Американская компания Solarcycle объявила о строительстве в США своего третьего завода по переработке старых солнечных панелей. Предприятие в Седартауне, штат Джорджия, станет крупнейшим центром по утилизации панелей, начав работу в середине 2025 года с переработки 2 млн панелей в год. Повторному использованию будет подлежать 99 % материалов. В 2030 году завод будет ежегодно утилизировать до 10 млн панелей или четверть выведенных из оборота в США.

Источник изображения: UNSW

Если планы исполнятся, США не будет грозить участь превратиться в свалку отработавших солнечных панелей, что сегодня происходит в Австралии и к концу десятилетия грозит Германии. Конкретно Solarcycle сотрудничает с 70 компаниями по производству солнечной энергии и готова перерабатывать как односторонние солнечные панели, так и двухсторонние, что многим её коллегам по бизнесу пока не по силам.

Внедрённые на предприятиях Solarcycle техпроцессы позволяют извлекать при переработке старых панелей порядка 99 % сырья. Очевидно, что больше всего в отходы пойдёт кремниевого сырья, которое, фактически, и есть солнечные панели. Для повторного использования кристаллического кремниевого стекла Solarcycle рядом с заводом по переработке панелей построит завод по выпуску заготовок для новых солнечных панелей из кремниевого стекла.

У компании уже есть заводы по переработке солнечных панелей в городах Одесса (Техас) и Меса (Аризона). Но завод в Седартауне станет крупнейшим предприятием в США такого рода. Когда заводской комплекс в Седартауне из двух заводов начнёт работать на полную мощность, для его обслуживания наймут 1250 человек.

Отчет о состоянии мировой атомной промышленности (WNISR) за 2024 год, составленный немецким специалистом Майклом Шнайдером (Mycle Schneider), говорит о значительном превосходстве установленных солнечных электростанций над атомными. Несмотря на всю поднятую вокруг возрождения мирного атома шумиху, новых реальных проектов АЭС совсем немного, тогда как солнечная энергетика развивается очень и очень стремительно.

Этап строительства атомного энергоблока. Источник изображения: Hullernuc, Wikimedia

В отчёте WNISR указано, что по состоянию на 2024 год в мире насчитывается 408 действующих атомных реакторов, которые в середине года выдавали суммарно 367 ГВт электроэнергии. Это более чем в пять раз меньше установленных мощностей на солнечных электростанциях, совокупная мощность которых приближается к 2 ТВт (по прогнозу — 1,9 ТВт на конец июня). При этом необходимо понимать, что солнечные электростанции работают с перерывами и с разной эффективностью в светлое время суток. Поэтому реальная выработка в солнечной энергетике будет, очевидно, меньше.

Тем не менее солнечные мощности растут впечатляющими темпами и явно продолжат опережать атомную энергетику. В отчёте показано, что атомная энергетика остаётся ниже уровней 2019 и 2021 годов. В текущем году хоть и стало на один блок АЭС больше, но количество энергоблоков всё ещё остаётся на 30 меньше, чем в 2002 году, когда был отмечен пик по одновременно действующим реакторам. За прошедший год добавилось всего 0,3 ГВт атомных мощностей, что является довольно скромным показателем.

Интересно, но в стране с одним из самых больших количеством реакторов — в США — в 2024 году не подано ни одной заявки на строительство полномасштабного реактора. Заявка подана только на малый модульный реактор Билла Гейтса Natrium, который пока даже не получил лицензию от регулятора. Также от строительства новых блоков в этом году воздержались ОАЭ и Бразилия.

В отчёте также говорится, что только в прошлом году в Беларуси, Китае, Словакии, Южной Корее и США было введено в эксплуатацию пять новых ядерных реакторов общей мощностью 5 ГВт, и добавляется, что этого небольшого роста было недостаточно для увеличения действующих ядерных мощностей в мире, поскольку еще пять электростанций общей мощностью 6 ГВт были закрыты в Германии, Бельгии и на Тайване.

«За два десятилетия, в 2004–2023 годах, было 102 запуска и 104 закрытия, — отмечается в отчёте. — Из них 49 запусков были в Китае, где не было закрыто ни одного реактора. В результате за пределами Китая за тот же период произошло резкое чистое снижение на 51 реактор, а чистая мощность сократилась на 26,4 ГВт».

Авторы отчёта также сообщают, что на конец июня в 13 странах строилось 59 атомных станций мощностью 60 ГВт, что сопоставимо с 64 проектами в 2023 году. На долю Китая приходится около 46 % от общего числа строящихся 27 проектов.

