Как солнечная энергетика меняет мир: Илон Маск создает солнечные города

Команда Илона Маска готовится перевернуть представление о солнечной энергетике: уже к 2024 году солнечные элементы будут использовать на 50% чаще. «Зеленая» энергетика станет более доступной, а сфера ее использования будет расширена.

Solarglass — «солнечное стекло» будущего

Осенью прошлого года Tesla запустила новую версию солнечной черепицы для использования при строительстве жилых домов. Solarglass («солнечное стекло») выглядит как обычная черепица, но внутри нее — настоящие солнечные панели, вырабатывающие энергию. Концепция черепицы была презентована еще в 2016 году, третья версия уже готова к использованию. Заказать себе солнечную крышу могут жители США, Канады, Мексики, Бельгии, Дании, Испании, Германии.

Стоимость такой крыши — около 42 тысяч долларов для дома площадью 600 кв.м. Это значительно дешевле, чем строительство крыши и последующая установка на нее солнечных панелей. Впрочем, эксперты отмечают, что требуется еще немало исследований, чтобы отработать технологию. В Tesla для решения одной задачи создали сразу две конкурирующие группы: дух соперничества позволит найти оптимальное решение по процессу установки Solarglass. В долгосрочной перспективе планируется создать полноценную инфраструктуру: «Мы будем проводить монтаж настолько быстро, насколько возможно», — заявил Маск.

Гарантия на солнечную крышу — 25 лет. Она будет защищать от снега, дождя, града, ветра (до 290 км/ч). Solarglass, по мнению Маска, могут быть установлены на около 100 млн домов по всему миру. В Tesla убеждены, что смогут сделать этот продукт по-настоящему доступным.

Крупномасштабное хранение энергии

Компания Илона Маска — революционер в области развития возобновляемой энергетики. Смелые решения инженеров Tesla позволили два года назад буквально за 100 дней создать в Южной Австралии крупнейшую в мире литий-ионную батарею энергетической мощностью 129 МВт. Амбициозный проект, реализованный фактически на спор, позволил только за первый год работы сэкономить около 40 млн долларов.

На этом Маск не остановился, и в июле 2019 года Tesla представила новую систему хранения — Megapack — систему модульных батарей, общий размер которых не превышает размеры обычного транспортного контейнера. Питаются батареи непосредственно от солнечных панелей. Энергоемкость каждой батареи составляет около 3 МВт.

Megapack — полностью готовые решения. Они оснащены всем необходимым оборудованием для дальнейшего хранения и перераспределения энергии. Главное преимущество таких батарей — их можно объединять в крупные хранилища энергии с общей энергоемкостью до 1 ГВт. Этого достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией все дома в Сан-Франциско на протяжении 6 часов (такой проект находится на стадии реализации). Система по площади займет около 1,2 га, смонтировать и ввести в эксплуатацию ее можно за 3 месяца.

Megapack рассчитана скорее на использование в качестве временного резервного источника энергии во время пиковой загрузки и перебоев в работе электросетей. Сегодня в этих целях обычно используются специальные пиковые электростанции, работающие на природном газе. Их эффективность намного ниже, а потому у Megapack действительно большое будущее.

Солнечные батареи

Развитие возобновляемой энергетики сделало возможным использование солнечной энергии для того, чтобы автономно отапливать жилые дома. Речь идет о специальных солнечных коллекторах, которые могут напрямую нагревать воду для систем отопления. Ученые из Массачусетского технологического института (МТИ) сделали эти устройства эффективными и доступными, а потому они могут получить широкое распространение уже в ближайшее время.

Финансирование проекта осуществлялось из средств программы министерства энергетики США. Один из авторов изобретения, Эвелин Ван, в журнале ACS Nano рассказала о том, что для эффективного сбора солнечного тепла было необходимо такое устройство, которое при нагреве внутри оставалось бы холодным снаружи. Добиться такого эффекта можно за счет создания вакуума между темным теплопоглощающим материалом и стеклом, однако такие коллекторы получаются слишком дорогостоящим.

Исследователи МТИ предложили другой вариант — прозрачный аэрогель. Подобные аэрогели использовались и раньше, но до сих пор имели низкий уровень прозрачности для видимого света. Создание достаточно прозрачного аэрогеля, по словам профессора Ван, было достаточно долгим и трудным процессом. Разработкой на протяжении четырех лет занимались сразу несколько исследователей. Результатом сложной работы стал аэрогель, который пропускает более 95% поступающего света и при этом не теряет свои теплоизолирующие свойства.

Испытания коллектора проходили на территории кампуса МТИ: на крыше в середине зимы, когда температура наружного воздуха была ниже 0 градусов. Теплопоглощающий материал нагрелся до 220 градусов по Цельсию, ранее такие температуры достигались только с помощью использования коллекторов с зеркалами для фокусировки солнечного света на одном месте. Коллектор, изобретенный в МТИ, не требует фокусировки, что делает его более простым и доступным. Потенциал у таких коллекторов огромен: они могут использоваться в пищевой, химической промышленности, других производственных процессах.

Солнечная фабрика будущего

11 ноября прошлого года исследовательская команда из Нюрнберга и Эрлангена (Бавария, Германия) заявила о новом мировом рекорде по уровню эффективности преобразования солнечной энергии в электричество с помощью фотоэлектрического модуля. КПД проекта достиг 12,6% (предыдущий рекорд — 9,7%).

Модуль состоит из нескольких элементов, он был разработан на Солнечной фабрике будущего в Нюрнберге. Работы проводились в лаборатории нанесения покрытий с уникальной пилотной линией для тонкопленочных фотоэлектрических устройств, которая была создана при финансировании министерства экономики Баварии. За счет легкости и гибкости такие фотоэлементы могут быть использованы в самых неожиданных отраслях: вплоть до мобильных устройств и одежды.

Несмотря на то, что по энергоэффективности органические фотоэлементы пока уступают традиционным кремниевым, они обладают огромным потенциалом. После установленного рекорда ученые готовы интегрировать их на практике за пределами лаборатории.

А что дальше?

Осенью прошлого года Международное энергетическое агентство (IEA) опубликовало доклад с прогнозом развития ВИЭ: до 2024 года мощность установок ВИЭ может вырасти на 50% (на 1200 ГВт), что равнозначно сегодняшней электрической мощности США и вдвое больше мощности Японии.

По данным агентства, в следующие 5 лет почти половина роста солнечной генерации будет обеспечена распределенными фотоэлектрическими системами. Традиционные солнечные электростанции начнут сдавать позиции, новые системы будут устанавливаться непосредственно в коммерческих зданиях, жилых домах, промышленных объектах. Суммарная мощность систем увеличится в 2,5 раз и превысит 500 ГВт.

Самый высокий интерес к возможностям солнечной генерации проявляют промышленные и коммерческие предприятия. За счет автономного энергоснабжения они смогут сэкономить на счетах за электроэнергию. Сегодня именно они потребляют около трех четвертей новых фотоэлектрических систем.

Но и среди населения число жителей, установивших на крыши домов солнечные панели, увеличится более чем вдвое уже к 2024 году. По мнению экспертов IEA, самая высокая потребность будет наблюдаться в Калифорнии, Австралии, Нидерландах, Бельгии, Австралии. Общее число таких домов может составить примерно 100 млн.

Солнечная энергетика является одним из наиболее перспективных видов ВИЭ. Стоимость производства электроэнергии в распределенных фотоэлектрических системах в большинстве стран уже сегодня ниже розничных цен. К 2024 году эти расходы должны сократиться еще на 15-35%, что сделает технологию еще более привлекательной.

Иллюстрация: Flickr

Читайте также: