросло до уровня масс-маркета, что сильно понизило их стоимость. При этом ожидается, что в будущем их цена продолжит снижаться и достигнет $100 (КВт*ч) в течение трёх лет. Из-за удешевления батарей солнечная энергетика стала более доступной и удобной для людей. Раньше большая часть населения и энергетических компаний использовала солнечные панели без батарей или же отказывалась от солнечной энергетики. Сейчас же продажи батарей для солнечных панелей ежегодно растут на 30% в год, а учитывая прогнозируемое нами снижение их цены, в ближайшие годы этот темп роста сохранится.

Читайте также:  Зеркала для солнечных панелей

США активно поддерживает развитие солнечной энергетики

Граждане и юридические лица США могут получить налоговый вычет в размере 30% от стоимости солнечной батареи. Также государство позволяет физическим лицам зарабатывать на генерации солнечной электроэнергии: за каждый МВт*ч, сгенерированный солнечной батареей, они получают сертификат Solar Renewable Energy Certificate (SREC). Этот сертификат они могут продать энергетической компании, которая обязана либо сама получить определенное количество SREC, либо купить их у населения. Такие сертификаты, в зависимости от штата, могут стоить от $50 до $300 долларов.

Кроме того, одним из планов Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики. Будущий 46-й президент США заявил, что планирует потратить $2 трлн в течение 4 лет своего президентского срока на возобновляемую энергетику: на модернизацию энергетической инфраструктуры и её декарбонизацию, на рост числа электромобилей и на исследования в области возобновляемой энергетики. Долгосрочным результатом своей политики будущий президент видит прекращение выбросов углекислого газа на электростанциях уже к 2035 году. Мы считаем, что политика президента положительно скажется на солнечной энергетике и позволит увеличить продажи компаний, производящих солнечные панели.

Двузначные темпы роста рынка солнечных панелей сохранятся в ближайшие 3 года

По нашей оценке, высокий темп роста продаж солнечных панелей сохранится на уровне 17% на ближайшие 3 года из-за того, что:

  • Солнечная энергия сейчас — один из наиболее дешевых источников энергии. Учитывая её текущую долю в общем производстве электроэнергии США (1%), у неё есть большой потенциал для роста.
  • Одной из главных инициатив президента США Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики, а также стремление к полному отказу от использования углеводородов на электростанциях к 2035.
  • Рост объёмов производства позволит ещё сильнее снизить стоимость солнечных панелей и батарей для них, что сделает их ещё более доступными.

Основные бенефициары

Учитывая высокие прогнозируемые темпы роста индустрии, мы ожидаем аналогичный рост выручки лидеров этого рынка, а значит — рост стоимости их акций. Мы выделяем четыре группы бенефициаров:

  • Производители солнечных панелей. На Санкт-Петербургской бирже есть большое количество успешных компаний-производителей солнечных батарей: SolarEdge (SEDG), First Solar (FSLR), NextEra Energy (NEE), Enphase energy (ENPH).
  • Производители батарей. Основными игроками на этом рынке являются Enersys (ENS), General electric (GE), Johnson Controls (JCI), Enphase energy (ENPH). При этом для части этих компаний производство батарей для дома — это только небольшая часть бизнеса. Больше всего на производстве батарей сконцентрированы Enersys и Enphase energy.
  • Поставщики сырья, которое используется в производстве батарей. Мы видим большой потенциал в компаниях, поставляющих на рынок литий — один из основных металлов в литий-ионных батареях (наиболее популярном и эффективном типе батарей). Основные компании, которые доступны на Санкт-Петербургской бирже: Livent Corporation, которая почти полностью фокусируется на добыче лития, и Albemarle, более 35% выручки которой приходится на добычу лития.
  • Поставщики сырья, которое используется в производстве солнечных панелей. Мы считаем, что компании, которые поставляют сырьё для солнечных панелей, не так привлекательны. Дело в том, что основным компонентом для этих панелей является кремний — он уже используется во многих других сферах, поэтому рост солнечной энергетики существенно не увеличит его добычу. А редкие металлы, используемые в солнечных панелях (такие как галлий и индий), составляют только незначительную долю в выручке добывающих их компаний — солнечная энергетика также существенно не повлияет на них.

Статья написана в соавторстве с аналитиком компании Invest Heroes, Денисом Лазаревым

Источник