Солнечные окна изменят мировой рынок

Современные альтернативы солнечным панелям Tesla, которые уже есть на рынке | Rusbase

Солнечные окна изменят мировой рынок

В конце октября Илон Маск представил крышу дома, которая собирает солнечную энергию. Новизна продукта в том, что это цельная солнечная панель, а не отдельные модули, закрепленные на крыше. 

Но не только Tesla делает крутые вещи по части энергоэффективности. Товары для этого перспективного рынка разрабатывают многие компании. Вот самые интересные гаджеты для хранения и выработки энергии, которые были недавно выпущены.

Современные альтернативы солнечным панелям Tesla, которые уже есть на рынке Алексей Зеньков

В сентябре компания SunCulture выпустила SolPad и SolPad Mobile – самые интересные устройства для альтернативной энергетики, представленные в этом году.

SolPad – это солнечная панель для крыши. В едином корпусе устройства совмещены батарея, инвертор и программная оболочка для управления электроснабжением.

SolPad для крыши. Источник: SolPad

На задней стороне устройства установлен аккумулятор. Однако, в отличие от Tesla с ее стандартными литий-ионными батареями с жидким электролитом, в SunCulture используют твердый электролит, который менее склонен к возгоранию, работает в более широком диапазоне температур и может хранить больше энергии.

Панели стыкуются между собой, как конструктор Lego, с помощью небольшого приспособления под названием Connect.

SolPad Connect. Источник: SolPad

Крайняя во всей связке панель напрямую подключается к стандартной домашней электросети без каких-либо особенных проводов и интерфейсов.

Вот еще несколько интересных особенностей:

  • Умный инвертор Flexgrid при обнаружении неполадок в сети может перестроиться и направлять энергию напрямую в дом. Так жилище превращается в автономную сеть (по крайней мере на какое-то время).
  • Каждая панель может направлять энергию дому, сети или накапливать в аккумуляторе в зависимости от настроек пользователя.
  • Каждая панель может аккумулировать 0,5 кВтч, в качестве опции доступно расширение емкости до 1 кВтч. Система SolPad мощностью в 5,3 кВт способна накапливать около 12,5 кВтч энергии (аккумулятор Tesla Powerwall имеет емкость 7 кВтч, во втором поколении – 14 кВтч.)
  • Программа, которая всем этим управляет, называется SolControl. Регулировать настройки пользователь может через приложение, которое «добавляет элементы игры» в процесс накопления энергии.
  • Между каждым электроприбором и соответствующей розеткой можно вставить небольшой аксессуар под названием SolControl (для более мощных устройств вроде водонагревателя предусмотрен специальный прерыватель цепи SolControl Breaker). Этот прибор затем становится частью умной домашней энергосистемы, управлять которой можно через приложение. Каждый переходник SolControl передает данные об использовании панелей по беспроводному соединению.

Переходник SolControl. Источник: SolPad

  • В приложении SolControl отображается количество энергии, которое генерируется каждой из панелей и накоплено в их аккумуляторах, а также информация об энергопотреблении каждого прибора. Владелец может направить энергию с конкретной панели на конкретный прибор, установку или комнату. Все устройства можно контролировать удаленно через приложение, причем оно даст вам знать, если вы оставили какой-то из приборов включенным.

Приложение SolPad. Источник: SolPad

Впечатляет, не так ли?

По прогнозам компании, финальная стоимость системы SolPad вместе с установкой окажется до 50% дешевле аналогичных систем конкурентов.

(Конечно, в расчетах для конкурентов учитывается стоимость солнечных панелей, аккумуляторов и программных средств контроля, что составляет довольно весомый пакет).

Компания говорит, что снижения затрат удалось добиться благодаря «интеграции и исключению переходных элементов», сокращению «нематериальных затрат» — к примеру, на привлечение клиентов и установку, а также отладке эффективного процесса производства.

Есть еще один приятный бонус: SolPad Mobile. Как нетрудно догадаться из названия, это мобильная, отдельно стоящая версия панели SolPad.

SolPad Mobile. Источник: SolPad

Она достаточно компактная, чтобы ее мог переносить один человек. Задняя сторона устройства устроена очень просто. Есть разъем для подключения стандартной электрической розетки (в этом случае устройство будет подавать энергию в дом). Есть разъем для соединения с другими панелями SolPad. А еще есть несколько USB-портов для зарядки телефонов и других устройств.

SolPad Mobile, вид сзади. Источник: SolPad

Любое количество таких портативных устройств можно соединить вместе для создания импровизированной микросети.

Микросеть SolPad. Источник: SolPad

Забавное дополнение: SolPad Mobile может разговаривать с вами. Устройство оснащено умным ПО и сенсорной поверхностью, так что вы можете дотронуться до него, чтобы услышать советы по правильному расположению панели для генерации максимального количества энергии, сведения о ее количестве и текущем заряде аккумуляторов.

Где это можно применять?

Во всех рекламных материалах ухоженные белые люди устанавливают SolPad Mobile на свои модные рабочие столы, однако напрашивается применение таких устройств именно в развивающихся странах, где часто не хватает надежного источника энергии.

В удаленных областях, не имеющих подключения к глобальной электросети, такие системы можно применять в качестве простого, надежного и масштабируемого источника энергии для зарядки телефонов или питания уличного освещения.

В городских районах, имеющих нестабильное подключение к сети, эти панели можно использовать в качестве запасного варианта, благодаря которому самые важные электроприборы не останутся без энергии даже в случае неполадок с основной сетью.

Полевые исследования, военные операции, госпитали в районах природных катастроф – можно придумать бесчисленное множество вариантов применения этих портативных средств выработки и хранения электроэнергии.

В SunCulture возлагают большие надежды на то, что широкие возможности интеграции и удобство использования помогут солнечной энергетике так же, как в свое время помогли персональным компьютерам, то есть смогут оправдать начальные затраты.

Окна, вырабатывающие электричество

В июле молодая компания под названием Solar Window Technologies, работающая совместно с NREL, представила окно SolarWindow. Это окно вырабатывает электроэнергию. Вот как устройство описано в пресс-релизе:

Окно SolarWindow™ производит электричество благодаря прозрачному органическому покрытию, которое тонким слоем нанесено на поверхность стекла.

Система внутренней связи SolarWindow™, собирает электричество, выработанное с помощью этих покрытий в «невидимые провода», разработанные компанией ранее.

В свою очередь, эти «невидимые провода» связывают поверхность стекла с его краями, через которые энергия попадает в электросистему дома.

«Невидимые провода» имеют «ширину около 50 микрометров» и невидимы для невооруженного глаза. В результате мы получаем обычное с виду окно с небольшой тонировкой.

Окно SolarWindow. Источник: Solar Window Technologies

В компании говорят, что их окна, в отличие от традиционных или других прозрачных фотоэлектрических панелей, работают «при естественном свете, в тени и даже внутри помещения».

Целевой областью применения для этих окон являются высокие городские здания и небоскребы, в которых SolarWindow может превосходить по отдаче обычные солнечные панели «в 50 раз» — по той простой причине, что обычные фотоэлементы можно размещать на небольшой площади на крыше, в то время как окна могут покрывать всю внешнюю поверхность здания и поглощать свет со всех возможных углов.

По заявлениям компании, такие окна окупаются за год использования. Отчасти их стоимость удалось снизить благодаря способу производства.

При изготовлении окон не требуется применять никаких методов с высокой температурой или высокой степенью вакуума (в отличие от большинства тонкопленочных солнечных панелей).

Нанесение тонкого слоя жидкости на стекло легко можно отнести к «скоростным способам производства», таким как «производство рулонным способом или из сырья в виде листов».

Рынок крупных зданий открывает большие возможности. В США на долю коммерческих зданий приходится около 40% от общих показателей энергопотребления. А использование при строительстве только таких окон позволяет покрыть потребности небоскреба на 30-50%.

Важно и то, что компания разработала покрытие, которое можно наносить на уже установленные окна, что открывает еще большие возможности по модификации существующей инфраструктуры. Для превращения уже построенных зданий в генераторы электричества не потребуются дополнительные затраты площади или пространства, и окон в зданиях намного больше, чем места на крыше.

Вот-вот вступит в свои права рынок объединенных энергосистем, с участием Tesla или без него

мысль в том, что рынок, на который нацеливается Tesla с приобретением SolarCity, будет процветать независимо от успеха конкретных продуктов Tesla.

Пока трудно сказать, станут ли успешными продуктами SolPad и SolarWindow. Но теперь, когда ученым удалось изобрести жидкие полимерные покрытия, которые позволяют превратить обычные окна в генераторы энергии, какая-то из компаний точно сможет захватить рынок.

Читайте по теме: Илон Маск и его погоня за временем

Солнечные панели становятся все дешевле и компактнее, и благодаря этому они будут интегрироваться со все большим количеством разных продуктов – крышами, окнами, дорогами, гаражами, тканью, палатками и рюкзаками. Аналогично генераторам, батареи будут становиться все более дешевыми и емкими, и будут появляться во все большем количестве мест.

В конце концов выработка и хранение энергии потребителями станет повсеместной – чем-то, что всем привычно и работает на основе городской инфраструктуры. Будет появляться все более мощное программное обеспечение для управления, распределения и сохранения энергии. 

цель Tesla на этом поле боя, как и на всех других, что привлекали эту компанию – провоцировать взросление этого сегмента рынка и приближать наступление экономичного будущего. Эти солнечные панели для установки на крыше, скорее всего, останутся лишь одним из мимолетных этапов грандиозной отрасли, и эта отрасль когда-нибудь изменит мир так же сильно, как это сделал интернет.

Источник.

Материалы по теме:

Илон Маск и его погоня за временем

Tesla не хватает денег для покупки SolarCity – WSJ

Gigafactory – завод, на котором Tesla будет творить будущее

Зачем нужны «умные инверторы»

по теме:

В солнечную энергетику приходит металлоорганика

Солнечные окна изменят мировой рынок

Мир болен гелиоэнергетикой. Солнечные электростанции (СЭС), гелиопанели на крышах домов, питающие всю бытовую электронику, транспорт на солнечной энергии — это уже не только перспективные исследования, но реальные направления бурно развивающейся промышленной отрасли.