«Все строящиеся реакторы, по крайней мере, в девяти из 13 стран столкнулись с задержками, часто на год, — заявили авторы отчёта. — Из 23 реакторов, задокументированных как отстающие от графика, по меньшей мере, для 10 сообщалось об увеличении задержек, а о 2 реакторах сообщалось как о первых задержках за последний год».

По словам аналитиков, ключевым моментом является анализ доминирующей роли Китая и России. С декабря 2019 года и до середины 2024 года в мире было начато 35 строительных работ, 22 в Китае и 13 осуществлялись в различных странах Россией.

«Больше ничего, нигде и никем, — говорит автор исследования. — Но даже в единственной стране, которая ведёт массовое строительство [реакторов], Китае, развитие ядерной энергетики сравнительно незначительно. В 2023 году Китай запустил один новый ядерный реактор, то есть плюс 1 ГВт, и более 200 ГВт только солнечной энергии. Солнечная энергия вырабатывает на 40 % больше энергии, чем ядерная, а все не гидроэнергетические возобновляемые источники энергии — в основном ветер, солнце и биомасса — вырабатывают в 4 раза больше энергии, чем ядерная».

Авторы приходят к выводу, что, несмотря на распространенное мнение о том, что ядерная энергетика набирает обороты, она становится «неактуальной» на мировом рынке. «Использование солнечной энергии и накопителей может изменить правила игры для адаптации политических решений к текущим промышленным реалиям», — добавляют они.

Действующий министр окружающей среды Австралии Таня Плиберсек (Tanya Plibersek) объявила о выдаче экологического разрешения на создание в стране крупнейшей в мире солнечной электростанции. Детали проекта будут улажены к 2027 году, а ввод станции в строй ожидается в 2030 году. Две трети энергии Австралия оставит себе для питания 3 млн домов, а остальное по подводному кабелю передаст Сингапуру, став мировым центром солнечной энергетики.

Источник изображения: SunCable

Проект намерена реализовать местная компания SunCable. Его стоимость составит $24 млрд. Экологи согласились выдать разрешение только после того, как проектировщик убедил власти в бережном отношении к местам популяции местной разновидности бурундуков — кроличьих бандикутов.

Солнечная ферма раскинется на севере Австралии на площади 12 тыс. га. В стоимость работ войдёт создание линии электропередачи длиной 800 км до города Дарвин и прокладка подводного кабеля длиной 4300 км до Сингапура. Пиковая мощность выработки будущей электростанции будет достигать 20 ГВт. Буфером станет пул аккумуляторов ёмкостью до 42 ГВт·ч. Для потребностей Дарвина и округи будет предоставлено 4 ГВт, а для Сингапура — 2 ГВт. Министр и источники путаются в размерностях, но, скорее всего, речь о гигаватт-часах.

До сих пор самой мощной в мире солнечной электростанцией был новый объект в Китае с проектной мощностью 8 ГВт. Если власти Австралии сдержат обещания, то смогут гордиться новой супердержавой на карте мира — самой могучей в мире солнечной энергетикой.

«Это будет самый большой солнечный комплекс в мире, который провозгласит Австралию мировым лидером в области зеленой энергетики», — заявила министр окружающей среды Таня Плиберсек.

Подводный электрический кабель сможет удовлетворять до 15 % потребностей Сингапура в электричестве. В основном проект направлен на обеспечение Австралии экологически чистой энергией. Правда австралийские учёные бьют тревогу, указывая на то, что страна стремительно превращается в свалку убитых солнечных панелей. Однако политики у руля Австралии непреклонны — атомной энергетики с её дорогими и медленно строящимися реакторами в стране не будет.

Исследователи с факультета физики Оксфордского университета разработали революционный подход для повсеместного распространения солнечной энергетики. Они создали многослойное мультиспектральное покрытие в 150 раз тоньше обычной кремниевой солнечной панели. Такое покрытие можно наносить на рюкзаки, задние панели телефонов, автомобили и стены зданий, в корне меняя подход к производству электричества.

Источник изображений: Oxford University

«Всего за пять лет экспериментов с нашим подходом к укладке или многопереходной [компоновке] мы повысили эффективность преобразования энергии примерно с 6 % до более чем 27 %, что близко к пределам того, чего сегодня могут достичь однослойные фотоэлектрические системы, — сказал доктор Шуайфэн Ху (Shuaifeng Hu), научный сотрудник Оксфордского университета по физике. — Мы считаем, что со временем такой подход позволит фотоэлектрическим устройствам достичь гораздо большего КПД, превышающего 45 %».

Задолго до публикации работы об исследовании, команда учёных получила сертификат на свой фотоэлемент от Японского национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST). Согласно документу AIST, созданный командой из Оксфорда тандемный фотоэлемент на основе перовскита обладает КПД свыше 27 %. Но эффективность — не главный конёк изобретения. Самое важное, что команда разработала технологию нанесения тончайших фотоэлементов едва ли ни на любую основу.

