Солнечные батареи себя уже оправдали! …или нет?

Попробуем, наконец, ответить на вопрос: могут ли солнечные панели выработать больше энергии, чем требуется для их производства? Помогут нам в этом учёные.

Поводом для заметки послужила работа 2016 года Atse Louwen и др. авторов под названием «Переоценка чистого производства электроэнергии и сокращения выброса парниковых газов за 40 лет производства фотоэлементов». Среди выводов — сокращение вредных выбросов на 17-24%, рост окупаемости производства и прочие блага.

Это всё хорошо, но хотелось бы получить ответ на ключевой вопрос: батареи уже работают «в плюс» или ещё нет? По финансам — работают. Правительства многих стран активно субсидируют этот вопрос. Но нас сейчас не интересуют ни деньги, ни стоимость, вопрос чисто энергетический: да или нет? Об этом в статье только два намёка: с 1975 по 2014 годы установленная мощность панелей росла в среднем на 45% в год; с удвоением установленной мощности объёмы энергии, затраченной на производство, уменьшаются на 12-13%.

По первому намёку есть веское замечание. Бум наблюдался под конец 20 века, а в последние 10 лет установленная мощность увеличивалась только на 18% ежегодно, и, судя по графику, темпы прироста замедлились. Значит, удвоение мощности в последние годы происходило раз в пять с половиной лет. Чем дальше, тем сложнее удваивать.

По второму — ответ можно найти, обратившись к другой работе, где Natalia Duque Ciceri с соавторами утверждает, что по состоянию на 2014-й год для производства каждого квадратного сантиметра солнечной панели размером 30×30 см (меньшие обходятся дороже) требуется 1,07 КВт·ч энергии. С тех пор 5,5 лет ещё не прошло, поэтому не будет грубой ошибкой принять округлённую цифру — 1 КВт·ч на 1 см2. Теперь перейдём к квадратным метрам и займёмся счётом.

Доступно сегодня

Нам нужно покрыть энергозатраты на 1 м2, то есть 10 тыс. см2 — и столько же киловатт. Сегодняшние панели по КПД уже превзошли фотосинтез в растениях, и могут выдавать порядка 200 Вт энергии на 1 м2. Значит, для покрытия затрат они должны отработать на полную мощность 10000/0,2 = 50 тыс. часов (предположим, что панель не будет деградировать — терять мощность — со временем).

Если светлая часть суток в среднем 8 часов, и каждый день Солнце светит от рассвета до заката, понадобится 17 лет. Такие идеальные условия нужно ещё поискать (возможно, где-то в пустыне Сахара). Значит, можно смело утверждать, что весь срок службы панели отрабатывают заложенный в них «энергетический кредит».

Также нелишне вспомнить, что новую панель желательно сделать не за 17 лет, а побыстрее, чтобы нарастить установленные мощности и заменить отработавшие. Значит, нужен некоторый объём установленных панелей, которые смогут дать энергию для производства новых панелей…

Если же учесть, что энергия нужна и для производства аккумуляторов, контроллеров заряда, следящих за Солнцем систем, то картина будет вообще не радужной. Что остаётся от упомянутой в начале статьи? В сухом остатке — субсидирование государством и некоторое снижение выбросов CO2.

Теоретический рубеж

Но если сегодня панели почти окупают себя, значит завтра они всё же смогут дать больше, чем требуется для их производства? Возможно.

Теоретически, до поверхности Земли доходит порядка 1 КВт солнечной энергии на 1 м2. При КПД панелей в 100% сегодняшний уровень затрат можно было бы покрыть за 10 тыс. часов (1 м2 = 10000 см2). Снижение энергозатрат на производство тоже не бесконечно, и замедление темпов в последние годы говорит о приближении к некоему теоретическому пределу (против термодинамики не попрёшь).

Возможно, энергозатраты удастся снизить ещё вдвое — если удваивать объёмы выпуска раз в 5,5 лет, это может произойти через 200%/13%*5,5 = 85 лет. О том, какую площадь они займут к тому времени, и останется ли пространство для растений, промолчим, главное, что энергетически окупать себя они будут уже за 5000 часов, то есть почти за два года. При 100%-ном КПД… И ведь ещё не факт, что дальнейший рост объёмов производства даст ожидаемое удешевление, тут только туманные прогнозы.

Вместо заключения

Солнечной энергетике праздновать победу ещё очень рано, предстоит много работы — по крайней мере, до конца этого века. Вместе с тем есть ещё один вопрос, даже более важный, чем затратность-окупаемость солнечных батарей. Есть ли что-то большее, чем солнечная энергия? Конечно есть.

До сих пор мы не затрагивали удельную ёмкость источников энергии, то есть количество вырабатываемой энергии на единицу объёма генератора (батареи, панели — не важно). По возрастанию удельной энергоёмкости это: механические — химические — ядерные — термоядерные. Такова и история освоения энергетики: познавая устройство природы, человек освоил потребление ископаемой энергии, и вплотную подошёл к «игре в Бога» — созданию термоядерного реактора (ближайший ныне работающий — Солнце).

Штурм «термояда» в 70-е годы прошлого века не увенчался практическими успехами, но дал обильные плоды для дальнейших разработок. Энергеника не остановилась на ядерных реакторах: уже строится и к 2030-м годам заработает (если политики в очередной раз всё не испортят) первый комбинированный термоядерный реактор на тории вместо урана (проект ITER). Тория в природе больше, энергоёмкость установки выше, а объёмы отходов на несколько порядков меньше, чем требуется солнечных панелей…


Protected by Copyscape Online Plagiarism Test
Вы не можете высказаться или оставить ссылку здесь...

Обсуждение закрыто.

Powered by WordPress | Thanks to NewWpThemes | Александр Божок