Причем Россия в этой области не только не отстает, но прорвалась на самый передний край.

Сегодня «Известия» рассказывают о том, что заставляет солнечную энергетику развиваться с головокружительной скоростью, какие перемены нас ждут в жилищном строительстве, из чего будут сделаны солнечные батареи будущего.

Прообразом идеального мира альтернативной энергетики будущего сегодня считается германская Бавария. Солнечная батарея установлена там на крыше каждого дома, а хозяин, который не хочет пользоваться гелиоэнергией, платит отдельный немаленький сбор за эту прихоть. Излишки энергии каждое баварское домохозяйство отдает в общую электрическую сеть и даже зарабатывает на этом.

В Германии обязанность граждан пользоваться солнечной энергией уже закреплена законодательно, но и другие европейцы не отстают.

На наших глазах в развитых странах всего мира происходит стремительный переход от топливной энергетики, расходующей природные ископаемые, к использованию возобновляемой энергии, прежде всего солнечной.

Совокупная мощность СЭС в мире растет экспоненциально. Рынок требует всё больше и больше солнечных батарей.

Еще несколько лет назад основными производителями гелиопанелей считались Япония, США и некоторые страны Европы. Но сейчас подавляющая часть производства солнечных батарей сосредоточилась в Китае: эта страна долгое время занималась сознательным отраслевым демпингом и добилась успеха на этом пути.

Лишь два завода по производству солнечных батарей сохранились в Европе: один в Италии, другой — в России.

Завод по производству солнечных батарей компании «Хевел» находится в городе Новочебоксарске и производит как классические солнечные модули, устанавливаемые на ровную поверхность, так и полугибкие и гибкие элементы, которые можно встраивать в любые конструкции.

— По совокупности природно-климатических факторов потенциал развития солнечной энергетики в России в разы превышает запланированные показатели, — рассказал «Известиям» генеральный директор «Хевел» Игорь Шахрай.

— Центральная часть России по уровню инсоляции (количеству солнечного облучения) ничем не уступает Германии, — европейскому лидеру в области солнечной энергетики. А огромные территории Урала, Сибири и Дальнего Востока по этому показателю значительно превосходят южноевропейские регионы. Не забудем и про юг России.

Волгоградская, Ростовская, Астраханская области, Краснодарский край, Кавказ необыкновенно привлекательны для развития солнечной энергетики: в этих регионах количество солнечных дней в году достигает трех сотен.

По оценке Игоря Шахрая, российские производители, при поддержке на внутреннем рынке, могли бы обеспечить от 1 до 5% мирового производства солнечных модулей, несмотря на чрезвычайно острую конкуренцию в мире.

— Еще два года назад наша страна сильно отставала по эффективности и стоимости новых разработок в области солнечной энергетики, — рассказал «Известиям» директор Научно-технического центра тонкопленочных технологий в энергетике Дмитрий Орехов. — Но благодаря государственной программе поддержки возобновляемой энергетики, вызвавшей в нашей стране стремительный рост производства солнечных модулей, возник спрос на разработку качественно новых технологий и поиск новых материалов.

Несгибаемый кремний

Гелиоэнергетику по технологическому признаку принято делить на два направления — фотовольтаику и концентраторную солнечную энергетику. Последняя означает преобразование энергии светила в электрическую опосредованно, с применением теплового носителя — например, воды. Нагревание носителя с помощью отраженных солнечных лучей приводит в движение генерирующие установки.

Но магистральное направление современной солнечной энергетики — фотовольтаика, технология непосредственного преобразования энергии в электрическую.

Она основана на так называемом фотовольтаическом эффекте: при попадании света на некоторые полупроводниковые структуры между их частями возникает разность потенциалов, которую можно использовать для получения электрического тока.

Именно этот принцип лежит в основе работы абсолютного большинства СЭС и домашних преобразователей солнечной энергии.

Материалов для фотовольтаики предложено великое множество, но пока самым главным остается кремний — тот самый, который используется для изготовления электронных микросхем.

Кремниевая фотовольтаика, опять же, бывает очень разной, но 90% рынка занимают сегодня фотоэлектронные устройства, построенные на кремниевых гетероструктурах: на тонкую подложку из кристаллического кремния наносится кремний аморфный, который хорошо поглощает свет.

Между слоями этого бутерброда возникает p-n-переход, как в транзисторе, который с помощью энергии света собирает электроны (отрицательные заряды) в верхнем слое, а дырки (положительные заряды) — в нижнем. Остается только снять это напряжение с помощью электродов и подать его в аккумулятор, накапливающий электроэнергию.

КПД таких батарей, то есть та доля солнечной энергии, которую с их помощью удается превратить в электрическую, составляет сейчас в лабораторных условиях 25–26%, а в реальных коммерческих устройствах — 16–20%. Это очень много: никакая другая технология фотовольтаики к этим показателям пока даже не приблизилась.

Но КПД — не единственный ключевой показатель для солнечных батареек: не менее важна стоимость квадратного метра готового модуля.

