Альтернативная энергетика + Солнечная батарея

На Пикабу почему-то хэйтят альтернативную энергетику. Часто это принимает форму некоторого буллинга, иногда безосновательного.

Так как я живу на юге нашей страны, то писать буду про солнечную энергию и в самом конце - чутка про ветер.

В 2008м с товарищем приобрели дом в предгорьях. Всё хорошо, но сеть оставляла (и оставляет) желать лучшего. Очень частые отключения из-за ветхой ЛЭП, перекос фаз от 160 до 270 вольт. Как непогода - света нет сутками, пока где-то на склонах гор не найдут и не починят ЛЭП. На первое время был куплен бензогенератор, который реально спасал. В конечном счёте, была куплена и смонтирована небольшая солнечная электростанция. Параметры: 1КВт панелей (позже +500 Вт), инвертор на 2,5 КВт, 800 А*ч х 12 В AGM аккумуляторы. Главный компонент - солнечные панели. Подробнее о мифах и предрассудках.

Они нуждаются в обслуживании. Нет. С 2008 года на крышу я залазил ровно один раз - добавить ещё две панели. Летняя пыль смывается при каждом дожде. А снег долго не лежит на них - при первых же лучах солнца он съезжает вниз, остаток на тёмных панелях тает даже при минусе. Мы ж не в Сибири живём.

Они вырабатывают крайне мало, занимают много места. Наш киловатт панелей занял мизерную часть крыши сарая. На средний дом легко поставить десяток киловатт. Если надо.

Зимой не работают. Зимой солнце ниже над горизонтом. Поэтому панели стоит ставить ближе к вертикали, если рассчитываете на зимнюю генерацию. Да, даже на юге реальная среднесуточная вырабатываемая мощность зимой будет раза в 3-4 ниже летней. Но что-то будет всё равно.

Выработка через пару лет падает и они становятся мусором. Нет. 12 лет стоят первые 4 панели. Зарядник MPPT считает киловатты отданные панелями, а я записываю. За 12 лет никакой заметной потери мощности не было! Производитель обещает 25 лет срок службы. И после этого они продолжат отдавать не менее 80% от номинала. Похоже, что это близко к правде.

Они улетят при первом же ветре, их размолотит градом. За 12 лет был град, который разбивал шифер, а на алюминиевом оставлял вмятины (если интересно, скину фото). И ураганы, ломавшие деревья. Панели целы и невредимы.

Что можно запитать от такой станции. У нас это 20-25 лампочек, горящих весь вечер (уличное освещение и внутри дома. Светодиоды 9 Вт. Три циркуляционных насоса, холодильник, роутер, телевизор, комп, ну и по мелочи. Мощные потребители (электрочайник, сварочник, стиралка, электрический теплый пол, электроинструмент, утюг) - питаются от сети. В доме двойная проводка и отдельные маркированные розетки. При этом, если пропала сеть, то можно с умом работать и тяжелыми потребителями, инвертор позволяет. Нет, бойлер высосет всю энергию из аккумуляторов за час. Летним днём - можно легко.

Экономика

Солнечные панели с 2008 года подешевели и продолжают дешеветь. Тогда 4шт по 250 Вт стоили около 100 т.р. или 3400$. Сейчас в той же фирме такие панели стоят 32 т.р. или 450$. В восемь раз в долларах подешевели! При этом электроэнергия с 2008 года выросла в два с лишнем раза, сейчас выше 5 р за КВт*ч. Дураку понятно, что эти тенденции однажды приведут к тому, что электричество с панелей будет дешевле сетевого. И этот момент уже настал. Один киловатт панелей у нас на юге в год выдаёт около 2000 КВт*ч электроэнергии. Это по тарифу - 10 т.р. окупаемость - чуть больше трёх лет. Срок службы - свыше 25 лет!

Но не всё так гладко. Нельзя просто так взять и подключить панели к розеткам. Нужен инвертор соответствующий мощности потребителей и панелей. В 2008 такой вышел почти 100 т.р. Сейчас похожий - 30 т.р. Но и это ещё не всё.

Аккумуляторы. Электричество нам нужно не только днём, но и ночью. Поэтому надо запасать его в аккумуляторах. Несмотря на весь прогресс, пока самым дешевым способом сохранения энергии в быту являются свинцовые аккумуляторы. Чтобы гарантированно переночевать надо запасти 3-4 КВт*ч электроэнергии. Это четыре 200А * 12 Вольт аккумулятора. Типа Камазовских. Стоят они 40 т.р. и служат года 3-4. Есть необслуживаемые гелевые, специально для автономных систем. Но они стоят почти сотку, а служат 10 лет. То на то по деньгам и выходит.

