La generación solar es la fuente de energía más barata. Energía solar: la esperanza de la humanidad

Desde hace muchos años se debate y debate sobre la energía solar y las perspectivas de su desarrollo. La mayoría de la gente considera que la energía solar es la energía del futuro, la esperanza de toda la humanidad. Un gran número de empresas están invirtiendo seriamente en la construcción de plantas de energía solar. Muchos países de todo el mundo se esfuerzan por desarrollar la energía solar, considerándola la principal alternativa a las fuentes de energía tradicionales. Alemania, lejos de ser un país soleado, se ha convertido en un líder mundial en este ámbito. La capacidad total de las SPP en Alemania crece año tras año. También están seriamente comprometidos con los avances en el campo de la energía solar en China. Según las optimistas previsiones de la Agencia Internacional de la Energía, las plantas de energía solar podrán producir hasta el 20-25% de la electricidad mundial en 2050.
Una visión alternativa de las perspectivas de las centrales solares se basa en el hecho de que los costes necesarios para la fabricación de paneles solares y sistemas de baterías son muchas veces superiores a los beneficios de la electricidad producida por las centrales solares. Quienes se oponen a esta posición afirman que es todo lo contrario. Los paneles solares modernos pueden funcionar sin nuevas inversiones de capital durante decenas o incluso cientos de años; la energía total que producen es infinita. Por eso, a largo plazo, la electricidad obtenida mediante energía solar no sólo será rentable, sino extremadamente rentable.
¿Dónde está la verdad? Intentemos resolver esto junto con ustedes, queridos lectores. Examinaremos los enfoques modernos en el campo de la energía solar y algunas de las ideas más ingeniosas que ya se han implementado hasta la fecha. Intentaremos establecer la eficiencia de los paneles solares actualmente en funcionamiento y comprender por qué hoy esta eficiencia es bastante baja.

Eficiencia de los paneles solares en Rusia
Según las investigaciones modernas, la energía solar es de aproximadamente 1367 vatios por metro cuadrado (constante solar). En el ecuador sólo llegan a la Tierra 1.020 vatios a través de la atmósfera. En el territorio de Rusia, con la ayuda de plantas de energía solar (siempre que la eficiencia de las células solares hoy sea del 16%), se pueden obtener en promedio 163,2 vatios por metro cuadrado.
Teniendo en cuenta las condiciones climáticas, la duración del día y la noche, así como el tipo de instalación de los paneles solares (no se tiene en cuenta la eficiencia de la batería solar).
Si en Moscú se instala un kilómetro cuadrado de paneles solares en un ángulo de 40 grados (que es óptimo para Moscú), entonces el volumen anual de electricidad generada será 1173 * 0,16 = 187,6 GWh. Con un precio de la electricidad de 3 rublos por kW/h, el coste condicional de la electricidad generada es de 561 millones de rublos.

Las formas más comunes de generar electricidad utilizando el sol son:

Centrales solares térmicas
Los enormes espejos de estas centrales solares, al girar, captan el sol y lo reflejan sobre el colector. El principio de funcionamiento de este tipo de centrales eléctricas se basa en la conversión de la energía térmica del sol en electricidad mecánica de una máquina termodinámica, ya sea utilizando un motor Stirling de pistón de gas, o calentando agua, etc.

Tomemos como ejemplo la central eléctrica de Ivanpah (con una capacidad de 392 megavatios), en la que ha invertido el todopoderoso Google. Se han invertido más de dos mil millones de dólares en la construcción de una planta de energía solar ubicada en el desierto de Mojave en California. Se gastaron $5,612 en 1 kW de capacidad instalada de la planta de energía solar. Muchos creen que estos costos, aunque superiores a los de construcción de centrales eléctricas de carbón, son mucho más bajos que los de construcción de centrales nucleares. ¿Pero es esto cierto? En primer lugar, una central nuclear cuesta entre 2.000 y 4.000 dólares por kW de su capacidad instalada, lo que es más barato que los costos de construcción de Ivanpah. En segundo lugar, la generación eléctrica anual de la planta de energía solar es de 1079 GWh, por lo que su capacidad media anual es de 123,1 MW. Además, una planta de energía solar es capaz de generar energía solar sólo durante las horas del día. Así, el coste “medio” de construir una planta de energía solar alcanza los 17.870 dólares por 1 kW, lo que es un precio bastante significativo. Quizás lo único que costaría más es generar electricidad en el espacio exterior. Los costes de construcción de centrales eléctricas convencionales que funcionan, por ejemplo, con gas, son entre 20 y 40 veces menores. Además, a diferencia de las plantas de energía solar, estas centrales pueden funcionar constantemente, produciendo electricidad cuando es necesario y no sólo durante las horas en que brilla el sol.
Pero sabemos que las modernas centrales solares térmicas son capaces de generar electricidad las 24 horas del día, utilizando un gran volumen de refrigerante calentado durante las horas del día. Simplemente intentan no publicitar demasiado el costo de construir estas estaciones, probablemente porque es significativo. Y si se incluyen las baterías en el coste de diseño y construcción de plantas de energía solar, especialmente en la construcción de centrales de almacenamiento por bombeo, el importe aumentará hasta alcanzar proporciones fantásticas.

Células solares de silicio
Hoy en día, para el funcionamiento de plantas de energía solar se utilizan fotocélulas semiconductoras, que son diodos semiconductores de gran superficie. Un cuanto de luz que vuela hacia la unión pn genera un par de huecos de electrones y se crea una caída de voltaje (aproximadamente 0,5 V) en las salidas de los fotodiodos.
La eficiencia de una batería solar de silicio es aproximadamente del 16%. ¿Por qué la eficiencia es tan baja? Para formar un par electrón-hueco se requiere una cierta cantidad de energía. Si el cuanto de luz que llega tiene poca energía, entonces no se producirá la generación de pares. En este caso, el cuanto de luz simplemente atravesará el silicio, como a través del vidrio ordinario. Esta es la razón por la que el silicio es transparente a la luz infrarroja más allá de 1,2 micrones. Si llega un cuanto de luz con más energía de la necesaria para su generación (luz verde), se formará un par, pero el exceso de energía simplemente no irá a ninguna parte. En luz azul y ultravioleta (cuya energía es muy alta), es posible que el cuanto no tenga tiempo de alcanzar las profundidades de la unión pn.

