Текущее состояние солнечной энергии в условиях домашних хозяйств США Страница 1 из 3

Только не паникуйте, но к 2050 году нам понадобится генерировать 15 ТВт энергии из возобновляемых (не увеличивающих выбросы углекислоты) источников, чтобы стабилизировать концентрацию CO2 в атмосфере. И в плане доступности, наибольший потенциал для этого на сегодняшний день есть у солнечной энергии.

Солнечная энергия – это «вероятно, единственное решение по получению энергии, как достаточно серьёзное по отдаче, так и достаточно приемлемое для долгосрочных [экологических] требований планеты», – говорит Ричард Перес, главный научный сотрудник Исследовательского центра атмосферных наук в Университете штата Нью-Йорк в Олбани. Анализ Переса включает геотермальные источники, ветер, другие возобновляемые источники, ядерный синтез и все виды ископаемого топлива.

Так что, если ветер, гидроэнергетика и геотермальные источники в некоторых регионах работают на локальном масштабе, сегодняшний потенциал солнечной энергии превосходит любой другой источник возобновляемой энергии на несколько порядков. Это единственный кандидат, кроме ядерной энергии, для глобального решения по добыче огромного количества энергии.

В среднем на Землю попадает около 175 Вт/м2 солнечной энергии. Если предположить, что 10% этой энергии можно преобразовать в электричество, то поставка необходимой США энергии потребует покрыть 2% земли США солнечными панелями – это примерно площадь Северной Дакоты. Поскольку это в 30 раз больше площадей наших крыш, для сбора такого количества энергии потребуется построить крупные солнечные электростанции.

Но это не уменьшает полезность нескольких панелей на вашей крыше. Если у вас свой дом, вы в принципе можете генерировать электричество сами. Вы можете уменьшить или устранить вашу зависимость от поставщика электричества – а может даже и продавать ему избытки, ещё больше уменьшая стоимость или даже получая прибыль.

Недавняя смена лидера государства намекает на неопределённость ситуации с солнечными инициативами США. Но отдельные организации, предприятия и граждане могут решать за себя, увеличивать ли им использование солнечной энергии. Чтобы лучше представить себе текущее состояние домашнего использования солнечной энергии в США, мы ознакомились с практикой, экономической стороной вопроса и опытом разных людей, превративших в последнее время свои дома в маленькие электростанции. Надеемся, что даже если вы живёте в квартире в подвале, эта информация сможет вас… просветить.
 

Лучше, чем когда-либо

В детстве мы восхищались калькуляторами и часами, работающими от солнца. Кое-кто получал в подарок научные наборы, где крохотные моторы были объединены с солнечными панелями размером с ладонь. Создание электричества из света казалось волшебством. Почему мы не можем сделать это во всём мире?

Одно из главных исторических препятствий к цивилизации, живущей на солнечной энергии – низкая эффективность и высокая стоимость солнечных панелей (СП) – пластин, преобразующих фотоны в электричество. Их эффективность, точнее, коэффициент фотовольтаического преобразования – это отношение электрической энергии, выдаваемой панелью, к энергии солнечного света, падающей на её поверхность.





Одна из первых СП

Их история довольно длинна. Первую СП придумал в 1883 году Чарльз Фриттс, мечтавший, как его СП будут соревноваться с растущей сетью сжигающих уголь электростанций Томаса Эдисона. Но 1% эффективность его СП сделало исполнение мечты невозможным.

К 1954 году лаборатории Белла продемонстрировали публике СП, подключив её к игрушечному колесу обозрения и к радиопередатчику. Устройство обладало эффективностью в 6%, что было значительным достижением по сравнению с предыдущими СП. Также это на самом деле была уже панель, на которой несколько фотоэлементов были соединены в солнечную батарею. Хотя она всё ещё была слишком дорогой для широкого распространения, The New York Times впечатлилась демонстрацией и объявила её «началом новой эры, которая приведёт к реализации одной из самых драгоценных надежд человечества – освоения практически безграничной энергии Солнца для нужд цивилизации».

В 50-х и 60-х годах продолжались исследования кремниевых СП. Небольшие СП начали появляться в игрушках и потребительских устройствах. К середине десятилетия эффективность удвоилась, но стоимость оставалась слишком высокой, особенно по сравнению с небольшой стоимостью электричества того времени. Одноваттная СП стоила $300, а стоимость 1 Вт энергии, получаемой от электростанций, составляла 50 центов.

Но к концу декады СП показали свою полезность как источник энергии для целого флота искусственных спутников. ВМФ США, изначально скептически относившиеся к СП, изменили своё мнение, когда обычная батарея на первом спутнике умерла через несколько дней. А СП поддерживали его работоспособность годами.

Стоимость высококачественных СП, используемых в спутниках и в космическом оборудовании, хоть и высока, но составляет лишь малую толику общей стоимости этих систем, а относительно малая стоимость топлива и наземной энергии в 50-х и 60-х годах не стимулировали к снижению их стоимости. Но к началу 70-х были разработаны СП, использующие материалы подешевле, и стоимость панелей снизилась до $20 за Вт. Совместно с энергетическим кризисом 1973 года это вызвало новую волну интереса к солнечной энергии в смысле её наземного использования.

Но технология всё ещё не была готова для массового рынка: эффективность находилась в районе 10%, и стоимость оставалась высокой.

Сегодня ощущается повышение интереса к солнечной энергии, как на домашнем уровне, так и на более крупных масштабах. Всё это происходит благодаря сложению нескольких факторов: уменьшение стоимости; увеличение эффективности СП; стимулирующая обстановка со стороны регуляторов и налогов; распространяющаяся обеспокоенность изменением климата; предпринимательские инновации.

Всплеск интереса связан и с экспоненциальным ростом использования солнечной энергии за последние 20 лет. Перспективы для роста сохраняются. Не менее чем в 30 странах, включая частично и США, энергия с СП на крыше становится дешевле, чем из сети – и это не считая субсидий на их приобретение.

Что ещё помогло вхождению СП в жизнь, так это рынок со множеством альтернатив обычным панелям, располагаемым на крышах. Некоторые компании продают эстетически более привлекательные варианты, такие, например, как СП в виде покрытия для крыш (в результате получается блестящая крыша, а не торчащие с неё панели). Одна фирма предлагает мелкие дома, разработанные для разных клиентов, включая сегмент тех потребителей, которые стараются минимизировать свой вклад в выброс парниковых газов. Некоторые из таких продуктов идут с интегрированными солнечными крышами и возможностью работать полностью автономно.

Илон Маск недавно заявил, что его «солнечная крыша» в установке будет дешевле обычной, даже не считая её возможности генерировать электричество. Такой вариант сделал бы выбор солнечной крыши безрисковым при строительстве.

Также владельцы домов не ограничены поверхностью крыш. Та же технология применима к навесам для авто и другим отдельным строениям, и СП-панели можно установить даже в поле или во дворе.





Автономная станция, отслеживающая состояние воды

И хотя мы концентрируемся на солнечной энергии в домашних хозяйствах, необходимо отметить растущий сегмент СП-сооружений среднего размера. Они больше, чем домашние, но меньше, чем масштабные солнечные электростанции. В недавней поездке по Мэриленду и Виргинии мы заметили несколько участков земли, засаженных рядами СП, а не кукурузой или пастбищами для коров. Небольшие солнечные электростанции становятся популярным способом получения преимущество солнечной энергии для небольших общин без необходимости для каждого члена общины покупать свою собственную систему.

Вид СП, перемежающихся с зерновыми, напомнил нам о том, что это просто самый новый способ эксплуатации обильной и бесплатной энергии Солнца – преобразование её в электричество, а не в сахар через фотосинтез.
 

Доллары и киловатт-часы

Итак, вы решили заняться сбором солнечной энергии. Разумная ли это инвестиция?

Для многих людей это не просто расчёты доходов и расходов: осознание того, что вы уменьшаете ваш вклад в выброс парниковых газов, может перевесить чисто финансовые соображения. А те, кто инвестирует в автономную систему с аккумуляторами, получает удовлетворение от безопасности и независимости от местной инфраструктуры.

Но система стоит денег. Если вы не заключили выгодную сделку с установщиком, для большинства людей установка СП на крышу – серьёзное вложение. Эти затраты снижаются уменьшением вашего счёта за электричество, а возможно, и продажей вашей энергии в энергосеть.

Кроме таких общих заявлений, невозможно сделать определённые предсказания по поводу стоимости домашней солнечной энергии. Всё потому, что все имеющие к этому отношение факторы очень сильно зависят от того, где вы живёте. В городах, где стоимость электричества самая высокая, инвестиция в солнечные панели на крыше может посоперничать с инвестицией в индексный фонд. Там, где стоимость электричества ниже, а погодные условия делают СП неэффективными, это может быть тратой денег (не считая указанных выше иных причин). Стоимость продажи электричества обратно в сеть также зависит от регионов.

Исследователь энергии Джошуа Родс отмечает, что средняя стоимость солнечной энергии с СП на крыше, учитывая установку, время жизни и другие факторы, в США сейчас сравнялась со стоимостью энергии из сети: примерно 12 центов за кВт-ч. Это может стать поворотной точкой, означающей, что каждый домовладелец, настоящий или потенциальный, должен серьёзно рассмотреть СП как часть его вложений.

Но эти цифры скрывают детали. Стоимость полученной из сети энергии по стране может отличаться в 10 раз, и стоимость установки панелей, а также солнечный свет, тоже сильно варьируются. Родс собрал свои данные на картах, показывающих, в каких местах домашняя солнечная энергия стоит вложений, а где она ещё не готова для внедрения. 

В результате находятся большие регионы, где велики как стоимость энергии, так и количество солнечного света, типа южной Калифорнии – там установка панелей может быть хорошей идеей. В штате Вашингтон плохо с солнцем и дешёвое электричество, так что там в этом может не быть смысла.

Но эта информация быстро устаревает. Обычные, кремниевые СП, постоянно падали в цене, в основном из-за экономии на масштабе. Этот процесс может приближаться к насыщению рынка, и будущее снижение стоимости может быть основано на исследованиях новых типов фотоэлементов или способов производства.
 

Реальный пример

Ник Уайт живёт в Денвере, Колорадо, он установил СП себе на крышу чуть больше года назад и вёл подробные записи. Он поделился ими с нами, и их изучение будет познавательным.



  • 184
  • 28/02/2017


Поделись



Подпишись



Смотрите также

Новое