Новый немецкий трейлер способен ездить на энергии солнца

Немецкий эксперт: Россия могла бы успешно развивать солнечную энергетику

Северные широты? Холодный климат? Обилие нефти и газа? Другим странам это не мешает все шире использовать энергию солнца. О возможностях России в сфере солнечной энергетики – интервью DW.

В Германии всерьез взялись за изучение российского потенциала солнечной энергетики и возможностей участия немецкого бизнеса в развитии этой отрасли в России. При содействии германского Федерального объединения солнечной энергетики BSW-Solar берлинская консалтинговая фирма eclareon провела широкомасштабное исследование российского рынка, о котором DW уже подробно рассказала. Его результаты, опубликованные на английском и русском языках, были представлены на прошедшей в Мюнхене 15-17 мая ярмарке The smarter E – крупнейшем в Европе смотре возобновляемой энергетики. О потенциале новой для РФ отрасли DW побеседовала с Давидом Ведеполем (David Wedepohl), заместителем исполнительного директора BSW-Solar, отвечающим за международные связи.

Deutsche Welle: Ваше отраслевое объединение представляло на ярмарке в Мюнхене среди прочего исследование по России. Какова была реакция?

Давид Ведеполь: Не буду утверждать, что интересующиеся выстраивались в очередь, ведь на The smarter E речь шла о рынках всего мира. Но определенный интерес у специалистов или, скажем, у поставщиков компонентов к такому абсолютно новому и пока незначительному рынку, как российский, несомненно, есть.

– Вы говорите, что российский рынок пока незначительный. Считаете, что в обозримом будущем это может измениться?

– Я уверен, что у России – большой потенциал для развития солнечной энергетики.

– Но зачем она ей? Многие в России говорят: у нас достаточно нефти, газа, угля.

– Нефти и газа много и в странах ОПЕК, тем не менее многие из них уже сделали ставку на возобновляемую и особенно солнечную энергетику. Наглядный пример тому – Объединенные Арабские Эмираты, которые направляют сейчас очень крупные инвестиции на строительство солнечных электростанций. Это делается для того, чтобы диверсифицировать экономику – снизить ее зависимость от ископаемых энергоносителей, запасы которых со временем закончатся, и для того, чтобы создать дополнительные рабочие места. Не случайно штаб-квартиру Международного агентства по возобновляемым источникам энергии IRENA решили разместить именно в нефтегазовом эмирате Абу-Даби.

– Но ведь в тех краях постоянно светитсолнце! А Россия холодная северная страна, часть ее территории вообще находится за полярным кругом.

– Ну и что? Это пока не так широко известно, но сегодня все арктические страны развивают солнечную энергетику за полярным кругом! Все без исключения: скандинавские государства Финляндия, Швеция, Норвегия и Дания (если иметь в виду принадлежащую ей Гренландию), Канада, США с Аляской. В том числе и Россия (крупнейшая солнечная электростанция на Крайнем Севере РФ действует с 2015 года в поселке Батагай в Якутии. – Ред.).

Контекст

Немцы выясняют, каковы шансы солнечной энергетики в России

Возобновляемая энергетика: защита климата и геополитика

На конференции в Берлине Россию и страны ОПЕК предупредили, что их бизнес-модель рухнет, поскольку доля “зеленого” электричества на планете уже через 30 лет может достигнуть 86%. (11.04.2019)

“Зеленая энергетика” на Кубе: чем может помочь Германия

Куба хочет развивать производство электроэнергии из возобновляемых источников. Помочь ей готовы немецкие малые предприятия. DW на примере одного из них рассказывает, как это происходит. (01.12.2018)

Возобновляемые источники обеспечили немцам 40 процентов электроэнергии в 2018 году

Благодаря солнечному лету 2018 года Германия установила рекорд по выработке электроэнергии из возобновляемых источников. (03.01.2019)

Сначала в такое верится с трудом, ведь за полярным кругом часть года царит ночь. Но ведь другую часть года там почти целые сутки имеется дневной свет, хотя нередко довольно слабый. Тем не менее эффективность солнечных батарей, даже при очень низких температурах, оказывается совсем не такой плохой, как многие считают. К тому же растет их экономичность, поскольку надо учитывать, что цены на солнечные панели снизились с 2006 года на 85 процентов!

В результате в разных частях света именно фотовольтаика становится сегодня самой экономичной формой генерации электроэнергии. Особенно на изолированных, не подключенных к энергосетям территориях, где она конкурирует с самым дорогим способом производства электроэнергии – сжиганием в дизельных генераторах топлива, которое в сложных логистических условиях приходится доставлять издалека, нередко на грузовиках.

Но вы же не будете отрицать, что потенциал для развития солнечной энергетики в южных странах выше, чем в северных?

– Если мы говорим о природных условиях, то солнца на юге, естественно, больше. Зато у России имеется другое серьезное преимущество перед некоторыми странами, которые мы тоже изучали: высокий уровень образования населения и профессиональной подготовки специалистов. Это крайне важная предпосылка для развития фотовольтаики. Наличие инженерно-технических кадров, способных не только устанавливать и подключать солнечные батареи, но и планировать проекты, а также разбирающихся в статике, существенно повышает привлекательность российского рынка.

– А почему ваше объединение, в которое в основном входят средние и малые предприятия, уделяет так много внимания зарубежным рынкам, в том числе весьма далеким от Германии странам?

– В наше объединение, которое отмечает в этом году, кстати, свое 40-летие, входят несколько крупных компаний, но большинство из наших примерно 800 членов – это действительно средние предприятия. У них нет возможности проводить собственные исследования зарубежных рынков. В то же время две трети выручки наши фирмы делают именно за рубежом. Вот почему задачу изучения новых потенциальных рынков, куда можно было бы экспортировать готовую продукцию и технологии, где можно было бы инвестировать, берет на себя наше объединение. Поэтому мы поддержали исследование “Возможности для солнечной энергетики России” и будем участвовать в дальнейшем развитии этого проекта.

Подписывайтесь на наши каналы о России, Германии и Европе в | Twitter | Facebook | Youtube | Telegram | WhatsApp

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Электростанция из аккумуляторов

Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Большие батареи на маленьком острове

Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью – ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Главное – хорошие насосы

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) – старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Место хранения – норвежские фьорды

Оптимальные природные условия для ГАЭС – в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Электроэнергия превращается в газ

Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке – пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Водород в сжиженном виде

Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

В чем тут соль?

Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Каверна в роли подземной батарейки

На северо-западе Германии много каверн – пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Крупнейший “кипятильник” Европы

Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего “кипятильника” Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2020 года.

Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

Накопители энергии на четырех колесах

Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото – заправка для электромобилей в Китае).

В Германии создана световая система, светящая как 10 тысяч солнц

Ученые из Германского центра авиации и космонавтики создали новую мощную световую систему, которая может в одном месте фокусировать энергию, эквивалентную излучению 10 тыс. солнц. Они надеются, что это «искусственное солнце» можно будет использовать для производства экологически чистого топлива. В четверг она прошла первые испытания. Об экспериментальной системе сообщается на сайте Gizmodo.

Солнечно-нефтяное будущее России

Световая система называется Synlight и находится в немецком городе Юлих, примерно в 15 км к западу от Кельна.

Она состоит из 149 ксеноновых короткодуговых ламп — аналогичные используются в больших кинопроекторах, — чтобы создать освещенность, которую бы дали 10 тыс. солнц в погожий день

В ходе запуска исследователи сконцентрировали излучение 350-киловаттного сотового массива на одном металлическом листе размером 20х20 см. Как говорит директор центра Бернард Хоффшмидт, система способна создавать температуры до 3000°C. Размеры самой конструкции составляют 14 м в высоту и 16 м в ширину.

Исследователи собрали эту систему в поисках новых способов создания топливных элементов, а именно — водорода. В отличие от многих видов топлива, водород не выделяет при сжигании углеродные выбросы и поэтому не способствует глобальному потеплению. Но водородное топливо не появляется естественным путем. Для его создания требуется разделить воду на два компонента — водород и кислород. А для этого необходимы условия, подобные звездным.

Солнечная электростанция сгорела на работе

Когда система фокусируется в одной точке, то нагревает металл до 800°C, а затем он распыляется водным паром. Металл реагирует с кислородом в воде, и остается водород. При дальнейшем нагревании кислород вновь отделяется от металла.

Внутри здания, где работает система, разумеется, нельзя находиться — одной секунды воздействия отраженного от стен излучения хватит, чтобы поджарить человека.

Водород очень летуч, так что к водородному топливу придется относиться с осторожностью. Тем не менее его можно будет использовать в автомобилях и самолетах — существуют высокопрочные герметизированные резервуары, которые в случае повреждения мгновенно рассеивают содержимое в атмосфере. В качестве альтернативы можно добавить к смеси окись углерода и получить экологически чистое керосиновое топливо, которое можно использовать в авиационной и ракетной промышленности.

«В будущем возобновляемые источники энергии станут основой глобального энергоснабжения, — говорит глава отдела Агентства по энергетике и транспорту Карстен Леммер. — Виды топлива, полученные с использованием солнечной энергии, имеют большой потенциал для долговременного хранения, синтеза химического сырья и сокращения выбросов СО2».

Сейчас система Synlight ограничена количеством электричества, требуемым для работы.

Всего за четыре часа она расходует столько же электричества, сколько средний дом в течение года.

«Самолет будет летать благодаря термоядерным взрывам»

Система, требующая такое количество энергии для производства экологически чистого топлива, сама по себе экологически чистой считаться не может. Но в будущем, возможно, получится перевести ее на прямую работу от солнечных лучей.

Пока что система находится на стадии тестирования, но как только удастся добиться значимых результатов, ее габариты будут увеличены в 10 раз. По оценкам исследователей, это будет возможно уже в течение нескольких лет.

Похожая система сейчас тестируется исследователями из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне. Их аппарат состоит из 18 источников света, расположенных в паре концентрических кругов. Исследователи используют его для изучения и разработки способов преобразования и хранения солнечной энергии, тестирования оборудования для ее получения, изменения теплопередачи между материалами в стрессовых условиях.

Анализ солнечной энергетики на примере Германии

Вступление

Толчком к написанию данной статьи послужил спор с немецкими коллегами энергетиками о перспективах развития солнечной энергетики. Вопрос стоял так – “имеет ли смысл сегодня или в ближайшем будущем инвестировать в строительство фотовольтаических систем подключенных к сети для генерации электроэнергии в промышленных масштабах ?” Как водится, в конце спора каждый остался при своем мнении.

Помня о том, что на один и тот же вопрос не может быть двух противоположных ответов, я все таки решил докопаться до истины: либо я был неправ, либо мои аргументы были слабы. В любом случае я остаюсь в выигрыше, ибо ничто не приносит такое удовлетворение, как обретение ясности и стройности взамен неуверенности и необоснованности.

Эта статья – продукт сбора и анализа практического опыта стран (в первую очередь Германии) , которые активно инвестируют в фотовольтаические системы. Основной опорой являются статистические данные различных немецких институций (источники приведены в конце статьи). Помня распространенное выражение про ложь, большую ложь и статистику, следует тем не менее понимать, что именно статистика является важной обратной связью для принятия ответственных решений в масштабе города, области, страны и мира. Именно на ее основе строятся бюджеты и планы развития всех состоявшихся государств. Опираясь на статистику и с помощью знания основных принципов функционирования электрической сети, я постараюсь провести максимально точный расчет.

В тоже время этот расчет будет структурирован максимально простым и доходчивым образом, чтобы ответить (в первую очередь – самому себе) на поставленный вопрос, используя ясные аргументы (практика – критерий истины). Надеюсь, что он станет отличным подспорьем для тех, кто также ищет ответ на похожий вопрос.

Что же, давайте начнем.

Экономика солнечной энергетики на примере Германии

Германия является отличным примером для анализа фотовольтаических систем. Солнечная энергетика здесь хорошо развита ( составляет около 7% сгенерированной электроэнергии в 2016 году), получает хорошую финансовую и информационную поддержку, на ура воспринимается населением. Кроме того, именно по Германии можно найти огромные и хорошо структурированные и визуализированные массивы информации, что сильно ускоряет и облегчает анализ.

Существует мнение, что солнечная энергетика – неконкуретноспособна без государственных дотаций. Противники этого мнения же утверждают, что она неконкуретна лишь на начальном этапе развития, но при выходе на крупные масштабы производства панелей их себестоимость сильно снижается, что в конце концов делает фотовольтаические системы очень и очень выгодными. Кто же прав? Давайте считать.

Сразу замечу, что под солнечной энергетикой в статье подразумевается исключительно фотовольтаика (далее ФВ), то есть прямое преобразования энергии излучения Солнца в электричество в полупроводниковых элементах (солнечных панелях). Как показывает практика, так называемые солнечные концентраторы имеют значительно более худший экономический результат и не получили особого распространения (даже по сравнению с фотовольтаикой), вследствие использования тройного преобразования энергии (излучение в тепло пара, тепло пара в кинетическую энергию турбины, кинетическую энергию турбины в электрическую мощность генератора). Солнечная энергетика ориентированная на получения тепла в данной статье не рассматривается.

Обратимся к цифрам. График 1 демонстрирует тенденцию роста установленной мощности ФВ-систем[1]. Резкий скачок в 2008-2012 годах и практически абсолютный штиль с 2014 года. В 2016 году прирост установленной мощности составил всего 1 ГВт, суммарная установленная мощность составила 40,5 ГВт [2]. Налицо практически полная остановка роста.

На графике 2 изображена суммарная генерация ФВ систем по годам. Легко и естественно установить соответствия между обеими графиками. Однако в 2016 наблюдается небольшая убыль. Всего же в 2016 году, ФВ дало около 21% электроэнергии среди всех возобновляемых источников (далее ВИЭ). Суммарно с 2001 ФВ сгенерировала 218,9 ТВт*ч. Запомним это число.

График 1. Рост установленной мощности ФВ-систем в Германии. Синим цветом – установлено МВт в год, оранжевым – за весь период [1].

График 2. Сгенерированная электрическая мощность на ФВ-системах за год (по данным [3])

Каковы причины остановки роста установленной мощности? По меньшей мере, можно назвать три из них:

  • Эффект падающей отдачи. Самые удобные и экономически выгодные места для установки были заняты во время первого всплеска.С тех пор не произошло никаких радикальных скачков в технологии производства панелей, соответственно привлекательность оставшихся мест не увеличилась.
  • Рост доли солнечной и ветровой энергии в энергосистеме наряду с низким качеством электроэнергии приводит к повышению сложности и аварийности эксплуатации сети (тема качества электроэнергии ВИЭ – отдельная большая тема).Это требует дополнительных вложений в модернизацию сети, в развитие накопителей. Однако эти траты, как правило, не включаются в стоимость строительства ветро- и солнечных парков, а возлагаются на операторов сети и государство. Затраты на развитие сети (постройку дополнительных ЛЭП) планирует взять на себя государство. С сожалением стоит отметить, что эти планы начали разрабатываться с середины 2000-х и пока так и не вышли из стадии разработки [4]. С другой стороны затраты на обязательный выкуп сгенерированной от ВИЭ электроэнергии, в независимости от того, есть ли потребность в этой энергии или нет, возлагаются на энергокомпании. В результате происходят различные трагикомичные ситуации. Пример одной такой ситуации был рассказан сотрудниками энергокомпании:

В ветреный день в земле Мекленбург-Передняя Померания выработка электроэнергии от ветропарков превышает потребление в данном регионе. Энергокомпания (50-Herz) транспортирует часть электроэнергии в соседние земли, но передаточной мощности ЛЭП не хватает, чтобы передать всю энергию. В результате компания вынуждена отключать часть генерации, чтобы сохранить баланс мощности в системе. Однако угольные ТЭС быстро отключить/включит невозможно, поэтому отключают ветропарки (превалирующие как ВИЭ источник в этом регионе). Владельцев же ветропарков защищает закон, который позволяет им требовать компенсации за невыкупленную электроэнергию. В итоге энергокомпания вынуждена платить владельцу, чью ветроустановку она отключила. Это практически означает, что сама установка застопорена, ибо не куда перенаправлять ту мощность, которую она могла бы сгенерировать.

В результате КИУМ (коэффициент использования установленной мощности) ветроустановок падает, что снижает их экономические показатели, что в свою очередь, снижает их инвестиционную привлекательность. В тоже время, затраты на покупку «не сгенерированного электричества» в конце концов, перелагаются на потребителя, что в целом ведет к замедлению экономического роста вследствие подорожания энергии. С ФВ-системами ситуация сходна, хотя и гораздо менее напряжённая.

  • Уменьшение ставки «зеленого тарифа». На этом остановимся подробнее.

В Германии действует программа субсидирования солнечной энергетики. Каждый генерируемый кВт*ч продается по установленному «зеленому тарифу» (EEG-Vergütung), ссылка на закон для владеющих немецким [5]. При этом чем позже установлена ФВ система, тем ниже цена на выкуп 1 кВт*ч (но она остается постоянной на протяжении 20 лет с момента установки) [6].

Замечу, что «зеленый тариф» для самых маленьких установок (до 10 кВт) примерно на 40-45% больше, чем для промышленных солнечных парков (свыше 500 кВт). Всего существует 4 степени градации. Точные цифры можно взять отсюда [7]. График 3 приводит среднюю цену покупки одного кВт*ч от установок мощностью до 40кВт. Здесь четко видно, что тариф падает постепенно с замедлением (аналогичная тенденция происходит для установок остальных классов мощности).

Можно установит, что после всплеска 2010 уровень инвестиций стал падать в соответствии с падением ставки «зеленого тарифа ». Оценку инвестиций за 2015-2016 годы можно посмотреть в таблице 1. Полученное соотношение составляет приблизительно 1,1-1,2 евро за 1 Вт установленной мощности. При сравнении данной величины со стоимостью других источников, нужно, однако учесть, что КИУМ ФВ-систем в Германии в среднем находится на уровне 0,11 (по данным [2], [3]). Для сравнения, КИУМ у материковых ветропарков – 0,17, у оффшорных – 0,33 и у АЭС – 0,8-0,9. Расчет средневзвешенного падения ставки «зеленого тарифа» для всех ФВ установок приведен в таблице А1 в приложении А. Здесь отметим лишь, что падение ставки по отношению к прошлому году составило 5,6% в 2015 и 0,7% в 2016 году.

Стоит отметить тенденцию к снижению стоимости солнечных элементов [8]. Так называемый, закон Суонсона (Swanson’s law), характеризующий линейное падение стоимости солнечных элементов вплоть до 2014 года также неспособен переломить падение инвестиций и простимулировать рост установленной мощности. В подтверждение этого тезиса в конце статьи будут приведены примеры других стран, где развитие солнечной энергетики практически остановилось или даже понемногу откатывалось (что, кстати также, как будет показано, связано с урезанием программ субсидирования).

Добавлю, что справедливость закона Сунсона для периода после 2014 года может вызывать некоторые сомнения [9].

График 3. Стоимость покупки одного кВт*ч у владельцев ФВ-систем малых размеров (красным) и общая сумма инвестиций в ФВ (желтым) [10]

Таблица 1. Капитальная стоимость устанавливаемых систем.

Солнцемобиль — возможно ли ездить на энергии солнца

В стремлении сделать транспортные средства независимыми от бензоколонки и розетки, на фоне борьбы за экологию, родилась идея создания автомобиля, работающего только за счет полученной солнечной энергии. Хотя, учитывая удар по той же экологии, наносимый при изготовлении кремниевых солнечных элементов (90% панелей сделаны на основе кремния), аргумент в пользу природы вызывает сомнения. Независимость и бесплатное «топливо», на котором работает солнцемобиль, – более понятная мотивация.

До привычного автомобиля как до звезд

Внешность солнцемобиля весьма забавна: обтекаемая форма с максимально большой плоской верхней поверхностью, на которой размещены солнечные панели. Кроме легкого внешнего сходства эти творения инженерной мысли имеют не так много общего с привычными автомобилями. Малая полезная поверхность для размещения солнечных элементов и их невысокий КПД (максимум лишь 20-22%), заставляет конструкторов предельно уменьшать массу, используя легкие материалы и отказываясь от всего «лишнего». Под эту категорию даже иногда попадает колесо, делая электромобиль трехколесным.

По этой же причине солнцемобиль, который не может перевозить тяжелый груз, а ведь обычное авто, сравнимое по габаритам с седаном, может вместить с достаточным комфортом 4-5 человек, и груз до 300 кг и чуть более для него не проблема. В случае с «солнцеядным» транспортным средством здесь сплошь ограничения. Как правило, внутреннее пространство рассчитано на 1-2 человек, но есть исключения – голландский концепт Stella – первый в мире 4-х местный электромобиль.

Жесткость кузова гелиомобиля не лучшим образом сказывается на безопасности. Это у обычных машин есть металлические ребра жесткости, специальная конструкция и разная сопротивляемость удару, благодаря чему гасится энергия удара ради минимальной деформации салона. Здесь пока что преобладает не пассивная безопасность, а обеспечение жизни самой идеи создания гелиотранспорта. Конечно, с достижением достаточно высокого КПД фотоэлементов ситуация будет меняться.

Основные концепции солнцемобиля

Солнцемобиль обычно включает в себя:

  • Солнечную батарею;
  • Накопитель энергии, позволяющий перемещаться ночью или в условиях сильной облачности, когда уменьшается и без того малая удельная мощность солнечного излучения;
  • Электродвигатель, который устанавливается чаще непосредственно на ведущие (-ее) колеса (-о), чтобы исключить потерю мощности при трансмиссии. Чаще задействуют низкооборотные моторы постоянного тока, у которых КПД равен 98%;
  • Управляющий блок, который занимается распределением полученной энергии (излишек накапливается в аккумуляторе) и регулированием параметров работы солнечной батареи (охлаждение, ориентирование на солнце);
  • Шасси.

Для максимально эффективного преобразования солнечного света в скорость, питания некоторых узлов и запаса хода необходимы:

  1. Хорошая аэродинамика;
  2. Большая площадь для размещения фотогальванических элементов;
  3. Малая масса электромобиля.

Первые два пункта обусловливают причудливую форму кузова, напоминающую насекомое или крыло самолета. В некоторых концепциях колеса прикрыты обтекателями. О солидном клиренсе солнцемобиль может и не мечтать. Крыша обычно выполнена как единое целое с капотом и багажником. Некоторые концепты напоминают гольф-кары – двухместные, без стекол и дверей. А полноценная крыша над головой и вовсе подразумевается не у всех (пример – француз Venturi Astrolab).

Ради легкости конструкции, помимо прочих, используются такие материалы, как углепластик, композиты с карбоновыми включениями.

Солнцемобиль также требователен к шинам. Ему лучше подходят те, у которых низкий коэффициент сопротивления качению. Лучшим их производителем признан Michelin.

Яркие представители семейства солнцемобилей

По вместимости лидирует группа Solar Team из 22 студентов голландского Эйндховенского технологического университета, которая создала гелиомобиль Stella весом в 380 кг. Правда, эта разработка не полностью обеспечивается солнечной энергией. Половина заряда она получает от бытовой или высоковольтной электросети. Также Stella может «отдавать» полученную энергию из своих аккумуляторов обратно в коммунальную сеть, или запитывать бытовые приборы. Интересным моментом в нидерландской разработке является руль, размер которого способен интуитивно меняться в зависимости от скорости.

Возможности аккумуляторов обеспечивают Stella запас хода до 600 км, максимальная скорость составляет 110 км/ч. Изобретение студентов пока только концепт, до потокового производства этого солнцемобиля требуется еще работать и работать.

Astrolab – первый серийный солнцемобиль французской компании Venturi. Его стоимость впечатляет – € 90,000. В движение его приводит асинхронный мотор с воздушным охлаждением. Мощность 16 кВт, крутящий момент 50 Нм. Питание двигатель берет от никель-металлогидридных аккумуляторов весом 110 кг. Astrolab собран в основном из композитных материалов, шасси из углеволокна усилено алюминиевыми вставками. Вес всего авто 300 кг.

Площадь солнечных элементов невелика – 3,6 кв. м., их суммарная мощность – 600 Вт. Они полностью могут обеспечивать электромобиль «топливом», но при недостатке запаса энергии можно подзарядиться от обычной розетки. Максимальная скорость – 120 км/ч, запас хода в автономном режиме — 110 км.

Солнечная батарея как опция

Такие мировые автопроизводители, как Mercedes Benz, BMW, Toyota, в качестве опции устанавливают на крышу солнечные элементы, энергия от которых расходуется на работу навигации и кондиционера. Учитывая высокую цену фотогальванических элементов и сложность при их установке (контроллеры, доработка кузова, т. к. тяжелая крыша играет не на пользу его жесткости), стоимость опции составляет порядка $2,000. Основным «применением» солнечной крыши выступает охлаждение салона автомобиля кондиционером во время длительной стоянки под лучами солнца. Такая машина, конечно, не является солнцемобилем, но идея реализации питания, пусть не всего транспортного средства, а лишь некоторых его элементов от солнца максимально приближает его к таковым.

Несмотря на ограничения, сопутствующие гелиотранспорту, идея создать полноценный солнцемобиль продолжает развиваться. Главный сдерживающий фактор – низкая производительность фотоэлементов, но открытия в этой области появляются постоянно, и как знать, может уже через пару десятков лет бензоколонки будут уже не актуальны…

Батареи просят солнца

Впрочем, уже сегодня она бурно развивается, а планы вообще грандиозные. Так, Европа намерена к 2020 году довести вклад Солнца в общий объем электропотребления до 25 процентов, а к 2040 году до 40 процентов. Не менее амбициозные планы и у США: к 2020 году выработка солнечной электроэнергии в стране должна составлять 25 процентов.

Словом, ведущие страны делают ставку на Солнце. Правда, с одной оговоркой: пока она нуждается в серьезной подпорке государства. Ей предоставляются самые льготные условия для интенсивного развития.

Впрочем, высокая цена по сравнению с традиционными источниками энергии не единственный минус солнечного ватта. Само получение кремния, из которого изготавливаются солнечные батареи, создает массу проблем. Оно токсично, дорого, требует много энергии. Более того, такими батареями неудобно пользоваться: они жесткие, тяжелые и хрупкие, для установки нужны специальные прибамбасы. Словом, с ними много возни. Совсем другое дело – батарея гибкая. Ее можно раскатать как рулон на любой изогнутой поверхности. Что сразу расширяет сферы применения. Именно такие солнечные элементы впервые в России созданы учеными и инженерами МИСиС.

– В них вообще нет кремния, что и позволило придать батарее необходимую гибкость, – объясняет сотрудник лаборатории Данила Саранин. – Это тандем из материала, который называется перовскит, и полупроводниковых полимеров. В отличие от дорогого кремния перовскит стоит копейки. Но главное преимущество такого тандема даже не в этом. Технология изготовления батареи из кремния очень сложна, для нее требуются глубокий вакуум и дорогостоящее оборудование. А наш метод намного проще и дешевле. Фактически солнечные элементы можно печатать на простых устройствах.

Старт перовскитной электронике дали японцы, которые впервые создали солнечный тандем с КПД 3,9 процента. В мире сразу же оценили перспективы, в гонку включилось множество ведущих зарубежных лабораторий, и сейчас КПД уже достиг 21,3 процента. Но если для кремния эта цифра почти близка к пределу его возможностей, преодолеть который не позволяют законы физики, то солнечный тандем способен на большее. Дело в том, что кремний собирает только небольшую часть видимого солнечного спектра, а тандем практически весь. Здесь и лежат перспективы роста.