Para evitar que la luz del sol se refleje en la superficie de la batería solar, se le aplica un recubrimiento antirreflectante especial (el mismo recubrimiento también se aplica a las lentes fotográficas). La textura de la superficie se vuelve desigual (en forma de peine). En este caso, el flujo luminoso, una vez reflejado desde la superficie, regresa nuevamente.
La eficiencia de las fotocélulas se incrementa combinando fotocélulas basadas en diferentes semiconductores y con diferentes energías necesarias para generar un par electrón-hueco. Para las células solares de silicio de tres etapas se alcanza una eficiencia del 44% o incluso superior. El principio de funcionamiento de una fotocélula de tres etapas se basa en el hecho de que primero se instala una fotocélula que absorbe eficazmente la luz azul y transmite la luz roja y verde. La segunda fotocélula absorbe el verde, la tercera – IR. Sin embargo, las células solares de tres etapas son muy caras hoy en día, por lo que se utilizan ampliamente fotocélulas de una etapa más baratas que, por su precio, están por delante de las de tres etapas en términos de Watts/$.
China está desarrollando a un ritmo gigantesco la producción de células solares de silicio, por lo que el coste de un vatio está disminuyendo. En China cuesta aproximadamente 0,5 dólares por vatio.
Los principales tipos de células solares de silicio son:
monocristalino
Policristalino
La eficiencia de las células solares monocristalinas, que son más caras, es ligeramente superior (sólo el 1%) que la eficiencia de las policristalinas. Las células solares de silicio policristalino ofrecen hoy el coste más barato por 1 vatio de electricidad generada.
Las células solares de silicio no duran para siempre. Tras 20 años de funcionamiento en un entorno agresivo, los más avanzados pierden hasta el 15 por ciento de su potencia original. Hay motivos para creer que la degradación de los paneles solares se ralentizará en el futuro.

Fotocélula de silicio y espejo parabólico.
Inventores de todo el mundo están haciendo todos los intentos posibles para aumentar la rentabilidad económica de las plantas de energía solar. Si, por ejemplo, se toma una pequeña célula solar de silicio eficiente y un espejo parabólico (fotovoltaica concentrada), se puede alcanzar una eficiencia del 40% en lugar del 16, mientras que el espejo es mucho más barato que una célula solar. Pero seguir el sol requiere una mecánica confiable. El enorme plato giratorio con espejo debe reforzarse de forma fiable y protegerse de fuertes ráfagas de viento y factores ambientales agresivos. El segundo problema es que los espejos parabólicos no pueden enfocar la luz dispersa. Si el sol se pone incluso detrás de nubes finas, la producción de energía mediante un sistema parabólico se reducirá a cero. En estas condiciones, los paneles solares convencionales también reducen seriamente la producción de energía térmica, pero no a cero. Los paneles solares con espejos parabólicos son demasiado caros en términos de coste de instalación y costosos de mantener.

Células solares redondas en tejados
La empresa estadounidense Solyndra, con el apoyo del gobierno, diseñó células solares de forma redonda. Estaban montados sobre techos pintados de blanco. Las células solares de forma redonda se fabricaron pulverizando una capa conductora (en el caso de Solyndra, se utilizó (di)seleniuro de cobre, indio y galio) sobre tubos de vidrio. La eficiencia real de las baterías redondas fue de aproximadamente el 8,5%, cifra inferior a la de las de silicio más baratas. Solyndra, que recibió garantías del gobierno para un préstamo enorme, quebró. La economía estadounidense ha invertido cantidades considerables de dinero en tecnologías cuya eficiencia económica era muy cuestionable desde el principio. El lobby “exitoso” de tecnologías ineficaces no es sólo el know-how ruso.

¡El gran problema de la energía solar!
Se sabe que las plantas de energía solar generan electricidad durante el día, mientras que precisamente por la noche surge una gran demanda de electricidad. Esto significa que sin baterías las plantas de energía solar no serán efectivas. Durante el pico de consumo de electricidad de la tarde, será necesario utilizar fuentes de electricidad alternativas (clásicas). Durante el día, algunas centrales eléctricas tradicionales deberán apagarse y otras deberán mantenerse en reserva caliente en caso de mal tiempo. Si las nubes se ciernen sobre una planta de energía solar, una copia de seguridad debería proporcionar la electricidad que falta. Como resultado, las capacidades de generación clásicas quedan en reserva y pierden beneficios.

Hay otra manera. Esto se refleja en el proyecto Desertec: la transferencia de electricidad de África a Europa. Con la ayuda de líneas eléctricas, durante el pico de consumo de electricidad de la tarde, es posible transmitir electricidad desde las plantas de energía solar ubicadas en aquellas áreas del mundo donde en este momento es el apogeo de un día soleado. Pero este método, antes de pasar a los superconductores, requiere enormes costes financieros, así como todo tipo de coordinación entre los diferentes estados.

Usando baterías
Descubrimos que el coste medio de un vatio producido por una batería solar es de 0,5 dólares. Durante el día (8 horas), la batería es capaz de generar 8 Wh. Esta energía debe almacenarse hasta el pico de consumo eléctrico de la tarde.
Las baterías de litio desarrolladas en China cuestan aproximadamente 0,4 dólares por Wh, por lo que una célula solar que cueste 0,5 dólares por vatio requeriría baterías que cuesten 3,2 dólares, que es seis veces el costo de la batería misma. Si consideramos que una batería de litio está diseñada para un máximo de 2000 ciclos de carga y descarga, es decir, de tres a seis años, podemos concluir que una batería de litio es una solución extremadamente costosa.
Las baterías más baratas son las de plomo-ácido. El precio al por mayor de estos sistemas, que están lejos de ser los más respetuosos con el medio ambiente, es de aproximadamente 0,08 dólares por Wh. Las baterías de plomo-ácido, como las de litio, están diseñadas para funcionar entre 3 y 6 años. La eficiencia de una batería de plomo-ácido es del 75%. Esta batería pierde una cuarta parte de su energía en el ciclo de carga-descarga. Para mantener la producción diaria de energía solar, necesitarás comprar baterías de plomo-ácido por $0,64. Vemos que esto también es más que el coste de las propias baterías.
Para las modernas plantas de energía solar se han desarrollado centrales de almacenamiento por bombeo. Durante el día, se les bombea agua y por la noche funcionan como centrales hidroeléctricas ordinarias. Pero la construcción de estas centrales eléctricas (90% de eficiencia) no siempre es posible y es extremadamente costosa.
Podemos sacar una conclusión decepcionante. Hoy en día, las baterías son más caras que las propias plantas de energía solar. No se proporcionan para grandes plantas de energía solar. A medida que se genera electricidad, las grandes plantas de energía solar la venden a las redes de distribución. Por la tarde y por la noche, la electricidad se genera mediante centrales eléctricas convencionales.

Energía solar: ¿cuál es su precio hoy?
Tomemos, por ejemplo, Alemania, líder mundial en el uso de energía solar. Un kilovatio de energía solar generada (incluso durante el día, pero es más barata) se compra en este país a un precio de entre 12 y 17,45 céntimos de euro por kWh. Dado que las plantas de energía de gas en Alemania todavía están en construcción, en funcionamiento o en reserva caliente, las plantas de energía solar en este país en realidad solo ayudan a ahorrar gas ruso.
El precio actual del gas ruso es de 450 dólares por cada mil metros cúbicos. A partir de este volumen de gas (eficiencia de generación 40%) se pueden generar aproximadamente 4,32 GW de electricidad. En consecuencia, por 1 kWh de electricidad generada a partir del sol, el gas ruso ahorra una cantidad de 0,104 dólares o 7,87 céntimos de euro. Aquí está el costo justo de la generación solar no regulada. Así, la energía solar en Alemania está actualmente subvencionada en un 50% por el Estado. Aunque cabe señalar que Alemania está reduciendo rápidamente el coste de generar electricidad a partir del sol.

Sacar conclusiones
La electricidad solar más económica (0,5 dólares por 1 vatio) se obtiene hoy en día utilizando baterías solares policristalinas. Todos los demás métodos de generación de electricidad mediante energía solar son mucho más caros.
El problema clave de la energía solar todavía no es la eficiencia de los paneles solares, ni el precio, ni el TRE, que en teoría es infinito. El principal problema es reducir el coste de generar energía solar obtenida durante el día y ahorrar esta energía para el consumo máximo nocturno. De hecho, actualmente los sistemas de baterías, cuya vida útil es de tres a seis años, son varias veces más caros que los propios paneles solares.
La generación solar a gran escala se considera hoy sólo como una forma de ahorrar una pequeña parte de los combustibles fósiles tradicionales durante el día. La energía solar todavía no es capaz de cubrir completamente la carga durante las horas pico de consumo de energía de la tarde y reducir el número de centrales nucleares, de carbón, de gas e hidroeléctricas, que deben permanecer en reserva durante el día y asumir un importante papel. carga de energía por la noche.
Si, como resultado del endurecimiento de las tarifas (que, por ejemplo, hará rentable para los productores de hidrógeno y aluminio realizar su producción de electrólisis durante el día), el pico de consumo de electricidad se traslada al horario diurno, entonces la energía solar tendrá consecuencias más graves. perspectivas de desarrollo.
El coste de la generación solar, que no está regulada, no es comparable al coste de generar electricidad en las centrales eléctricas convencionales, que pueden generarla libremente en cualquier momento cuando sea necesario.
El coste de la electricidad solar no debería exceder el coste de los combustibles fósiles ahorrados con su ayuda. Si, por ejemplo, el gas en Alemania cuesta 450 dólares, entonces el precio de la generación solar en este país no debería exceder los 0,1 dólares por kilovatio hora, de lo contrario la energía solar en este país no sería rentable. Mientras los combustibles fósiles sigan siendo baratos y fácilmente disponibles, la generación de energía solar no será económicamente viable.
Actualmente, el uso de energía solar y costosos sistemas de baterías solares sólo es económicamente viable en aquellas regiones y lugares donde no hay otras opciones para conectarse a la red eléctrica. Por ejemplo, en una estación celular remota y solitaria.
Sin embargo, no olvide los siguientes factores importantes que inspiran optimismo a la hora de considerar la energía solar:
1. El costo de los combustibles fósiles aumenta constantemente a medida que disminuyen sus reservas.
2. Una política gubernamental razonable hace que el uso de plantas de energía solar sea más rentable.
3. ¡El progreso no se detiene! La eficiencia de las plantas de energía solar está aumentando y se están desarrollando nuevas tecnologías en la generación y almacenamiento de electricidad.

Por lo tanto, me gustaría creer que en 3-5 años será posible escribir una reseña mucho más positiva de este sector energético.

Las fuentes de energía alternativas que permiten proporcionar calor y electricidad a un espacio habitable en el volumen requerido no son un "placer" barato que requiere importantes costos financieros de compra, instalación e instalación.

Hacer un generador solar con sus propias manos es mucho más económico y está al alcance de muchos artesanos del hogar. Veamos las instrucciones, que describen claramente todos los matices del proceso de fabricación.

Un generador solar es un complejo de elementos semiconductores fotovoltaicos que convierten directamente la energía del sol en electricidad.

Cuando los cuantos de luz producidos por los rayos inciden en la placa fotográfica, eliminan un electrón de la órbita atómica final del elemento de trabajo. Este efecto crea muchos electrones libres, que forman un flujo continuo de corriente eléctrica.

No es necesario en absoluto ensamblar inmediatamente un complejo grande y a gran escala al instalar un generador solar con sus propias manos. Puedes empezar con una unidad pequeña y, si es necesario, aumentar el volumen en el futuro.

El silicio se utiliza como material activo. Es altamente eficiente y proporciona una eficiencia de conversión fotovoltaica del 20% en funcionamiento normal y hasta el 25% en condiciones favorables.

Debido a la pronunciada eficiencia de las fotocélulas de silicio, los generadores basados ​​en ellas garantizan un alto rendimiento con un volumen relativamente pequeño. La potencia de una unidad de 1 metro produce 125 W por hora, lo que se considera un resultado muy impresionante.

Se aplica una fina capa de elementos químicos pasivos (boro o fósforo) a un lado de la oblea de silicio. Es en esta superficie donde, como resultado de la intensa exposición a la luz solar, se produce una liberación activa de electrones. La película de fósforo los mantiene firmemente en un lugar y no les permite separarse.

Hay "pistas" de metal ubicadas en la propia placa de trabajo. Sobre ellos se construyen electrones libres, creando así un movimiento ordenado, es decir, una corriente eléctrica.

Las únicas desventajas de las obleas son la complejidad y el coste del proceso de purificación del propio silicio y, para evitar estos problemas, se está explorando activamente el uso de alternativas en forma de galio, cadmio, indio y diversos compuestos de cobre. Sin embargo, hasta el momento no existen competidores reales para los elementos de silicio.

¿Qué necesitas para trabajar?

Para fabricar un generador en casa, necesitará las siguientes herramientas y materiales:

• módulos para convertir la luz solar en energía;
• esquinas de aluminio;
• listones de madera;
• láminas de aglomerado;
• un elemento transparente (vidrio, plexiglás, plexiglás, policarbonato) para crear protección para obleas de silicio;
• tornillos autorroscantes y tornillos de diferentes tamaños;
• gomaespuma densa de 1,5-2,5 mm de espesor;
• sellador de alta calidad;
• diodos, terminales y cables;
• destornillador o juego de destornilladores;
• soldador;
• Sierra para madera y metal (o amoladora).