Более того, 14 лет назад из стен университета вышла компания Oxford PV, которая занимается коммерциализацией фотоэлектрических разработок учёных Оксфордского университета. Компания имеет производственное предприятие в пригороде Берлина. На этом заводе, если верить заявлениям учёных, уже стартовало производство опытных партий тонких и гибких тандемных перовскитных солнечных элементов с заявленными выше характеристиками.

Это только первый шаг к тому, чтобы уйти от тяжёлого и неудобного для повсеместного использования кремния в солнечной энергетике, верят исследователи, и обещают ещё многократно улучшить характеристики своей разработки.

Очевидно, что эффективность и продуктивность солнечных панелей на открытом пространстве и в условиях городской застройки будут существенно различаться. Но пока что никто не предлагает солнечные панели, работающие в тени или от рассеянного света. Возможно, первый шаг в сторону «городских» солнечных панелей сделали учёные из Южной Кореи, которые создали необходимый для этого аналитический аппарат.

Источник изображения: Korea Electrotechnology Research Institute (KERI)

Исследователи последовательно двигались к математически обоснованной оценке существующих панелей с учётом множества неблагоприятных факторов: от падения рассеянного света до неоптимальных углов падения и отражения света от поверхностей с различными отражающими свойствами. Главный вывод, который позволила сделать даже явно неполная и несовершенная модель заключается в том, что солнечные панели для города и помещений не должны быть плоскими.

Уже существуют работы, в которых предлагаются мозаичные фотоэлементы на гибкой основе или на основе с памятью формы. Нечто подобное, в первом приближении, создала группа учёных из Корейского научно-исследовательского института электротехники (KERI), которая предварительно провела расчёты с помощью нового аналитического инструмента. Эксперимент в лаборатории показал, что фотопанель в виде трёхмерного объекта без защитного стекла и с функцией самоконтроля способна вырабатывать на 60 % больше энергии, чем обычная плоская панель.

Исследователи не утверждают, что их панель станет идеальной для использования в помещениях или в городской застройке. Однако предложенный ими аналитический инструмент, который учитывает даже тип и вид элементов освещения и уровень пыли в воздухе, поможет при разработке наиболее оптимальных конструкций солнечных панелей для города. Отдельный интерес представляет раздел этого инструмента, который позволяет проектировать солнечные панели для установки на транспортные средства, где условия освещения почти всегда или часто будут далеки от идеала.

В Норвегии на крыше футбольного стадиона «Уллевол» (Ullevaal Stadion) построена самая большая в мире солнечная электростанция с вертикальными панелями. Это позволило разместить работающие поверхности панелей бок о бок, чтобы свет работал с обеих сторон пар, что увеличило выход мощности на 20–30 %. Вертикальное расположение имеет также массу других преимуществ, чем норвежцы намерены воспользоваться ещё не один раз.

Источник изображений: Over Easy Solar

Солнечные панели мощностью по 200 Вт местная компания Over Easy Solar разместила в количестве 1242 штук на площади 2500 м². Заявленная мощность поля достигает 248 кВт. За год электростанция сможет выработать до 219 МВт·ч электричества. Панели ориентированы с севера на юг с отклонением на 20 ° на восток с южной стороны. Это позволит им работать зимой с большей эффективностью. Также отражение от снега сыграет значительную роль в увеличении выхода мощности зимой, что также является преимуществом вертикального расположения панелей. Данный фактор особенно важен, если принять во внимание не самое благоприятное расположение электростанции: она находится в Осло — городе, находящемся на широте Санкт-Петербурга и не избалованном солнечным светом.

Самым сложным вопросом для разработчика и изготовителя массива вертикально ориентированных панелей была возросшая масса системы крепления и оттяжки, чтобы удерживать панели в вертикальном положении. Проблему решили, снизив общую массу массива до 11 кг/м², а это огромное пространство для манёвра, что позволит создавать вертикальные солнечные фермы на крышах множества зданий.

К другим преимуществам вертикальной ориентации солнечных панелей подрядчик относит освободившееся пространство для инспекции состояния крыши и лёгкое обслуживание массива. Вместе с возросшей отдачей за счёт двухстороннего освещения, что создаёт два пика выработки вместо одного, метод вертикального размещения солнечных панелей обещает стать весьма востребованным, поэтому установленный рекорд компания обещает вскоре побить новым достижением.

Несмотря на то, что уголь по-прежнему остаётся основным источником энергии в Китае, страна активно развивает возобновляемую энергетику. В первой половине года на долю ветровой и солнечной энергии пришлось 38,4 % от общей выработки электричества, тогда как доля угольных электростанций снизилась до 38,1 %, открывая путь к более «зелёному» будущему.

Источник изображения: Alexey Komissarov / Unsplash

Как сообщает китайское издание SCMP, ссылаясь на отчёт Ассоциации торговли электроэнергией (CEC), ожидается, что в этом году Китай подключит к сети около 300 ГВт солнечных и ветряных электростанций, что немного превысит показатель предыдущего года в 293 ГВт. Это увеличит суммарную мощность возобновляемых источников энергии до 1350 ГВт к концу года, составив более 40 % от общей мощности в 3300 ГВт всех используемых на территории Китая источников энергии.

Продолжающийся рост установки солнечных и ветровых электростанций также приведёт к тому, что общая мощность источников энергии, включая атомную и гидроэнергетику, достигнет 1900 ГВт к концу 2024 года, что составит 57,5 % от общего энергетического баланса страны по сравнению с 53,9 % в 2023 году. При этом Китай, являющийся крупнейшим в мире источником выбросов парниковых газов и потребителем электроэнергии, намерен достичь углеродной нейтральности, доведя выбросы CO₂ к 2060 году до нуля и получая 80 % своего общего энергобаланса из возобновляемых источников энергии.

Источник изображения: American Public Power Association / Unsplash

По данным CEC, на конец первого полугодия общая мощность ветряных и солнечных электростанций в стране составила 1180 ГВт, что составляет 38,4 % от общей мощности в 3070 ГВт. Между тем, мощность угольных электростанций к концу июня сократилась до 1170 ГВт, или 38,1 % от общей установленной мощности, и по прогнозам опустится ниже 37 % к концу года.

Президент Си Цзиньпин заявил в 2021 году, что страна будет «строго контролировать потребление угля» до 2025 года и постепенно сокращать его потребление с 2026 года. Однако на данный момент инфраструктура Китая по-прежнему нуждается в модернизации для повышения гибкости передачи и хранения энергии.

Гонка «Пушечное ядро» (Canonball) протяжённостью 4800 км от восточного до западного побережья США обычно ассоциируется со скоростью, опасностями, столкновениями с полицией, недостатком сна, отсутствием остановок для отдыха и литрами энергетических напитков. На этот раз всё было по-другому, потому что скорость не была целью энтузиастов, которые построили автомобиль на солнечной энергии и проехали через всю страну за рекордные 13 дней, 15 часов и 19 минут.

Источник изображений: The Verge

Построенный друзьями «солнцемобиль», который они назвали «Солнечный Скиталец» (Sunstrider), состоит из трубчатого каркаса, гофрированного пластика, деталей, напечатанных на 3D-принтере, самодельного аккумуляторного блока на 320 ячеек, трёх двигателей, восьми солнечных панелей и трёх велосипедных колёс. По словам команды, постройка автомобиля обошлась им примерно в $12 000 и 90 % этой суммы было профинансировано за счёт собственных средств.

Водитель автомобиля управляет им, находясь в лежачем положении. Из органов управления имеются педаль акселератора, педаль переднего тормоза и пара ручек на руле для тормозов от горного велосипеда на задних колёсах. Автомобиль имеет габариты, схожие с пикапом Ford F150, но весит всего 254 кг. У машины гигантский радиус поворота, поэтому при прохождении крутых поворотов автомобиль переставляли вручную.

Sunstrider зарегистрирован как мотоцикл в Мичигане, его разрешено использовать на дорогах, кроме автострад, так как автомобиль физически не может развивать скорость выше 88 км в час. Максимальная скорость, зафиксированная во время автопробега на спуске по Анхелес-Крест в сторону Тихого океана, составила 82 км в час. Полиция дважды останавливала электромобиль «за слишком медленную скорость», но штрафов выписано не было.

Это не первая попытка Уилла Джонса (Will Jones), Кайла Самлюка (Kyle Samluk) и Дэнни Эццо (Danny Ezzo) построить автомобиль на солнечных батареях, и не первая попытка преодолеть маршрут из Нью-Йорка в Лос-Анджелес на «солнцемобиле». Предыдущий заезд в 2021 году закончился неудачей на одной трети дистанции из-за неисправности контроллера двигателя.

Команда извлекла уроки и внесла существенные изменения в новый автомобиль. Эццо говорит, что они использовали более эффективные компоненты, чтобы сделать автомобиль на 48 % легче, и проехали 965 км во время тестирования. «С того момента, как мы решили это сделать, до момента, когда мы были в Нью-Йорке с работающим и ездящим автомобилем на солнечных батареях, прошло пять месяцев, так что сроки были очень сжаты, — добавил Эццо. — Мы были безумно амбициозными и, возможно, немного наивными».