Так вот, если даже Вам электроэнергию в аккумуляторы ночью благотворители бесплатно в вёдрах носят, то только аммортизация Ваших аккумуляторов выйдет в 7-8-9 рублей за один киловатт*час.

То есть если Вы запасаете энергию в аккумуляторы, то Ваша система никогда не окупится в сравнении с потреблением из сети.

Ну и нахера тогда это всё?

- Не везде вообще есть физическая возможность подключиться к сети

- Где-то, как в нашем случае, сеть очень дерьмового качества и можно днями сидеть без электричества. Альтернатива - вонь и шум от ещё менее экономичного бензогенератора. С солнечной электростанцией ты об отключение узнаёшь только от соседий с фонариками, ищущих где б телефон зарядить.

- Есть уверенность, что электроэнергия будет дорожать. Здоровье с годами, увы не всегда укрепляется. А с пенсией всех нас кинут, если вы не депутат, да ещё и дожить надо. А вот вложения в автономность дома (электричество, своя скважина, автономное отопление, утепление, септик, сад) - это своего рода инвестиция в своё будущее, в котором, возможно, придётся на 8 т.р. выживать.

- Блэкауты и прочие заварушки никто не отменял. Как один чувак говорил, вы покупаете свою независимость. Это может быть дорого.

- Ну и просто - пробник технологий.

И не могу не сказать, что экономика начинает “биться”, если использовать сеть вместо аккумуляторов. Днём вы отдаёте энергию (счётчик крутится обратно), ночью - забираете. В конце месяца либо Вы доплачиваете энергосбыту, либо он Вам. В России пока это развито слабо ввиду бюрократизма. Хотя даже на Украине это работает уже десятилетия. В этом случае, даже безо всяких льготных тарифов это уже сегодня окупаемо в течение 5-8 лет.

Сейчас в России, здесь на Кавказе, строятся большие электростанции на солнечных панелях. Строятся за частные деньги. Например Лабинская СЭС.

Не убедил - панели зло, отмыв бабла, ко-ко-ко, давайте лучше Росатом, который должен был бороться со злом, но примкнул к нему. Вы будете смеяться, но именно Росатом строит два крупнейших в России парка ветрогенераторов. Один готов уже в Адыгее, другой на Ставрополье в процессе. И ещё куча на начальных этапах.

Альтернативная энергетика это будущее для мелких потребителей, особенно в ебенях. А когда изобретут радикально другие аккумуляторы (или просто ещё 10-15 лет поработают над существующими) мы проснёмся в другом мире. Да и у солнечных панелей есть куда расти, ведь КПД у них менее 20% от теоретически возможного.

Согласно «Прогнозу развития мировой энергетики до 2030 года» специалистов компании BP, в ближайшие два десятка лет наметившиеся в экономике мировой энергетической отрасли тенденции ничуть не изменятся. Вместе с ростом населения и его доходов будет неуклонно расти уровень потребления электроэнергии.

При этом сейчас основным источником энергии для человечества, как и сто лет назад, является ископаемое топливо. Несмотря на то, что атомная энергия подвластна людям уже более полувека, доля ее в мировой энергосистеме на сегодняшний день едва ли дотянет до одной десятой. А ведь после того, как люди освоили контролируемое ядерное деление, считалось, что атомная энергия вскоре вытеснит ископаемое топливо. Последнего, как известно, становится все меньше и меньше: все прогнозы сходятся на том, что при сохранении современных темпов добычи нефти и газа нам хватит на несколько десятилетий, а угля – на столетие-другое.

Термоядерный синтез

В середине прошлого века, уже вскоре после появления первых атомных и водородных бомб, идеи управляемого термоядерного синтеза стали распространяться сначала в Советском Союзе, а позже и в других странах. В 1956-м году академик Игорь Курчатов выступил с предложением о международном сотрудничестве в этой области.

Несмотря на то, что человечеству известно более десятка различных реакций слияния атомов, на практике сейчас рассматриваются лишь две из них. Наиболее простая и достижимая: «дейтерий + тритий». Именно эта реакция проходит в термоядерных бомбах. Ее применение обусловлено тем, что в качестве топлива можно использовать два твердых вещества – дейтерид лития-6 (источник дейтерия) и металлический литий-6, который под действием нейтронов от распада ядерного запала способен на деление с образованием трития и гелия-3 и выделением энергии.

Результатом реакции синтеза «дейтерий + тритий» является образование гелия-4, нейтрона и выделение энергии. Мощный поток нейтронов и температура – миллион градусов вносят определенные сложности для ее контроля: такую опасную и горячую плазму надо как-то удерживать. Одно из первых и наиболее отработанных решений– магнитная ловушка, получившая название токамак. Принцип действия заключается в удержании комка высокотемпературной плазмы в воздухе с помощью нескольких мощных магнитов. При этом магнит имеет форму кольца.

Наибольшего успеха ученые добились в проекте ITER, осуществляющемся на юге Франции усилиями нескольких государств. Он представляет собой экспериментальный термоядерный реактор, который сможет получать электричество и станет первой коммерческой электростанцией, основанной на термоядерном синтезе. Строительство комплекса началось в 2010-м году, а запуск для проведения первых экспериментов намечен на 2020-й год.

Еще одна перспективная для управляемого синтеза реакция – «дейтерий + гелий-3». В отличие от предыдущей, реакция влечет во много раз меньший поток опасных нейтронов, вместо которых выделяются протоны, а их легко уловить и даже использовать для получения энергии. Кроме того, исходное топливо для синтеза малоактивно, а его хранение не представляет особого труда. Вместе с тем, при аварии такой реактор практически не загрязнит окружающую среду.

Тем не менее, гелий-3 рассматривается в качестве топлива лишь на дальнюю перспективу. Этот элемент является побочным продуктом реакций, происходящих на Солнце. На Земле с ее плотной атмосферой его распространенность весьма мала, так что весь используемый для научных и промышленных нужд изотоп получается искусственно как продукт распада трития. Но на Луне, где нет атмосферы, запасы гелия-3 оцениваются в 10 млн. тонн, так что в будущем рассматривается возможность промышленной добычи этого минерала на Луне и доставки на Землю. Это может быть весьма выгодно: при вступлении в реакцию всего 1 кг гелия-3 и 670 г дейтерия выделяется энергия, которая образовалась бы при сгорании 15 тыс. тонн нефти. К сожалению, на сегодняшний день запуск такой реакции невозможен технически, так как для этого необходима куда более высокая температура, чем для осуществления синтеза «дейтерий + тритий».

За все то время, что нам известен термоядерный синтез, мир не раз облетали сенсации относительно нового прорыва в этой области. Все они касались холодного термоядерного синтеза – гипотетической возможности осуществлять синтез, не разогревая рабочее тело до миллионов градусов. До сих пор все эти сообщения не подтверждались экспериментами. Конечно, то, что холодный термоядерный синтез все же возможен, допустимо, но каких-либо значительных подвижек в этом направлении пока нет.

Солнце

На расстоянии около 150 млн. километров от нас находится самый важный в жизни нашей планеты источник энергии – наше Солнце. Здесь проходят все те же термоядерные реакции. Именно их энергия породила жизнь на нашей планете, высвободила кислород, она лежит в основе химической энергии нефти и газа, а также запасов гелия-3 на Луне.

Энергии, посылаемой Солнцем на Землю в виде светового излучения, хватило бы человечеству с лихвой на любые потребности. В районе экватора наша планета получает порядка 2,5 кВт энергии на каждый квадратный метр поверхности. Так почему же не использовать эту бесплатную, безопасную и столь доступную энергию вместо того, чтобы сжигать тонны нефти?

Электростанция Gemasolar в испанской Андалусии, работающая от солнечной энергии

Прямые методы преобразования солнечной энергии в электрическую пока еще слишком примитивны. Стоит признать, что наука, так далеко шагнувшая во многих направлениях, пока еще не позволяет использовать солнечную энергию достаточно эффективно. Наиболее отработанные в технологическом плане солнечные панели основаны на кремниевых фотодиодах, полупроводниках, внутри которых под воздействием света без дополнительных преобразований вырабатывается электричество. Такие панели встраивают в калькуляторы, электронные часы и другие небольшие приборы. Тем не менее, до недавнего времени батареи были столь дорогими и неэффективными, что и за несколько десятилетий работы не могли окупить затраты на свое производство. Но времена меняются, появляются новые материалы, а методы производства совершенствуются каждый год. Не так давно стали появляться органические полупроводники, производство которых обычно стоит намного меньше, чем кремниевых. Последний рекорд эффективности солнечных батарей выглядит уже вполне убедительно – 37,8%.

Есть и другие способы улавливания солнечной энергии и превращения ее в электричество. Один из них – нагрев рабочего тела, например, воды или соли, которое в свою очередь вращает турбины, вырабатывающие электричество. Crescent Dunes Solar Energy Project, неподалеку от Лас-Вегаса, уже позволяет вырабатывать до 110 МВт электричества в среднем по десять часов в сутки. Сооружение представляет собой башню высотой 165 м. Внутри башни находится резервуар с рабочим телом – расплавленной солью с температурой около 1000°С, а также теплообменник и необходимая для выработки электричества инфраструктура. Необходимым солнечным светом башню будут обеспечивать 10 тыс. зеркал, которые расположатся вокруг нее на расстоянии до трех километров. Площадь каждого зеркала составит несколько квадратных метров, а фокусироваться весь свет будет на теплообменнике размером всего 30 м.