La cantidad de materiales necesarios dependerá directamente del tamaño previsto del generador. El trabajo a gran escala supondrá costes adicionales, pero en cualquier caso resultará más económico que un módulo comprado.

La base protectora para obleas de silicona puede ser de vidrio, plexiglás, policarbonato o plexiglás. Los primeros tres materiales crean una pérdida mínima de energía convertida, pero el cuarto transmite los rayos mucho peor y reduce significativamente la eficiencia de todo el complejo.

Para la prueba final de la unidad ensamblada, se utiliza un amperímetro. Le permite registrar la eficiencia real de la instalación y ayuda a determinar el rendimiento real.

¿Cómo elegir el tipo correcto de fotoconvertidor?

Las actividades para crear un generador solar con tus propias manos comienzan con la elección del tipo de convertidor de silicio fotovoltaico. Estos componentes vienen en tres tipos:

• amorfo;
• monocristalino;
• policristalino.

Cada opción tiene sus propias ventajas y desventajas, y la elección a favor de cualquiera de ellas se realiza en función de la cantidad de fondos asignados para la compra de todos los componentes del sistema.

Convertidores amorfos

Los módulos amorfos no están compuestos de silicio cristalino, sino de sus derivados (silano o silicio hidrógeno). Mediante pulverización al vacío se aplican en una capa fina sobre láminas metálicas, vidrio o plástico de alta calidad.

Los productos terminados tienen un tinte gris borroso y descolorido. No se observan cristales de silicio visibles en la superficie. La principal ventaja de los elementos es su precio asequible, sin embargo, su eficiencia es muy baja y oscila entre el 6 y el 10%.

Las células solares amorfas hechas de silicio tienen una mayor flexibilidad, demuestran un alto nivel de absorción óptica (20 veces mayor que el de sus homólogas mono o policristalinas) y funcionan significativamente más eficientemente en tiempo nublado.

Convertidores policristalinos

Las células solares policristalinas se producen enfriando gradualmente una masa fundida de silicio muy lentamente. Los productos resultantes se distinguen por un color azul intenso, tienen una superficie con un patrón claramente definido que recuerda a un patrón escarchado y exhiben una eficiencia de alrededor del 14-18%.

Un mayor rendimiento de eficiencia se ve obstaculizado por las áreas presentes dentro del material, separadas de la estructura general por límites granulares.

Las células solares policristalinas funcionan sólo durante 10 años, pero durante este tiempo su eficiencia no disminuye. Sin embargo, para instalar productos en un solo complejo, se debe utilizar una base fuerte y sólida, ya que las láminas son bastante rígidas y requieren un soporte fuerte y confiable.

Convertidores monocristalinos

Los módulos monocristalinos se caracterizan por un color oscuro denso y están formados por cristales de silicio sólidos. Su eficiencia supera la de otros elementos y asciende al 18-22% (en condiciones favorables, hasta el 25%).

Otra ventaja es su impresionante vida útil: según los fabricantes, más de 25 años. Sin embargo, con el uso prolongado, la eficiencia de los monocristales disminuye y después de 10 a 12 años el fotorretorno no supera el 13-17%.

Los módulos monocristalinos son significativamente más caros que otros tipos de equipos. Se obtienen aserrando cristales de silicio cultivados artificialmente.

Para crear un generador solar en casa con sus propias manos, se toman principalmente placas policristalinas y monocristalinas de varios tamaños. Se compran en tiendas online populares, incluidas eBay o Aliexpress.

Debido a que las fotocélulas se valoran bastante, muchos proveedores ofrecen a los clientes productos del grupo B, es decir, fragmentos aptos para su uso completo con un ligero defecto. Su costo difiere del precio estándar en un 40-60%, por lo que montar un generador cuesta un precio razonable y no demasiado caro.

¿Cómo hacer un marco para placas?

Para hacer el marco del futuro generador, se utilizan listones de madera resistentes o esquinas de aluminio. La versión de madera se considera menos práctica, ya que el material requiere un procesamiento adicional para evitar la pudrición y la delaminación posteriores.

Para que el marco de madera resista la carga operativa y no se pudra después de la primera lluvia, debe impregnarse con una composición especial que proteja la madera de la humedad.

El aluminio tiene características físicas mucho más atractivas y, debido a su ligereza, no genera tensiones innecesarias en el techo u otra estructura de soporte donde se planea instalar la unidad.

Además, gracias al revestimiento anticorrosión, el metal no se oxida, no se pudre, no absorbe la humedad y resiste fácilmente los efectos de cualquier manifestación atmosférica agresiva.

Para crear una estructura de marco a partir de esquinas de aluminio, primero determine el tamaño del futuro panel. En la versión estándar se utilizan 36 fotocélulas de 81 mm x 150 mm por bloque.

Para un correcto funcionamiento posterior, se deja un pequeño espacio (unos 3-5 mm) entre los fragmentos. Este espacio nos permite tener en cuenta cambios en los parámetros básicos de la base expuesta a manifestaciones atmosféricas. Como resultado, el tamaño total de la pieza de trabajo es de 83 mm x 690 mm con un ancho de esquina del marco de 35 mm.

Las obleas de silicona colocadas en un marco de perfil de aluminio parecen casi productos fabricados en fábrica. Un marco duradero y resistente proporciona al sistema una estanqueidad impecable y confiere a toda la estructura un alto nivel de rigidez.

Después de determinar las dimensiones, se cortan los fragmentos necesarios de las esquinas y se ensamblan en marcos mediante sujetadores. Se aplica una capa de sellador de silicona a la superficie interior de la estructura, asegurándose de que no queden huecos ni huecos. De esto depende la integridad, resistencia y durabilidad de la estructura montada.

Se coloca encima un material protector transparente (vidrio con revestimiento antirreflectante, plexiglás o policarbonato con parámetros especiales) y se fija firmemente con herrajes (1 en la parte corta y 2 en la parte larga del marco y 4 en las esquinas del cuerpo). Para el trabajo utilice un destornillador y tornillos de diámetro adecuado. Al final, la superficie transparente se limpia cuidadosamente de polvo y pequeños restos.

Seleccionar un elemento transparente

Los principales criterios para elegir un elemento transparente para crear un generador:

• capacidad de absorber radiación infrarroja;
• Nivel de refracción de la luz solar.

Cuanto menor sea el índice de refracción, mayor será la eficiencia que demostrarán las obleas de silicio.

El plexiglás y el plexiglás tienen el coeficiente de reflexión de la luz más bajo. El policarbonato tampoco tiene el mejor rendimiento. Para crear estructuras de marco para sistemas solares domésticos, se recomienda, siempre que sea posible, utilizar vidrio transparente antirreflectante o un tipo especial de policarbonato con un revestimiento anticondensación que proporcione el nivel necesario de protección térmica.

Las mejores características en términos de absorción de radiación IR las tienen el plexiglás termoabsorbente duradero y el vidrio con opción de absorción de IR. Para el vidrio ordinario estas cifras son significativamente menores. La eficiencia de la absorción de infrarrojos determina si las obleas de silicio se calentarán durante el funcionamiento o no.

Si el calentamiento es mínimo, las fotocélulas durarán mucho tiempo y proporcionarán un rendimiento estable. El sobrecalentamiento de las placas provocará interrupciones en el funcionamiento y fallas rápidas de partes individuales del sistema o de todo el complejo.

Instalación de fotocélulas de silicio.

Inmediatamente antes de la instalación, el vidrio protector colocado en marcos de aluminio se limpia bien del polvo y se desengrasa con una composición que contiene alcohol.

Las fotocélulas compradas se colocan uniformemente sobre el sustrato de marcado a una distancia de 3 a 5 milímetros entre sí y se marcan las esquinas de la estructura general. Luego comienzan a soldar los elementos, la parte más importante y que requiere más mano de obra del trabajo de montaje del generador.

La soldadura de los elementos operativos del generador se realiza según un esquema en el que “+” son las pistas del exterior y “-” son los canales ubicados en la parte inferior de la placa. Para conectar los contactos correctamente, primero aplique fundente (ácido de soldadura) y suelde, y luego realice el procesamiento en una secuencia estricta de arriba a abajo. Al final, todas las filas están conectadas entre sí.

El siguiente paso es pegar las fotocélulas. Para hacer esto, se presiona un poco de sellador en el centro de cada oblea de silicio, las cadenas de elementos resultantes se voltean con el lado exterior hacia arriba y se colocan en estricta conformidad con las marcas aplicadas anteriormente. Presione suavemente las placas con las manos, fijándolas en el lugar correcto. Actúan con mucho cuidado, intentando no dañar ni doblar el material.

Los contactos de las fotocélulas ubicadas a lo largo de los bordes salen a un bus separado (conductor plateado ancho), como “+” y “-”. Además, el complejo está equipado con un diodo de bloqueo. Al conectarse a los contactos, evita que las baterías se descarguen a través de la estructura del marco durante la noche.

En la parte inferior del marco se hacen agujeros con un taladro por donde se sacan los cables. Para evitar que se caigan, utilice sellador de silicona.

¿Cómo probar la unidad instalada?

Antes de sellar finalmente el generador ensamblado, se debe probar para identificar posibles fallas durante el proceso de soldadura. La opción más razonable es comprobar cada fila soldada por separado. De esta manera quedará inmediatamente claro dónde los contactos están mal conectados y requieren un nuevo procesamiento.

Para realizar la prueba utilice un amperímetro doméstico. La medición se realiza en un día soleado y sin nubes a la hora del almuerzo (de 13 a 15 horas). La estructura se coloca en el patio y se instala en el ángulo de inclinación adecuado.

Un amperímetro doméstico ayuda a medir la corriente real. A partir de sus lecturas, es posible determinar el nivel de rendimiento del sistema solar montado e identificar violaciones en la secuencia de conexión de las fotocélulas de silicio.

Se conecta un amperímetro a los contactos de salida de la batería solar y se mide la corriente de cortocircuito. Si el dispositivo muestra resultados superiores a 4,5 A, el sistema es completamente correcto y todas las conexiones están soldadas de forma clara y correcta. Los datos más bajos que aparecen en la pantalla del probador indican violaciones que deben ser rastreadas y resueltas.

Tradicionalmente, los generadores solares de bricolaje a partir de fotocélulas con un ligero defecto (grupo B) en la prueba muestran cifras de 5 a 10 amperios. Las unidades producidas en fábrica muestran datos entre un 10% y un 20% más altos. Esto se explica por el hecho de que en la producción se utilizan obleas de silicio del grupo A, que no presentan ningún defecto estructural.

La etapa final del trabajo.

Si la prueba muestra que la batería funciona completamente, se sella con un sellador de silicona especial o un compuesto epoxi más caro y duradero. El trabajo implica dos formas de realizarlo.

1. Relleno completo: cuando toda la superficie está cubierta con un compuesto sellador.
2. Tratamiento parcial: cuando el sellador se aplica solo a los elementos exteriores y al espacio vacío entre los elementos.

La primera opción se considera más confiable y proporciona al sistema una protección completa contra factores externos. Las fotocélulas están claramente fijadas y funcionan correctamente con la máxima eficiencia.

Para sellar las fotocélulas en el interior de la carcasa, es recomendable utilizar un sellador resistente a las heladas que pueda soportar cambios bruscos de temperatura y bajas temperaturas bajo cero.

Cuando se completa el relleno, se permite que el sellador "se asiente". Luego lo cubren con un elemento transparente y lo presionan firmemente contra las placas.

Para brindar protección adicional y absorción de impactos, algunos artesanos recomiendan colocar goma espuma densa entre la superficie de la losa de silicona y la parte posterior del marco. Esto hará que la estructura sea más integral y protegerá las frágiles fotocélulas de cargas innecesarias.

Luego se coloca un peso sobre la superficie, que actúa sobre las capas y exprime las burbujas de aire. El generador terminado se prueba nuevamente y finalmente se instala en un lugar previamente preparado.

¿Dónde y cómo colocar el generador?

El lugar de instalación del generador solar se elige con mucho cuidado y sin prisas. Las placas que reciben la luz deben colocarse en ángulo para que los rayos no “caigan” perpendicularmente a la superficie, sino que parezcan “fluir” suavemente a lo largo de ella. Lo ideal es colocar la estructura de manera que sea posible, si es necesario, ajustar el ángulo de inclinación, “captando” así la máxima cantidad de sol.

Es bastante aceptable instalar un sistema solar en el suelo, pero la mayoría de las veces se elige para la colocación el techo de una casa o cuarto de servicio, es decir, la parte que mira al lado más consagrado, principalmente al sur del sitio. Es muy importante que no haya edificios altos ni árboles grandes y poderosos cerca. Al estar muy cerca, crean una sombra e interfieren con el pleno funcionamiento de la unidad.

Para que las instalaciones solares funcionen bien es necesario mantenerlas limpias y ordenadas. Una capa de suciedad formada en la superficie del panel receptor reduce la eficiencia en un 10% y la nieve adherida apaga completamente la unidad. Por lo tanto, el mantenimiento regular es imprescindible y ayuda a mantener los módulos en perfectas condiciones de funcionamiento.