Четвёртым водителем стал Бретт Сезар (Brett Cesar), а отец Уилла Брайан Джонс (Brian Jones) управлял автомобилем сопровождения. В хорошую погоду водители сменялись примерно каждые два часа. При пересечении пустыни команда столкнулась с аномальной жарой. Температура в кабине доходила до 54 °C, кондиционер по понятным причинам отсутствовал, так что участникам автопробега приходилось меняться с интервалом в 30–45 минут, чтобы избежать теплового удара и обезвоживания. Технике тоже пришлось нелегко — контроллер заряда не выдержал перегрева и потребовал замены.

Исследователи многому научились за время пробега и работы над автомобилем. «Это очень много значит для нас как команды, — говорит Эццо. — Все 100-часовые недели, пропущенные семейные встречи и жертвы, на которые мы пошли, стоили того». Полученный опыт пригодится молодым инженерам — Джонса ждут на работу в SpaceX, Самлюка — в Ford, а Эццо заканчивает Мичиганский технологический институт.

Солнечные электростанции в виде гелиоконцентраторов — систем из множества зеркал и точек фокусировки солнечных лучей — создаются во всем мире более 40 лет. Они могут быть как одиночными, так и состоять из нескольких башен со своими полями зеркал. В Китае создают уникальное решение — двухбашенный гелиоконцентратор с перекрёстным расположением зеркал, что обещает увеличить эффективность установки на 24 %.

Источник изображения: CGTN

Созданный в 2014 году в американской пустыне Мохаве крупнейший в то время в мире гелиоконцентратор представлен комплексом из трёх башен, каждая из которых окружена своим полем концентрически размещённых зеркал. Вырабатываемая им мощность достигает 392 МВт. Китайская установка в провинции Ганьсу будет состоять из двух 200-метровых башен, но концентрические поля зеркал каждой из них будут пересекаться. В этом особенность проекта — зеркала в зоне пересечения будут обслуживать и одну и вторую башню, направляя солнечный свет на концентратор одной и другой установки наиболее оптимальным для каждого времени суток образом.

Как и в остальных подобных концентраторах, в зону фокусировки зеркал на вершинах башен подаётся расплав солей. Это позволит сохранять концентрированную тепловую энергию даже в ночное время, направляя её для выработки пара и производства электричества в течение всех суток даже с заходом Солнца. Каждый год китайская установка сможет производить до 1,8 ГВт·ч электрической энергии, являясь буфером для местного производства энергии из традиционных возобновляемых источников — от Солнца и ветра.

«Зеркала в зоне перекрытия могут использоваться любой башней, — поясняют разработчики. — Ожидается, что такая конфигурация повысит эффективность на 24 %». Повышению эффективности также способствует тот факт, что используемые зеркала имеют 94-процентную эффективность отражения, а это означает, что большая часть солнечной энергии, попадающей на них, направляется обратно на башни, вырабатывающие энергию. Всего станция будет использовать отражение от 30 тыс. зеркал. Установка готова на 90 % и будет сдана в эксплуатацию до конца 2024 года.

Учёные Университета МИСИС и Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова (ИСПМ РАН) представили органические полупроводники для солнечных перовскитных модулей, которые при низком освещении увеличивают мощность выработки до 90 %, а КПД на 2,42 %. Подобный тип солнечных батарей позволит эффективно вырабатывать электроэнергию вдали от солнечных регионов, в условиях плотной облачности и даже внутри зданий.

Источник изображений: Journal of Power Sources

Исследователи занимались вопросом повышения эффективности и практической надёжности солнечных элементов из таких тонкоплёночных структур, как галоидные перовскиты. Это нанокристаллический перовскитный поглотитель, который размещается между слоями переноса заряда. Такая структура способна вырабатывать больше энергии, чем кремний, и обещает быть дешевле в производстве. Максимальный КПД, который учёные смогли достигнуть в лаборатории, сегодня составляет 26,1 % и продолжает расти.

Перовскитные материалы и галоидные соединения в частности очень чувствительны к внешней среде — температуре, влажности, освещению и прочему. Поэтому во всём мире учёные ищут возможность защитить их от коррозии и химического (фотохимического) разрушения, без чего коммерческая эксплуатация подобных фотоэлементов будет невозможна. Российские учёные также двигались в этом направлении. В ходе исследований коллектив учёных МИСИС и ИСПМ РАН синтезировал органический самособирающийся монослойный материал, который оказался химически совместим с перовскитными соединениями и обладал необходимыми защитными функциями.