Для современной батареи, изготовленной по описанной технологии, она составляет в среднем $50–60.

Впрочем, основателю компании SolarCity Элону Маску удается продавать сделанную по той же технологии кровлю для «солнечной крыши» аж по $200 за 1 кв. м — такова сила маркетинга.

Утонченные технологии

Главный недостаток описанной кремниевой — мейнстримной — технологии: солнечные батареи получаются очень хрупкими. Панели могут легко треснуть при сгибе или ударе, поэтому для их установки необходимы специальные жесткие алюминиевые рамы и прочный крепеж. Это здорово ограничивает область применения кремниевой фотоэнергетики.

Поэтому пришлось изобрести солнечные батареи второго поколения — основанные на так называемых тонкопленочных технологиях. Ученым удалось найти такие фотоэлектрические материалы, которые можно напылять на гибкую подложку, сгибать ее, придавать ей любую форму без ущерба для функциональности.

Одним из таких материалов оказался классический полупроводник арсенид галлия. Он дает высокий — до 30% — КПД, но увы, чрезвычайно дорог: $30–50 тыс. приходится заплатить за квадратный метр батарейки на его основе. Подобные цены могут устроить разве что космическую отрасль, где крайне важна эффективная солнечная энергетика, а экономия имеет меньшее значение.

Пришлось искать что-нибудь подешевле. Нашли два неорганических соединения — кадмий-теллур и селенид меди-индия-галлия (CIGS). Они дают сравнительно невысокий КПД — 10–15% (в лаборатории — до 20%). Но зато — при возможности их напыления на тонкие пленки — они феноменально экономичны: в полтора раза дешевле кремниевых!

Это второе поколение солнечных батарей — CIGS и кадмий-теллур — уже продается и занимает сейчас те 10% рынка, которые не добирает кремний. Но беда этих технологий в том, что кадмий-теллур токсичен, а индий и селен трудно утилизируются. Поэтому тонкопленочные солнечные батареи — любимая добыча гринписовцев и других защитников природы.

Органический подход

И тут на сцену выходит третье поколение солнечных батарей — устройств, основанных на органических материалах. Им нет еще и 10 лет, они нигде пока не производятся в промышленных количествах.

Но динамика научных исследований в этой области позволяет вполне уверенно говорить о том, что будущее фотовольтаики — за третьим поколением, и в первую очередь за фотоэлектрическими преобразователями на основе материала под названием перовскит.

Этот металлорганический полупроводник обладает уникальными оптоэлектронными свойствами: под действием света в нем возникают свободные заряды — положительные (дырки) и отрицательные (электроны).

Слой перовскита помещают между двумя транспортными слоями, один из которых отфильтровывает электроны и передает их на катод, другой выделяет дырки и отдает на анод.

Так между катодом и анодом возникает электрическое напряжение, которое передается в цепь.

Первый такой элемент был создан японскими учеными в конце первого десятилетия нашего века. Он прожил не более получаса и имел КПД всего 3%.

— В процессе изучения данного соединения и улучшения архитектуры самого перовскита учеными всего мира удалось поднять КПД до 22% менее чем за 10 лет, и потолок еще не достигнут, — рассказал «Известиям» руководитель лаборатории перспективной солнечной энергетики Национального исследовательского технологического университета МИСиС Альдо ди Карло. — У кремния на достижение КПД более 20% ушло лет 40–50.

Стоимость ватта энергии для кремниевых солнечных батарей составляет примерно полдоллара. Ожидается, что для перовскитной фотовольтаики этот показатель составит менее 20 центов. Побеждают перовскиты и по стоимости квадратного метра солнечной панели: менее $20 против $50–60 для кремния.

Перовскитная фотовольтаика сочетает высокий КПД с возможностями тонкопленочных технологий: фотоэлектрический слой можно напылять практически на что угодно, печатая солнечные батареи, как на струйном принтере.

Одна беда: перовскиты всё еще остаются недостаточно стабильными. Молекула перовскита быстро распадается под воздействием света.

Сейчас срок жизни высокопроизводительной солнечной батареи на основе перовскита составляет не более года.

— Теперь нужно заниматься инженерией молекулы, искать оптимальный состав материала, — пояснил «Известиям» ведущий инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики Данила Саранин.

Он напомнил, что когда разрабатывались органические светодиоды OLED, установленные теперь в каждом смартфоне, их срок службы поначалу измерялся чуть ли не секундами. Потом довели его до минут, часов, суток. Сейчас он составляет уже несколько лет. А ведь перовскитная фотовольтаика развивается намного более быстрыми темпами, чем технологии OLED.

По мнению Данилы Саранина, ожидать выхода перовскитных — дешевых, эффективных и технологичных — солнечных батарей на рынок можно уже в начале 1920-х годов, и это будет означать революцию в гелиоэнергетике.

Революция эта коснется в первую очередь градостроительства. Технология печати фотоэлектрических элементов на гибких подложках позволит буквально облепить жилое или офисное здание солнечными батареями со всех сторон.

Причем не только снаружи, но и изнутри: энергию внутреннего освещения тоже можно использовать повторно.