Se considera que la pendiente media del tejado para instalar un generador solar es de 45⁰. Con esta disposición, las fotocélulas absorben el flujo solar de forma muy eficiente y producen la cantidad de energía necesaria para el correcto funcionamiento de la casa.

Para obtener un rendimiento real de los paneles y proporcionar a una familia media la cantidad de energía necesaria, será necesario ocupar entre 15 y 20 metros cuadrados de superficie de tejado para un generador solar.

Para la parte europea de los países de la CEI se aplican indicadores ligeramente diferentes. Los profesionales recomiendan utilizar como base un ángulo de inclinación estacionario de 50-60⁰, y en estructuras móviles durante la temporada de invierno colocar las baterías en un ángulo de 70⁰ con respecto al horizonte.

En verano cambiar la posición e inclinar las fotocélulas en un ángulo de 30⁰.

Al instalar paneles generadores en un sistema de rieles equipado con una opción de seguimiento solar automático, puede aumentar la eficiencia de producción en un 50%. El módulo detectará de forma independiente la intensidad de los rayos y se ajustará a la máxima iluminación desde el amanecer hasta el atardecer.

Inmediatamente antes de la instalación, el techo se refuerza adicionalmente y se equipa con soportes fuertes especiales, ya que no todas las estructuras pueden soportar todo el peso del equipo para convertir energía solar.

Para instalar de forma segura y firme un generador solar en el techo, vale la pena comprar fijaciones especiales. Se fabrican por separado para cada tipo de tejado y siempre están disponibles para la venta. Al instalar entre los paneles y el techo, es necesario dejar un espacio para el pleno acceso del aire y una correcta ventilación de los elementos solares.

En algunos casos, se colocan vigas reforzadas debajo del techo para protegerlo del colapso, posiblemente debido al aumento de carga, que aumenta significativamente en la temporada de invierno, cuando la nieve se acumula en la superficie del techo.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Características y matices de soldar fotocélulas para hacer un generador solar eficaz en casa con sus propias manos. Consejos y sugerencias para artesanos, ideas interesantes y experiencias personales.

Cómo probar correctamente una fotocélula y medir sus principales parámetros. Esta información será útil en cálculos posteriores del número exacto de placas necesarias para el pleno funcionamiento del sistema.

Una descripción completa paso a paso del proceso de montaje de una batería solar para un generador en casa. Reglas de funcionamiento, desde la compra de los elementos necesarios hasta una prueba general del dispositivo fabricado.

Conociendo la estructura de los generadores solares, montarlos en casa no será difícil. Por supuesto, el trabajo requerirá atención, precisión y escrupulosidad, pero el resultado justificará todos los costes económicos y laborales. La unidad terminada proporcionará completamente calor y electricidad al edificio, creando el nivel necesario de comodidad para los residentes.

No tiene sentido emprender un proyecto importante de inmediato. Para empezar, tiene sentido intentar ensamblar una unidad pequeña y luego, habiendo dominado por completo todos los matices del proceso, comenzar a construir una instalación más potente y a gran escala.

En la mayor parte de Rusia, las únicas fuentes de energía son las centrales eléctricas de diésel o gasolina. Para desarrollar la producción de energía basada en el uso de energía solar y eólica, que cumpla con los enfoques ecológicos modernos, el Estado necesita atraer el interés de los inversores.

Puro experimento europeo

Los países de la Unión Europea han comenzado a introducir el uso de energía solar como parte de la reducción de la dependencia de los hidrocarburos y para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. La capacidad total instalada de plantas de energía solar (SPP) en el mundo puede alcanzar los 500 GW en 2019, según un informe analítico de la consultora internacional IHS. A finales de 2014, el volumen de generación solar ascendía a 180 GW. Hoy en día, ya se han invertido más de 150 mil millones de dólares en energía solar en todo el mundo, y este volumen aumenta entre un 15 y un 20% anualmente.

Uno de los líderes mundiales en el mercado de generación solar es Alemania, que representa el 31% de la capacidad total. Una característica única de la producción de energía solar en este país es que el 90% de todos los paneles están ubicados en los tejados. Además, la mitad de las plantas de energía solar pertenecen a particulares, no a empresas generadoras.

Según un informe de la Asociación de Industrias de Energía Solar (SEIA) y GTM Research, habrá más de un millón de instalaciones solares operativas en Estados Unidos para finales de este año, un aumento del 36% con respecto a 2014. En los últimos dos años se han puesto en funcionamiento más plantas de energía solar en Estados Unidos que en los 38 años anteriores.

China y Japón representan ahora un combinado del 50% del mercado mundial de energía solar. India planea aumentar su capacidad de instalación solar de 2 GW a 20 GW en el mediano plazo.

alternativa rusa

En Rusia, la proporción de generación solar es sólo del 0,5-0,8% de la capacidad total de las centrales eléctricas. Según el viceministro de Energía, Alexei Teksler, citado en septiembre en una entrevista con el canal de televisión Rossiya 24, hasta 2024 está previsto introducir en Rusia alrededor de 1,6 GW de capacidad de generación solar. La primera planta de energía solar se inauguró en Altai; este otoño su capacidad se duplicó a 10 MW. En los próximos cinco años está previsto construir otras cuatro centrales eléctricas similares en la región. Actualmente en la región de Bélgorod se encuentra en funcionamiento un conjunto de paneles solares. En Crimea, hasta el 20% de la energía se produce a partir de fuentes de energía renovables, principalmente paneles solares y plantas de energía eólica.

La capacidad total de los proyectos de centrales solares, cuya puesta en funcionamiento está prevista antes de finales de 2015, es de 175,2 MW. En la región de Astrakhan deberían aparecer plantas de energía solar con una capacidad instalada total de 90 MW, en la región de Orenburg de 30 MW y en la región de Belgorod y Bashkiria de 15 MW.

El retorno de la inversión en la construcción de plantas de energía solar se realiza sobre la base de un contrato de suministro de energía (PDM), por analogía con la generación tradicional. De acuerdo con este documento, la empresa generadora recibe el pago por la energía que suministra al mercado mayorista. Los parámetros arancelarios para cada objeto se calculan por separado.

Con el apoyo del gobierno, se están construyendo fábricas para producir componentes para plantas de energía solar. Esto permite cumplir con los requisitos legales según los cuales hasta el 70% de los equipos para plantas de energía solar deben fabricarse en Rusia. La construcción de estas plantas está prevista en la región de Moscú y Tartaristán. Actualmente ya se ha construido en Chuvashia la planta de Hevel para la producción de módulos solares de película fina.