По сути, учёные создали технологию образования упорядоченной (защитной) молекулярной структуры толщиной в одну или несколько молекул, образующейся при поглощении активных веществ с поверхности. Такие активные вещества образуются естественным образом под воздействием тепла и света. Например, это могут быть летучие соединения йода и другие побочные продукты, которые вызывают коррозию и окисление. Исследователи смогли обратить этот негативный эффект себе на пользу, заставив его работать на создание защитного слоя.

Химическую работу при самосборке монослоя производит состав на основе трифениламина с карбоксильной связующей группой. Его применение также улучшило перенос заряда между перовскитными поглотителями и неорганическими слоями.

«Новый самособирающийся монослой — один из наиболее простых с точки зрения синтеза. Подобные материалы широко применяются благодаря высокой стабильности и адгезии. Однако для получения материала важно учитывать ряд требований. Среди них: термическая, фото- и электрохимическая стабильность, подходящий уровень молекулярной орбитали для переноса положительно заряженных носителей заряда с перовскита на электрод и химическая совместимость между покрытиями. Также важно избегать "паразитического" поглощения энергии при прохождении солнечных лучей через трёхслойную структуру материала», — рассказала сотрудница лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичёва.

Выяснилось, что после образования монослоя эффективность носителей заряда выросла, а также снизилась потеря энергии. Тесты при естественном свете показали, что перовскитные элементы с монослоем сохраняют до 98 % своей первоначальной производительности после 1000 часов работы, тогда как необработанные устройства теряют более 20 % мощности уже через 400 часов. Результаты исследования подробнее описаны в журнале Journal of Power Sources.

«В ходе исследования мы также изготавливали перовскитные солнечные модули с применением новой технологии. Их КПД вырос с 13,22 % до 15,64 %, а при низком освещении максимальная мощность увеличилась на 47–90 %. Мы выяснили, что монослой значительно снижает количество дефектов и усиливает взаимодействие между слоями, что ведёт к более стабильной работе перовскитных солнечных элементов. Кроме того, обработанные образцы оказались менее подвержены влиянию внешних факторов, таких как свет, влага и температура», — поделилась Полина Сухорукова, инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС, исследователь лаборатории полимерных солнечных батарей ИСПМ РАН.

Работающие в условиях слабой освещённости солнечные панели и панели для работы внутри помещений — это одно из важных направлений в фотовольтаике. В условиях плотной городской застройки солнечный свет редкий гость на улицах городов. Фотопанели для выработки электрической энергии в таких условиях будут востребованы и сыграют свою роль в сфере возобновляемой энергетики.

Мы часто пишем о рекордах в сфере повышения эффективности солнечных ячеек, но купить их можно будет ещё нескоро. А что же предлагается сегодня? На выставке в Германии китайская компания Aiko Solar показала лучшую по энергоэффективности модель на рынке, которая вот-вот поступит в продажу.

Источник изображения: pv magazine

Производитель представил Солнечные панели Comet 3-го поколения мощностью до 650 Вт, которые появятся в продаже в четвёртом квартале 2024 года, и предложат наивысшей в мире эффективностью на уровне 25,2 %. Новинки основаны на технологии элементов с обратным контактом (ABC). Соединяющие ячейки медные проводники перенесены на обратную сторону панели. Также компания собирает панели с частичным перекрытием кремниевых ячеек друг друга (на 0,3 мм), что увеличивает площадь рабочего кремния панели на 0,5 % и даёт возможность собирать на 1,1 % больше света в сочетании с переносом соединения на обратную сторону панелей. Это также повышает эффективность работы новых панелей в условиях частичного затенения.

В продаже будут доступны пять версий новой серии модулей с выходной мощностью от 625 Вт до 650 Вт и КПД от 24,2 % до 25,2 %. Напряжение холостого хода панелей составит от 54,49 В до 54,99 В, а ток короткого замыкания — от 14,60 А до 15,00 А. Размеры панелей будут равны 2278 × 1134 × 30 мм, а вес — 27 кг.

Все панели изготовлены из закаленного стекла толщиной 3,2 мм с антибликовым покрытием и алюминиевых рам. Панели заключены в корпус с защитой IP68, а максимальное системное напряжение достигает 1500 В. Новые панели имеют температурный коэффициент 0,26 %/°C и рабочую температуру в диапазоне от -40 °C до 85 °C.

Компания Aiko Solar предоставляет 30-летнюю гарантию на панели с предполагаемым снижением КПД на 1 % в течение первого года и гарантированной конечной выходной мощностью через 30 лет эксплуатации не менее 88,85% от номинальной мощности.