– Кроме того, мы намерены еще больше повысить КПД за счет своего другого ноу-хау, – говорит Саранин. – Если совсем просто, то суть в следующем. Наш элемент состоит из восьми слоев, то есть похож на сэндвич. Зачем столько? Свет не сразу превращается в электрический ток, для этого ему требуется пройти несколько каскадов преобразований. Так вот наши конкуренты соединяют все эти слои последовательно, плюс к минусу. Мы предложили иной вариант – соединять параллельно, плюс к плюсу, минус к минусу. Как показали эксперименты, это позволяет существенно поднять КПД.

Сейчас ученые тестируют полученный солнечный элемент, а уже в будущем году намерены приступить к его промышленным испытаниям.

В Германии создана световая система, светящая как 10 тысяч солнц

Ученые из Германского центра авиации и космонавтики создали новую мощную световую систему, которая может в одном месте фокусировать энергию, эквивалентную излучению 10 тыс. солнц. Они надеются, что это «искусственное солнце» можно будет использовать для производства экологически чистого топлива. В четверг она прошла первые испытания. Об экспериментальной системе сообщается на сайте Gizmodo.

Солнечно-нефтяное будущее России

Световая система называется Synlight и находится в немецком городе Юлих, примерно в 15 км к западу от Кельна.

Она состоит из 149 ксеноновых короткодуговых ламп — аналогичные используются в больших кинопроекторах, — чтобы создать освещенность, которую бы дали 10 тыс. солнц в погожий день

В ходе запуска исследователи сконцентрировали излучение 350-киловаттного сотового массива на одном металлическом листе размером 20х20 см. Как говорит директор центра Бернард Хоффшмидт, система способна создавать температуры до 3000°C. Размеры самой конструкции составляют 14 м в высоту и 16 м в ширину.

Исследователи собрали эту систему в поисках новых способов создания топливных элементов, а именно — водорода. В отличие от многих видов топлива, водород не выделяет при сжигании углеродные выбросы и поэтому не способствует глобальному потеплению. Но водородное топливо не появляется естественным путем. Для его создания требуется разделить воду на два компонента — водород и кислород. А для этого необходимы условия, подобные звездным.

Солнечная электростанция сгорела на работе

Когда система фокусируется в одной точке, то нагревает металл до 800°C, а затем он распыляется водным паром. Металл реагирует с кислородом в воде, и остается водород. При дальнейшем нагревании кислород вновь отделяется от металла.

Внутри здания, где работает система, разумеется, нельзя находиться — одной секунды воздействия отраженного от стен излучения хватит, чтобы поджарить человека.

Водород очень летуч, так что к водородному топливу придется относиться с осторожностью. Тем не менее его можно будет использовать в автомобилях и самолетах — существуют высокопрочные герметизированные резервуары, которые в случае повреждения мгновенно рассеивают содержимое в атмосфере. В качестве альтернативы можно добавить к смеси окись углерода и получить экологически чистое керосиновое топливо, которое можно использовать в авиационной и ракетной промышленности.

«В будущем возобновляемые источники энергии станут основой глобального энергоснабжения, — говорит глава отдела Агентства по энергетике и транспорту Карстен Леммер. — Виды топлива, полученные с использованием солнечной энергии, имеют большой потенциал для долговременного хранения, синтеза химического сырья и сокращения выбросов СО2».

Сейчас система Synlight ограничена количеством электричества, требуемым для работы.

Всего за четыре часа она расходует столько же электричества, сколько средний дом в течение года.

«Самолет будет летать благодаря термоядерным взрывам»

Система, требующая такое количество энергии для производства экологически чистого топлива, сама по себе экологически чистой считаться не может. Но в будущем, возможно, получится перевести ее на прямую работу от солнечных лучей.

Пока что система находится на стадии тестирования, но как только удастся добиться значимых результатов, ее габариты будут увеличены в 10 раз. По оценкам исследователей, это будет возможно уже в течение нескольких лет.

Похожая система сейчас тестируется исследователями из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне. Их аппарат состоит из 18 источников света, расположенных в паре концентрических кругов. Исследователи используют его для изучения и разработки способов преобразования и хранения солнечной энергии, тестирования оборудования для ее получения, изменения теплопередачи между материалами в стрессовых условиях.

Ссылка на основную публикацию