Фотовольтаические системы. Энергобаланс и интеграция

13.07.2018

Энергетический баланс ФВ систем

Всеобщее заблуждение о ячейках фотоэлектрических систем - это что на их производство используется больше энергии, чем генерируют в течение всей продолжительности их жизни. Это, возможно, было верно на ранних стадиях производства фотоэлектрических систем, когда очистка монокристаллического кремния и процесс Czoхrаlski требовали много энергией, а эффективность производимых ячеек была относительно низкой, приводя к низкому выпуску энергии за все время полезной эксплуатации ячеек.

Однако, при современных способах производства, используемых в последние годы, и с повышением эффективности модулей, сальдо энергии фотоэлектрических систем стало положительным. Недавнее исследования (Alsemа и Niewlааr, 2000) позволили рассчитать время окупаемости энергии для модулей фотоэлектрических систем (учитывая сроки эксплуатации и стоимость крепежных и поддерживающих структур) - оно между 2 и 5 годами в европейских условиях, а будущие усовершенствования должны сократить эти сроки до 1,5-2 лет. Использование материалов с низкоконцентрированной энергией (как, например, древесина) в поддерживающих структурах модулей может улучшить окупаемость энергии фотоэлектрических систем.

Интеграция ФВ систем

Фотоэлектрические системы могут повышать рентабельность глобальной выработки электроэнергии, но при развитии национальных программ поддержки. Этим они отличаются от невоспроизводимых источников энергии. Программы поддержки солнечной энергетики есть долго-, средне- и краткосрочные, а также с разной поддержкой государством производства солнечных батарей. В Великобритании большинство солнечных батарей производится летом, когда спрос на электроэнергию относительно низкий (а процесс энергоемкий!); намного меньше производят зимой, когда спрос высок. И хотя солнечные батареи весьма надежны и производят энергию в дневные часы в климате с ясным небом, их работа может быть чрезвычайно ненадежной в странах с высокой облачностью.

Но перебои в выработке солнечной энергии не сильно влияют на общую передачу энергии в сеть (большинство исследований называют цифру от 10 до 20%), и это не главная проблема. Сеть проектируется так, чтобы покрыть колебания из-за работы солнечных батарей. Эти колебания рассматриваются как эквивалент «отрицательной нагрузки» на сеть. Должна быть техническая возможность существенно сглаживать такие колебания, чтобы станции по производству фотоэлектричества можно было размещать в регионах, подверженных изменениям погоды и солнечного освещения в частности.

Однако, если станции по производству солнечной электроэнергии и других колеблющихся возобновляемых источников энергии, например, использующих энергию ветра, внесут вклад более 20% в общую выработку электроэнергии, и при этом будет использован «генерирующий микс» по снабжению электросети, можно будет заменить часть станций по выработке энергии на станции быстрого «ответа» (например, на гидро- или газовые турбины) и увеличить количество установок краткосрочного хранения энергии (увеличить «спиннинг резерв»).

Эти соображения высказывают некоторые аналитики. Они считают, что так можно поступить, чтобы обойтись без больших емкостей дешевого хранения электроэнергии, и до момента, пока неустойчивые возобновляемые источники энергии (такие как фотовольтаические) не смогут вносить главный вклад в производство электроэнергии. Либо нужно совершенствовать способы дешевого хранения энергии в больших количествах.

Это одна из главных причин для недавнего возрождения интереса к использованию водорода как средства для хранения и распределения энергии. Водород производился бы электролизом воды, используя электроэнергию от солнечных батарей или другого возобновляемого источника энергии. Водород был бы сохранен и доставлен в нужное место, а затем при необходимости снова превращен в электроэнергию в топливных ячейках.

Этот солнечный дом во Фрайбурге, южная Германия, не соединен с сетью. Модули солнечных батарей на крыше обеспечивают все потребности здания в электроэнергии. Когда фотоэлектричество доступно, но не расходуется, оно используется для производства водорода, которым заполнен большом резервуаре в саду. Когда есть дефицит фотоэлектричества, сохраненный водород используется, чтобы производить электричество посредством топливной ячейки, которая также производит горячую воду. Дом имеет очень высокий уровень инсоляции, так что его потребности в обогреве минимальны. Дом был сконструирован как прототип в 1990-х и сейчас используется в качестве лаборатории.

В следующий раз обсудим ресурсы и мировой рынок ФВ