Если, например, обклеить стены офиса солнечными пленками, как обоями, то вырабатываемой энергии хватит на питание беспроводных устройств, всевозможных датчиков и даже на подзарядку телефонов.

На фасадах же зданий будут развешаны солнечные батареи, как рекламные баннеры. Окна зданий тоже превратятся в солнечные панели: со стороны они будут выглядеть как тонированное стекло, но эта тонировка в дневное время будет производить электроэнергию, достаточную для ночного освещения.

Справка «Известий»

Сегодня суммарное производство солнечной энергии в мире превышает 400 ГВт. В течение следующих пяти лет этот показатель, по прогнозам экспертов, достигнет 1 тераватт (1000 гигаватт).

Два ключевых фактора — снижение себестоимости выработки солнечной электроэнергии и повышение эффективности солнечных модулей — сохранят тренд на стремительный прирост новых мощностей солнечной генерации.

В России, благодаря государственной программе развития возобновляемых источников энергии, уже построены станции, мощностью более 250 МВт, а ежегодный прирост новых мощностей солнечной генерации составляет порядка 240 МВт. Таким образом к 2024 году в России будут построены солнечные электростанции мощностью 1,7 ГВт.

По оценке директора информационно-аналитического центра «Новая энергетика» Владимира Сидоровича, к 2050 году в России 20% электроэнергии будет вырабатываться СЭС и солнечными батареями.

Смогут ли солнечные окна превратить здания в производителей энергии?

Солнечные окна изменят мировой рынок

Огромные площади стекольного покрытия в небоскрёбах и офисных зданиях представляют собой мощный потенциал в качестве превращения их в солнечные панели. Но основной проблемой здесь становится вопрос: могут ли специальные солнечные окна быть недорогими и эффективными для их массового внедрения в нашу жизнь?

Если вы вглядитесь в сверкающие окна американских небоскрёбов, что высятся в наших городах, то тогда становится понятной идея, что использовать эти гигантские стеклянные площади для производства солнечной электроэнергии может быть весьма привлекательным бизнесом. Только в 2009 году 437 млн.

квадратных фунтов оконных поверхностей было установлено в США в нежилых помещениях.

Такое гигантское количество солнечных стандартных панелей (если их ставить вместо стекла), позволили бы производить, по грубым подсчётам, не менее 4 гигаватт электроэнергии, что приблизительно равно всей емкости уже существующих солнечных панелей в США на сегодняшний день.

Этот значительный потенциал подводит инженеров и владельцев предприятий к все более широкому обсуждению идеи по замене стекол на солнечные панели с целью сделать из них некие мини-элетростанции. Так называемые солнечные окна – новый тренд в области, известной как встроенные в здания фото энергетические элементы.

Эта идея зиждется на понимании, что как окна не требуют 100% прозрачности, так и солнечные панели не обязательно должны быть 100% непрозрачными. Сейчас существует несколько способов, как превратить окна в девайсы, производящие электроэнергию, начиная от тончайшей силиконовой пленки и сенсибилизированного красителем солнечного элемента до микроскопических органических фотоэлементов.

Некоторые эксперты полагают, что эта отрасль балансирует на грани исчезновения, и вполне возможно, что миру так и не удастся никогда увидеть небоскрёбы, полностью покрытые солнечными панелями. Но некоторые производители обещают, с другой стороны, организовать массовое коммерческое производство солнечных окон в ближайшие годы.

Болевые точки проекта

Пока еще стоимость и технические трудности, с которыми сталкивается эта новая, «неоперившаяся» технология, возможно, может быть внедрена в лишь возвышающиеся здания заводов, которые не будут производить вредных выбросов.

Как и другие животрепещущие новинки в альтернативной энергетике, солнечные окна могли бы стать опорой экологичного будущего в ближайшие два десятилетия, но, так же они могут оказаться непрактичными и производить лишь малую толику от общей емкости солнечной энергетики.

«Самый важный здесь момент, болевая точка проекта, это возможно ли снижение цены конечного продукта и повышения электропроизводительности новых окон» — говорит известный в этой области специалист Национальной Лаборатории по Возобновляемой Энергии США Сара Куртз из штата Колорадо.

«Существует целый ворох схем развития и стратегий в этом вопросе, и именно креативность становится основной идеей этой игры. Если удастся найти такое решение, благодаря которому солнечные окна стоили бы так же, как и привычные нам обычные стеклопакеты, ну, или чуть дороже, то в таком случае однозначно бы появился смысл действовать. «Заставить» ваши окна производить электричество».

Встроенные в здания солнечные панели продвигаются на рынок медленно, но они уже кое-где «окутывают» стены, кровельное покрытие и прочие части зданий.

Младший аналитик GTM Research господин Шиао, сотрудник аналитического отдела в Кембридже, штат Массачусетс, говорит, что на рынке на данном этапе все еще представлено не более 1% (несколько сотен мегаватт за последний год) солнечной энергии.

В большинстве своем панели устанавливают на крышах зданий по всему миру, а также на чердаках. Окна с функцией выработки электроэнергии представляются более амбициозным и сложным проектом, чем обычные солнечные панели на крышах и стенах, потому что, собственно, люди СМОТРЯТ на мир через окно.

Поэтому сейчас мы можем наблюдать всего несколько примеров небоскребов, где были использованы солнечные окна. Наиболее яркий пример — Willis Tower (в прошлом ее называли Sears Tower) в Чикаго, где в 2011 году были установлены небольшие прототипы солнечных окон.

Не так давно появилось несколько технологий для солнечных окон, но пока они не приобрели большого значения.

Флагманом является одна компания, которая максимально близка к началу коммерческого выпуска продукции, а именно Новые Энергетические Технологии (New Energy Technologies), со штаб квартирой в Колумбии, штат Мэриленд.

Эта фирма разработала особую технологию напыления тончайшего слоя органического клеточного материала на поверхность стекла, прозрачность которого колеблется от 40 до 80 процентов для солнечного света, а остальной свет поглощается покрытием.

Уже подано 10 заявок на патенты. А если еще учесть, что вообще пока нет коммерческих прототипов продукции, то перспективы здесь весьма неплохие и компания раскрыла общественности некоторые детали.

Например, что технология напыления способна снизить стоимость солнечных окон весьма значительно. На данном этапе Национальной Лабораторией Возобновляемой Энергии объявлено о изобретении большого солнечного топливного элемента — площадью 170 кв. см.

, и эта разработка может значительно удешевить солнечные окна.

Несмотря на имеющийся прогресс, компания сталкивается с основной точкой преткновения в производстве и использовании солнечных окон: эффективность.

Величина, при которой солнечная панель превращает энергию солнца в электричество, важна для всех типов солнечных батарей, но особенно она важна для окон.

«Проблема в том, что свет вы видите сквозь окно, и если вы его улавливаете с целью получения электричества, то это окно перестает быть именно окном» — говорит Куртз.

Вернемся к конкретным данным: доказанная эффективность органического солнечного фотоэлемента составляет 10%, но при работе практически никогда не достигается. В то же время традиционные солнечные модули выдают электричество с эффективностью от 15 до 20%. В итоге заявленная эффективность солнечных окон в 5% вряд ли может считаться экономически оправданной.

«Давайте взглянем на это с точки зрения физика» — продолжает Куртз. «Солнечная панель, которую поместили в пустыне в оптимальном месте — где нет недостатка в солнечном свете — способна вернуть затраты в течении года. Если оставить панель там же на срок в 20 лет, то тут уже мы получаем не просто экономическую отдачу для инвестора, но и для всего общества!»

Если бы солнечные окна могли бы достичь хотя бы 1/3 эффективности привычных солнечных панелей, то тогда бы и возврат инвестиций осуществлялся бы в три раза оперативнее.

Другие эксперты полагают, что это просто вопрос времени – когда эффективность солнечных окон поднимется до искомой величины – чтобы эти окна стали объектом привлекательным в плане инвестирования.

Андреас Афинитис, профессор отделения механики Колорадского Университет в Монреале, который работает над технологиями солнечных окон, говорит, что новые, наиболее современные технологии, такие как тончайшее напыление силикона, могут стать весомым решением в краткосрочной и среднесрочной перспективе.

А в будущем более далеком, он все же делает ставку на органические материалы, которые отвечают долгосрочным планам по внедрению солнечных окон.

«Я полагаю, недалек тот день, когда рынок солнечных окон станет большим, но пока эта сфера буксует, потому что сама технология солнечных окон «прорывная», и к ней пока мало кто готов».

Олигомеры

Другая фирма, «Heliatek», что использует технологии органических солнечных элементов, расположена в Германии и уже имеет в своем ассортименте панели, что достигают 8% эффективности. Компания в качестве органических материалов использует молекулы, названные олигомерами и отдает им предпочтение в линейке привычных полимеров.

В плане производства это означает более дешевое, более понятное применение гальванических элементов.

В «Heliatek» говорят, что в течение ближайших 5 лет они смогут производить солнечные окна с гальваническим элементом и получать электричество по цене 50 центов за киловатт/час, делая солнечные окна вполне конкурентоспособными с другими технологиями, использующими энергию солнца для получения электричества.

Испанская компания «Onyx Solar» тоже предлагает ряд технологий в области солнечного стекла.

И хотя их стекла могут пропускать не более 30% солнечного света, но нужно помнить сколько света теряется впустую в самом здании! В различных вариантах, говорят в компании, их аморфно-силиконовое солнечное стекло – это такой тип гальванического элемента с тончайшим силиконовым напылением – способен дать вплоть до 9% эффективности.

Однако, все эти возможности солнечных окон не принимают во внимание несколько практических ограничений по покрытию площади зданий небоскрёбов солнечными окнами.

«Оптимальная установка солнечных окон подразумевает, что они будут смотреть на юг, и они должны быть немного наклонены.

Должен быть хороший доступ солнца, чтобы ничто не затеняло эти панели» — говорит господин Шиао, из компании «GTM Research».

«Проблема с небоскрёбами в нашем вопросе состоит в их вертикальной ориентации: существует только одна южная сторона здания, и очень высока вероятность, что рядом стоящий небоскрёб будет затенять как раз эту сторону высотки».

Подобные трудности и вызывают у Шиао и иных экспертов скептицизм по вопросу, имеют ли солнечные окна яркие перспективы. «Слишком много дизайнерских и технических трудностей, которые преодолеть, по большому счету, очень трудно, если говорить честно» — признается Шиао.

«Весь проект особо не имеет смысла, вне зависимости от стоимости. Ну, разве что, если кому-то удастся производить панели почти бесплатно или что-то типа того, и тогда, может быть, и будет смысл в установке солнечных окон на такие огромные объекты, как небоскребы».

Радужные планы

Но не все так пессимистичны и эти препятствия не особо сдерживают молодые и динамичные фирмы.

Например, «Oxford Photovoltaics» обнародовала исследование, проведенное Оксфордским Университетом, в котором компьютер смоделировал 700 футовый небоскреб в Техасе. Если покрыть его солнечными окнами, то они дадут 5,3 мегаватт электричества ежедневно.

Этого достаточно, что «запитать» энергией 165 домовладений или даст достаточно электричества небоскребу, чтобы полностью обеспечить себя освещением.

Оксфордская технология подразумевает включение в работу особенного элемента солнечных окон, который называется «сенсибилизированный красителем солнечный элемент».

Этот элемент в своей работе использует фото-электрохимический процесс для выработки электричества, что значительно удешевляет себестоимость всего проекта.

Прозрачные солнечные панели «Oxford Photovoltaics» способны выдавать 6% эффективности и компания уже намерена в ближайшее время вывести свой товар на рынок.

Где ждать прорыва?

Назир Херани, профессор в области инженерии университета в Торонто, полагает, что экономическая составляющая проекта солнечные окна может быть привлекательной для новых зданий с нулевым чистым потреблением энергии (это здания которые выдают столько же энергии за год, сколько потребляют), но не для модернизации уже введенных в эксплуатацию небоскребов. «При достаточно внимании к дизайну и при применении бесшовных технологий, вполне можно допустить, что подобные здания постепенно будут строиться в местах, где в основном возводят здания с нулевым чистым потреблением энергии. Это могут быть как города, так и сельские поселения» — рассуждает Херани.

Еще несколько компаний заявляют о будущем солнечных окон: в ближайший год-два они будут готовы вывести на рынок этот новый продукт. Они также подчеркивают, что эффективность солнечных окон будет и дальше расти, а цены снижаться, так же, как это имело и имеет место с обычными солнечными панелями.

Что же побуждает изобретателей и предпринимателей продолжать исследования и вкладывать деньги в проект солнечные окна? Огромный потенциал для сохранения и экономии энергии. Здания потребляют 41% всего американского потребление электричества, больше, чем такие отрасли, как производство и транспорт! Поэтому солнечные окна столь привлекательны.

«Я бы не стал сбрасывать со счетов эту технологию и ее возможности» — заявляет Куртз. «Когда произойдёт прорыв в индустрии солнечных окон? Я не берусь судить. Потому что нахожу это весьма опасным занятием — предсказывать будущее»

(Дейв Левитан, опубликовано 3 мая 2012г в США, перевод Михаила Берсенева )

Сила света. Подводные камни и перспективы развития солнечной энергетики

Солнечные окна изменят мировой рынок

Сектор солнечной энергетики признан самым быстроразвивающимся. Ежегодный прирост мощностей электрических солнечных станций составляет в среднем 50%.

Уже на сегодняшний день солнечная энергетика в стоянии обеспечить в районе 3% общемировой потребности человечества в электроэнергии.

По расчетам ученых, к 2050 году рынок солнечной энергетики сможет покрывать 20-25% общемировых нужд в электрической энергии.

Интересный факт. Для постройки солнечной электростанции (СЭС) мощностью на 1 (ГВт) требуется вывести из общего пользования прядка 20 квадратных километров земли.

Именно по этой причине солнечные электростанции разворачиваются только в тех районах, в которых имеются непригодные для сельского хозяйства земли.

СЭС чаще всего строят на территории карьеров, прибережных морских и океанических солончаках, пустынях, в горах и даже в воздухе (на гелиевых подушках).

Нужно отдельно отметить, что задумка солнечных электростанций не является новой. Рабочие технологии солнечной энергетики появились еще в 70-80 годах XX века. Но каждый квадратный метр прототипа стоил столько, что проще было предусмотреть в бюджете деньги на заказ обычного электричества на десятки лет вперед.

Сегодня же ситуация существенно изменилась. Научно-технический прогресс позволил удешевить производство фотоэлектрических компонентов в сотни раз. Конечно, солнечная электроэнергия по сей день остается достаточно дрогой.

Сегодня электричество солнечных станций обходится в 2-3 раза дороже тепловой или атомной электроэнергии. Но тенденция в снижении стоимости солнечного электричества все же наблюдается. Ежегодно электричество из Солнца становится доступнее примерно на 4%.

По расчетам ученых, уже к 2020 году себестоимость солнечной и тепловой энергии сравняется, что позволит приступить к массовой реализации проектов по постройке СЭС.

Кстати, ниже по тексту будет проведен небольшой анализ рынка солнечных батарей.