Según los expertos, este tipo de equipo es demasiado caro para su uso en el sector privado de la economía; su período de recuperación es de cuatro a siete años. Por lo tanto, un kilovatio de electricidad producido con paneles solares sigue siendo mucho más caro que la electricidad a tarifa estatal.

En tales condiciones, el mercado sólo puede desarrollarse eficazmente con el apoyo del Estado. Por ejemplo, el Reino Unido llevó a cabo un experimento en 2013: se pusieron a la venta paneles solares en una cadena minorista. El coste de 18 paneles fue de 5,7 mil libras esterlinas (9,2 mil dólares), y para su compra se otorgaron subvenciones gubernamentales. Posteriormente, los usuarios tuvieron la oportunidad de vender el excedente de electricidad al Estado.

A pesar de la crisis económica, los analistas valoran mucho el potencial del sector. Como señala Anton Usachev, presidente de la Asociación Rusa de Energía Solar, en los últimos cinco años las tecnologías y equipos para la producción de energía solar se han abaratado notablemente, al mismo tiempo que ha aumentado la eficiencia de los módulos solares. Gracias a ello, hoy ya podemos hablar de la posibilidad de una plena competencia entre la energía solar y la generación tradicional.

Los inversores no están interesados

El uso de la energía eólica en Rusia se está desarrollando incluso más lentamente que la energía solar. La única central eólica industrial se encuentra en la región de Kaliningrado; hay centrales eléctricas en Chukotka, Bashkiria, Kalmykia y Komi. El año pasado, Rusia recibió sólo 16,8 MW de energía de parques eólicos. El plan para su construcción en territorio ruso fue aprobado por el Primer Ministro Dmitry Medvedev en 2013. Según estos planes, en un plazo de 15 años se deberían construir 16 plantas de energía eólica en el país.

Sin embargo, los inversores no están satisfechos con las condiciones que se han desarrollado en este mercado. Aquí se aplican las mismas reglas que para la generación solar, lo que implica una cuota elevada para los equipos domésticos. Pero en nuestro país no se producen componentes para centrales eólicas; estos deben adquirirse en el extranjero. Por lo tanto, todavía no ha habido gente dispuesta a construir turbinas eólicas.

Las autoridades rusas llevan mucho tiempo intentando atraer la atención de los inversores sobre la creación de un gran parque eólico con una capacidad total de 50-70 GW en el norte del Lejano Oriente. El jefe del Ministerio de Energía, Alexander Novak, dijo en febrero de este año que este tema se está discutiendo con socios extranjeros. El 10 de septiembre, RAO Energy System of the East anunció la apertura del parque eólico más grande del Lejano Oriente en el pueblo de Ust-Kamchatsk. El complejo se está construyendo con la participación de la organización gubernamental japonesa para el desarrollo de nuevas tecnologías industriales y energéticas NEDO, que donó equipos para el parque. Los japoneses en este proyecto persiguen un objetivo científico: probar el rendimiento de las instalaciones en climas fríos.

El complejo Ust-Kamchatka consta de tres centrales eólicas con una potencia total de 900 kW. Se prevé que, al sustituir parcialmente la producción de energía por la central eléctrica diésel de la aldea, se ahorrarán más de 550 toneladas de combustible al año. Su puesta en servicio está prevista para finales de 2015. Posteriormente se podrán construir siete aerogeneradores más, con lo que la capacidad del complejo alcanzará los 3 MW.

Además del Lejano Oriente y el Norte, en las zonas densamente pobladas de la parte europea de Rusia, hay bastantes lugares donde el uso de parques eólicos puede considerarse prometedor. Este es el noroeste del país: las regiones de Murmansk, Arkhangelsk y Leningrado. Y también las regiones del sur: territorio de Krasnodar, Karachay-Cherkessia, Rostov, Volgogrado, regiones de Astrakhan, Kalmykia, dice Igor Bryzgunov, presidente de la Asociación de la Industria Eólica de Rusia.

A finales de julio de este año, el Primer Ministro Dmitry Medvedev amplió por decreto el programa de apoyo a la generación eólica en el mercado mayorista de electricidad y capacidad. El apoyo se ha ampliado por cuatro años, de 2020 a 2024. En total, para 2024 está previsto poner en funcionamiento instalaciones de generación de energía eólica con una capacidad de 3.600 MW, en 2015-2016, 50 y 51 MW, respectivamente. "El documento tiene como objetivo mantener el nivel necesario de competencia en el mercado de la energía eólica e invertir en el despliegue de nuevos equipos de producción", dice la nota explicativa.

Todos los comentarios sobre las perspectivas de la energía solar se dividen en 2 categorías: “Bien hecho, sólo quemamos petróleo” y “¡EROEI! ¡La producción de paneles solares requiere más energía de la que producen!”

El lector astuto probablemente pensará: ¿Cómo es posible que esto produzca menos de lo necesario para producir? Él los instaló - funcionan, no piden papilla, 10 años, 50 años, 100 años - eso significa que la energía total producida es igual al infinito, y deberían ser rentables a cualquier costo de construcción...

Cómo están realmente las cosas, qué enfoques existen para la generación solar, qué limita la eficiencia de las células solares, qué ideas brillantes ya se han implementado y por qué la energía solar de alguna manera no se está apoderando activamente del mundo - ver más abajo.

¿Cuánta energía obtenemos del sol?

Por cada metro cuadrado, 1367 vatios de energía provienen del sol (constante solar). Aproximadamente 1020 vatios llegan a la Tierra a través de la atmósfera (en el ecuador). Si tenemos una eficiencia de células solares del 16%, entonces podemos recibir, en el mejor de los casos, 163,2 vatios de electricidad por metro cuadrado. Pero tenemos clima, el sol no está en su cenit, a veces hay noche (de diferente duración), ¿cómo calcular todo esto?

La insolación anual tiene todo esto en cuenta, incluido el tipo de instalación de la batería solar (paralela al suelo, en un ángulo óptimo, siguiendo al sol) y nos da una idea de cuánta electricidad se puede generar al año de media. (en kWh/m2, excluyendo la eficiencia de la batería solar):

Aquellos. Vemos que si tomamos 1 km2 de paneles solares y los instalamos en el ángulo óptimo en Moscú (40,0°), entonces en un año podemos generar 1173 * 0,16 = 187,6 GWh. A un precio de 3 rublos por kW/h, el coste convencional de la energía generada será de 561 millones de rublos. Descubriremos por qué es condicional a continuación.

Enfoques básicos para obtener energía del sol.

Centrales solares térmicas

Un enorme campo de espejos giratorios refleja el sol sobre un colector solar, donde el calor se convierte en electricidad mediante un motor Stirling o calentando agua y luego mediante turbinas de vapor ordinarias, como en una central térmica. Eficiencia: 20-30%.