Ветер

Еще в далекие времена ветер двигал корабли и заставлял работать мельницы. С тех пор потребности человечества возросли на несколько порядков, но ветер как дул, так и продолжает дуть. Многие страны уже успешно используют ветер для получения электричества: в Дании он приносит почти треть, в Португалии – одну пятую всей электроэнергии.

У ветряных электростанций множество плюсов. Они не загрязняют окружающую среду, оказывая лишь небольшое влияние на локальный климат. Площадь, которую занимает турбина, обычно не превышает 1% всей фермы, так что землю можно без проблем использовать для нужд сельского хозяйства. В густонаселенных странах так и делают: земля под мачту арендуется у фермеров, которые ведут вокруг свою сельскохозяйственную деятельность.

Разумеется, ветряки можно устанавливать там, где есть ветер. Если среднегодовая скорость ветра ниже 5 м/с, то использовать генераторы с горизонтальной осью вращения нецелесообразно. Но не так давно появились роторные генераторы с вертикальной осью вращения, способные хорошо работать и при скорости ветра всего 1 м/с. С ростом средней скорости ветра себестоимость каждого киловатта произведенного электричества существенно снижается.

Ветряная электростанция Thanet – ветровая станция в 11 км от побережья округа Танет (Thanet) в графстве Кент в Англии. Это самая большая ветряная электростанция, находящаяся в открытом море. Ее мощность достигает 300 МВт, а стоимость – 1,2 – 1,4 миллиарда долларов.

Мировым лидером в области ветроэнергетики является Китай. В 2006-м году здесь был принят закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагалось, что к 2020-му году суммарная мощность всех ветряков достигнет 30 ГВт. Однако бурный рост отрасли позволил перешагнуть этот порог уже в 2010-м году, а к концу прошлого года этот показатель был равен уже 75 ГВт, что составило 26,8% от общемирового производства. Самая большая в мире ветряная ферма находится в Индии и называется Jaisalmer Wind Park. Основанная в 2001-м году, она постоянно растет: по состоянию на февраль этого года ее суммарная мощность составляет чуть больше 1000 МВт.

Водород

Конечно, новые способы получения электроэнергии – это огромный прорыв вперед. Тем не менее достаточно компактные, мощные и недорогие аккумуляторы мы пока не изобрели, так что наш транспорт по-прежнему нуждается в топливе. Водород – практически идеальное топливо: он имеет очень высокую удельную теплоту сгорания, а в результате горения получается лишь водяной пар.

Получение водорода также предельно просто – с помощью электролиза вода разлагается на водород и кислород. Еще один несомненный плюс: водород позволяет довольно легко и компактно получать электричество каталитическим способом.

В будущем, когда человечество научится получать дешевую электроэнергию от Солнца, именно водород станет основным топливом, используемым для заправки транспорта. При этом есть все основания полагать, что сегодняшние нефтяные экспортеры вроде Саудовской Аравии, ОАЭ и других арабских стран, могут стать крупнейшими производителями водорода. Для этого у них есть все: огромные незанятые территории, очень жаркое солнце, постоянно ясная погода и достаточные для реализации дерзкого проекта средства. Отсутствие пресной воды некритично, водород можно получать и из морской.

Антиматерия

Стоит упомянуть и еще об одном потенциальном источнике колоссальной энергии – антиматерии. О ней нам известно очень мало. Она представляет собой полную противоположность материи, из которой состоим мы с вами и все остальное во Вселенной. При встрече материи и антиматерии происходит аннигиляция, в результате которой и одна, и другая исчезают, а в окружающее пространство высвобождается энергия. По расчетным данным, аннигиляция 1 кг материи и такого же количества антиматерии высвобождает энергию, эквивалентную взрыву почти 43 мегатонн тротила.

Пока что люди не научились ни получать в достаточных количествах, ни использовать антиматерию. Но это не значит, что в будущем мы никогда не сможем «пустить в дело» эту загадочную и интересную субстанцию.

О том, что думает об альтернативных источниках энергии знаменитый журналист, политический консультант и интеллектуал Анатолий Вассерман — читайте в нашем интервью с ним.

Источник: Naked Science

Читайте также:

– «Водяные НЛО» — загадочные и не до конца объясненные явления в Мировом океане;

– Медики предупредили о ранних и почти незаметных симптомах коронавируса, присутствующих у 60-70% зараженных;

– Чем вреден фастфуд.