Чем так привлекательна солнечная энергетика?

Если не брать в учет главный козырь СЭС (неиссякаемую и бесплатную солнечную радиацию), сектор солнечной энергетики имеет не так уж и много плюсов. В перечне главных достоинств СЭС можно отметить:

  • Отсутствие вредных выбросов
  • Неприхотливость в сервисном обслуживании
  • Долгий срок службы фотоэлементов

Два последних пункта делают область солнечной энергетики очень привлекательной для инвестиций. Инвесторы называют вложение денег в рынок солнечной энергетики «бизнесом без проблем».

В солнечных пластинах нет трущихся элементов, что позволяет вычеркнуть расходы на обслуживание и ремонт из списка регулярных издержек.

Если ветровые и гидравлические электростанции нуждаются в плановом обслуживании и капитальных ремонтах, то СЭС более привлекательны в этом плане.

Срок службы рядовой солнечной панели составляет минимум 30 лет. Модели премиального класса и вовсе готовы отрабатывать по 50 лет. Технологии солнечной энергетики позволят пользоваться построенной электростанцией нескольким поколениям граждан.

Не нужно забывать и про ощутимую пользу для экологии. Одна солнечная станция суммарной мощностью 200 (МВт) позволяет сократить выброс углекислого газа (СО2) в атмосферу Земли на 300 тыс тонн ежегодно. Ученые рассчитывают, что массовая глобализация СЭС позволит сократить к 2050 году выброс углекислого газа на 40%.

Что по поводу подводных камей?

Конечно, не обошлось в секторе солнечной энергетики и без серьезных проблем, многие из которых не находят сегодня рационального решения.

  1. Камнем преткновения массового внедрения СЭС является высочайший уровень технической сложности производства и внедрения фотоэлектрических компонентов. Этот момент оказывает ощутимое влияние на конечную цену. Элементы солнечной электростанции стоят очень дорого. К примеру, проект постройки СЭС мощностью на 200 (МВт) оценивается в 200 млн евро. То есть за каждый МВт заказчику придется выложить 1 миллион евро. Ежегодно подобная станция (200 МВт) позволит обслуживать не больше 100 000 частных абонентов.
  2. Срок окупаемости проекта СЭС тоже весьма большой. Инвестиционные вложения в рынок солнечной энергетики начинают давать прибыль только с 7-10 года работы солнечной электростанции. Но этот момент не так сильно и отпугивает финансистов, так как сфера солнечной энергетики стабильна и надежна.
  3. Любая солнечная электростанция представляет собой полностью автономный источник энергии. То есть фотоэлектрические компоненты обязательно должны работать в паре с устройством аккумуляции энергии. Дело в том, что ночью СЭС не в состоянии вырабатывать электричество, что создает гигантский «прогиб» в энергетическом балансе региона. В ночное время солнечная электростанция питает абонентов от аккумулятора. Вопрос качественного запаса электроэнергии не находит на данном этапе развития научно-технического прогресса должного решения.
  4. Не стоит забывать и о проблеме утилизации изношенных фотоэлементов. В солнечных пластинах находится кадмий, который способен нанести экологии значительный урон. Работы по улучшению технологий солнечных батарей и поиску замены кадмию ведутся, но до конца данный вопрос остается так же нерешенным.
  5. Специалисты отмечают, что установка СЭС теоретически может нарушить микроклимат региона. Чтобы не допустить экологической катастрофы, сектор постройки СЭС ограничен строгими квотами. На долю солнечного электричества в общемировой энергетике готовы выделить не более 25%.

Производители компонентов СЭС

Вот небольшой анализ рынка солнечных батарей. Лидером производства солнечных батарей является, конечно же, Китай. Передовиком отрасли уже много лет подряд остается компания из Поднебесной Yingli. Ближайшим конкурентом этой торговой марки является фирма из США First Solar.

Развивающиеся страны, в число которых входит и Украина, не рискует выводить на рынок солнечных батарей свои собственные продукты. Все дело в высочайшем уровне конкуренции. Альтернативы китайским и американским батареям на сегодняшний день практически нет.

Продукция зарубежных компаний на прядок дешевле и на порядок качественней, чем отечественные аналоги. Этот момент учитывается при проведении тендеров на закупку оборудования. Такие сервисы национальных закупок как Prozoro всегда оттают предпочтение наиболее дешевой и наиболее качественной продукции.

Отечественные компании не в состоянии сегодня конкурировать с зарубежными фирмами.

Единственное, что могут предложить отечественные компании, так это комплектующие для создания каркасов, опор и проводящей электричество инфраструктуры. Данный сектор производства не такой уж и маленький, он тоже должен учитываться при анализе рынка солнечных батарей.

Вывод

Солнечная энергетика является не просто перспективной отраслью. Данный сегмент рынка стоит вровень с водородной энергетикой. Именно этим отраслям ученые и отводят ведущую роль  в формировании облика технологий будущего.

Как отмечают эксперты, энергетики из Украины хотят добиться к 2020 году показателя в 11% использования солнечной энергии из общегосударственного объема производимого в стране электричества.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.