Учёные представили новую технологию хранения энергии, которая использует недорогие материалы: воду, цемент и технический углерод. Дороги и фундаменты домов теперь смогут стать источником энергии в виде углеродно-цементных суперконденсаторов.

Источник изображения: Simone Hutsch/Unsplash

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Института биологической инженерии Висса Гарвардского университета разработали инновационный способ хранения энергии, используя воду, цемент и технический углерод (сажу), сообщает BBC. Как выяснилось, технология имеет потенциал для решения проблемы хранения возобновляемой энергии и снижения зависимости от природных ресурсов, таких как литий.

Дамиан Стефанюк (Damian Stefaniuk), один из ведущих исследователей проекта, описал момент, когда впервые загорелся светодиод, подключенный к бетонному суперконденсатору, как «чудесный день». Первоначально многие не верили, что это возможно, но последовательное соединение нескольких суперконденсаторов позволило получить напряжение 3 В, достаточное для питания светодиода. Далее исследователи увеличили напряжение до 12 В и даже смогли запитать портативную игровую консоль.

Источник изображения: Damian Stefaniuk

Суперконденсаторы обладают рядом преимуществ перед литийионными аккумуляторами, так как они заряжаются гораздо быстрее и не подвержены снижению ёмкости со временем. Однако, они также быстро разряжаются, что ограничивает их применение в устройствах, требующих стабильной зарядки в течение длительного времени, таких как смартфоны, ноутбуки или электромобили.

Тем не менее, исследователи видят большой потенциал в применении углеродно-цементных суперконденсаторов для хранения избыточной энергии, получаемых возобновляемыми источниками, главным образом на ветряных и солнечных электростанциях. Это позволит снизить нагрузку на электросеть в периоды, когда не дует ветер и не светит Солнце. Среди возможных вариантов применения указываются создание дорог, накапливающих солнечную энергию для беспроводной подзарядки электромобилей, и фундаментов домов, хранящих энергию для питания жилых помещений.

На данный момент, кубический метр бетонного суперконденсатора может хранить около 300 Вт·ч энергии, что достаточно для питания 10-ваттной светодиодной лампы в течение 30 часов. Исследователи планируют построить более объёмные версии оборудования, в том числе суперконденсатор до 45 кубических метров, способный хранить около 10 кВт·ч энергии, что достаточно для питания целого дома в течение дня.

Однако технология ещё не идеальна. Добавление большего количества технического углерода повышает ёмкость суперконденсатора, но одновременно снижает прочность бетона. Кроме того, производство цемента само по себе является источником до 8 % антропогенных выбросов CO₂ в мире. Тем не менее, исследователи работают над оптимизацией состава бетона и рассматривают возможность использования цемента с низким уровнем выбросов, производимого из побочных продуктов сталелитейной и химической промышленности.

Майкл Шорт (Michael Short), руководитель Центра устойчивой инженерии при Университете Тиссайд в Великобритании, считает это исследование многообещающей инновацией, открывающей множество интересных возможностей использования искусственной среды в качестве носителя энергии. Однако, он также отмечает, что часто новые открытия сталкиваются с проблемами при переходе от лабораторных условий к широкому развёртыванию. Дальнейшие исследования и разработки в этой области могут привести к созданию более эффективных и экологически чистых решений для хранения энергии.

В понедельник в энергосистему Китая была включена крупнейшая в мире солнечная электростанция. Её пиковая мощность достигает 5 ГВт, а за год эксплуатации создаётся до 6 ГВт·ч электрической энергии. Теперь три крупнейших в мире солнечных фермы размещены в Поднебесной: две по 3 ГВт и одна на 5 ГВт. Это настолько много, что, по мнению аналитиков, национальные линии электропередач перестают справляться с распределением выработки.

Источник изображения: CGTN

Согласно грандиозному плану китайских властей, в стране должно быть создано 455 ГВт генерирующих мощностей на возобновляемых источниках энергии — солнечной и ветряной. Солнечные станции создаются в отдалённых пустынных районах страны, откуда энергия передаётся в центральные и восточные прибрежные мегаполисы. Это подразумевает создание сверхсовременных линий электропередач со сниженными потерями. К тому же, учёные пока не до конца понимают степень воздействия электромагнитных полей таких линий на экосистему и климат. Но голова боится, а руки делают.

Новая солнечная электростанция была включена в сеть в минувший понедельник. Солнечная ферма мощностью 5 ГВт раскинулась на площади 81 тыс. га недалеко от столицы Синьцзян-Уйгурского автономного района города Урумчи. Примерный подсчёт говорит, что возможностей этой электростанции хватит на круглогодичное обеспечение энергией 2 млн электромобилей. Это означает, например, что для снабжения энергией всего парка автомобилей США (285 млн), если бы они были электрическими, потребовалась бы солнечная ферма площадью со штат Пенсильвания.

Впрочем, от солнечных электростанций масса других выгод, кроме эксплуатации бесплатной энергии Солнца. Во-первых, они поддерживают экономику Китая. Во-вторых, они вытесняют ископаемую энергетику с её выбросами. В-третьих, это позволяет рационально использовать не имеющую других выгод территорию. Для густозаселённых стран это не самое лучшее решение, но никто не мешает вырабатывать энергию в пустынях и, например, по подводным кабелям передавать в Европу. Но это уже другая история.

Министерство внутренних дел и коммуникаций Японии заявило, что будет на законных основаниях закрывать проекты фотоэлектрической генерации в случае создания ими радиочастотных помех. С 2021 года Министерство получило 44 жалобы от оборонных и правительственных структур на помехи связи со стороны солнечных электростанций. Производители фотопанелей и интеграторы должны ответственно отнестись к этому заявлению и принять меры.

Безэховая камера для тестирования на радиопомехи. Источник изображения: Stan Zurek, Wikimedia Commons

В основном жалобы на создание помех радиосвязи поступали на крупномасштабные проекты, но не ограничивались ими. В этой связи Министерство уведомило Японскую ассоциацию производителей электрооборудования и Японскую ассоциацию фотоэлектрической энергетики (JPEA) о нежелательных радиопомехах от систем солнечной генерации, которые способны приводить к сбоям беспроводной связи. Если на таких объектах проблемы не будут устранены, то у властей есть все законные основания закрыть их.

В частности, жалобы были на помехи цифровым радиосистемам местных органов власти, используемым для предотвращения стихийных бедствий, служб реагирования на пожары и экстренной связи. Чтобы этого не было, производителям панелей и интеграторам следует использовать систему фильтрации помех в электрических цепях солнечной генерации, а также учитывать вероятность их появления в случае тех или иных недоработок в проектах.

Также регулятор призвал японских проектировщиков взять на вооружение соответствующие рекомендации Международной электротехнической комиссии (IEC). В документах IEC есть положения, которые регламентируют вопросы снижения нежелательного излучения радиоволн от систем солнечной генерации. Но это не сильно помогло в Европе, где регуляторы Нидерландов и Швеции, например, сообщали о радиопомехах от солнечных электростанций ещё в 2023 и, соответственно, 2021 годах.

Китай, крупнейший в мире производитель и потребитель солнечной энергии, столкнулся с неожиданной проблемой — избытком солнечной электроэнергии, которую его энергосистема не в состоянии полностью использовать и хранить.

Источник изображения: Moritz Kindler/Unsplash

Согласно отчету агентства Reuters, опубликованному на днях, Китай установил настолько много солнечных панелей, что страна просто не в состоянии потребить или сохранить сгенерированную электроэнергию в таком количестве даже с помощью систем хранения.

Источник изображения: Reuters

Эта ситуация заставила китайские власти сократить некоторые субсидии для солнечной отрасли, что привело к замедлению темпов установки новых мощностей. Тем не менее, несмотря на это замедление, Китай по-прежнему опережает все остальные страны по объемам ввода новых мощностей солнечной генерации. Так, по состоянию на март 2024 года, установленные мощности солнечной энергетики Китая достигли 660 ГВт. Для сравнения, в США, которые занимают второе место в мире в этой сфере, на конец 2023 года работало 179 ГВт солнечных станций.

Как отмечает Businessinsider, стремительный рост солнечной энергетики является частью китайской стратегии развития «новых трех отраслей» — ветряной энергетики, солнечной энергетики и электромобилей. Однако теперь Китай столкнулся с тем, что его энергосистема не поспевает за высоким ростом генерации электроэнергии.

Эксперты предупреждают, что избыток производства солнечных панелей в Китае может привести к еще большему затовариванию мирового рынка и падению цен. Так, крупнейший китайский производитель солнечных панелей Longi Green Energy уже объявил о сокращении нескольких тысяч рабочих мест из-за перепроизводства и, соответственно, низких цен.

Чтобы справиться с ситуацией, Китайская ассоциация фотоэлектрической промышленности призывает к консолидации отрасли, ограничению внутренней конкуренции и большему контролю за мощностями. Однако пока неизвестно, будут ли предприняты конкретные шаги правительством для решения этой проблемы и если будут, то когда.

Тем временем, несмотря на внутренние трудности, Китай, вероятно, продолжит наращивать экспорт солнечных панелей. Это, в свою очередь, вызывает обеспокоенность США, ЕС и других стран, которые видят в этом угрозу для своих производителей. Запад призывает Китай сдерживать экспорт.