También existe una opción con un espejo parabólico lineal (solo es necesario girar alrededor de un eje):

¿Cuál es el precio de venta? Si nos fijamos en la central eléctrica de Ivanpah (392 MW), en la que Google invirtió indirectamente, el coste de su construcción fue de 2.200 millones de dólares, o 5.612 dólares por kW de capacidad instalada. Wikipedia incluso escribe con alegría que, aunque es más cara que las centrales eléctricas de carbón, supuestamente es más barata que las nucleares.

Sin embargo, aquí hay un par de matices: 1 kW de capacidad instalada en una central nuclear en realidad cuesta entre 2.000 y 4.000 dólares (dependiendo de quién la construya), es decir, En realidad, Ivanpah ya es más cara que una central nuclear. Luego, si observa la estimación anual de generación de electricidad: 1079 GWh y la divide por el número de horas del año, entonces la potencia promedio anual es 123,1 MW (después de todo, nuestra estación genera solo durante el día).

Esto eleva el coste de construcción “promedio” a 17.871 dólares/kW, lo que no sólo es caro, sino increíblemente caro. Probablemente sea más caro generar electricidad en el espacio. Las centrales eléctricas de gas convencionales cuestan entre 500 y 1.000 $/kW, es decir, V 18-36 veces más barato, y siempre funcionan, y no por suerte.

Y por último, el coste de construcción no incluye las baterías en absoluto. Si agrega baterías (más sobre ellas a continuación) o la construcción de una planta de energía de almacenamiento por bombeo, el costo se disparará.

Las centrales solares térmicas tienen la capacidad de generar electricidad las 24 horas del día, utilizando un gran volumen de refrigerante calentado por día. También existen estaciones de este tipo, pero intentan no anotar su costo, aparentemente para no asustar a nadie.

Fotocélulas semiconductoras(fotovoltaica, fotovoltaica): la idea es muy simple: tomamos un diodo semiconductor de gran superficie. Cuando un cuanto de luz entra en la unión pn, se genera un par de huecos de electrones, lo que crea una caída de voltaje en los terminales de este diodo (aproximadamente 0,5 V para una fotocélula de silicio).

La eficiencia de las células solares de silicio es de aproximadamente el 16%. ¿Por qué tan poco?

La formación de un par electrón-hueco requiere una determinada cantidad de energía, ni más ni menos. Si un cuanto de luz llega con una energía inferior a la necesaria, entonces no puede provocar la generación de un par y atraviesa el silicio como si fuera vidrio (porque el silicio es transparente a la luz infrarroja más allá de 1,2 micrones). Si llega un cuanto de luz con más energía de la necesaria (luz verde y más corta), se genera un par, pero el exceso de energía se pierde. Si la energía es aún mayor (luz azul y ultravioleta), es posible que el cuanto simplemente no tenga tiempo de alcanzar la profundidad de la unión pn.

Además, la luz se puede reflejar desde la superficie; para evitar esto, se aplica una capa antirreflectante a la superficie (como en las lentes de las lentes fotográficas) y la superficie se puede hacer en forma de peine (luego, después de la primer reflejo la luz tendrá otra oportunidad).

Es posible aumentar la eficiencia de las fotocélulas por encima del 16% combinando varias fotocélulas diferentes (basadas en otros semiconductores y, en consecuencia, con una energía diferente requerida para generar un par de huecos de electrones); primero colocamos la que absorbe eficazmente la luz azul y la transmite. verde, rojo e IR, luego verde y finalmente rojo e IR. Es en estos elementos de 3 etapas donde se logran indicadores récord de eficiencia del 44% y más.

Desafortunadamente, las fotocélulas de 3 etapas resultan ser muy caras, y ahora las fotocélulas de silicio ordinarias y baratas de una sola etapa dominan: es gracias a su precio muy bajo que toman la delantera en términos de Watt/$. El vatio para las fotocélulas de silicio ha disminuido con la introducción de gigantescas instalaciones de producción en China hasta ~0,5$/vatio (es decir, por 500 dólares se pueden comprar células solares de 1000 vatios).

Los principales tipos de elementos de silicio son monocristalinos (más caros, con una eficiencia ligeramente mayor) y policristalinos (más baratos de producir, literalmente un 1% menos de eficiencia). Son los paneles solares policristalinos los que ahora proporcionan el coste más bajo de 1 vatio de energía generada.

Uno de los problemas es que los paneles solares no duran para siempre. Incluso si no tenemos en cuenta el polvo y la suciedad (esperamos que llueva y el viento), debido a la fotodegradación durante 20 años de funcionamiento, los mejores elementos de silicio pierden ~15% de su potencia. Quizás la degradación se ralentice aún más, pero aún hay que tener esto en cuenta.

Repasemos ahora los principales intentos de aumentar la eficiencia económica:

Tomemos una fotocélula pequeña y muy eficiente y un espejo parabólico.
Esto se llama energía fotovoltaica concentrada. En principio, la idea no es mala: el espejo es más barato que una batería solar y la eficiencia puede ser del 40% y no del 16... El único problema es que ahora necesitamos mecánicos (poco fiables) para seguir el sol, y nuestro enorme El plato giratorio debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar ráfagas de viento. Otro problema es cuando el sol se pone detrás de nubes que no son demasiado densas: la producción de energía cae a cero, porque... un espejo parabólico no puede enfocar la luz dispersada (en los paneles solares convencionales, la potencia ciertamente cae, pero no a 0).

Con la caída de los precios de las células solares de silicio, este enfoque ha demostrado ser demasiado costoso (tanto en costo de instalación como en mantenimiento)

Hagamos las células solares redondas, colóquelas en el techo y pintemos el techo de blanco.
Esto lo hizo la ahora infame compañía Solyndra, que, a instancias de Barack Obama, recibió una garantía gubernamental para un préstamo de 535 millones de dólares del Departamento de Energía de Estados Unidos... y de repente se declaró en quiebra. Las células solares redondas se fabricaron pulverizando una capa de semiconductor (en su caso, (di)seleniuro de cobre, indio y galio) sobre tubos de vidrio. La eficiencia de las células solares fue del 8,5% (sí, resultó peor que las de silicio simples y baratas).

Un ejemplo sorprendente de cómo el capitalismo estadounidense, con un lobby adecuado, es capaz de inyectar por inercia enormes recursos en tecnologías fundamentalmente ineficaces. Según los resultados del trabajo, nadie fue encarcelado.

Cuchara de carretera para la cena.

Ahora, tras este derroche de mejora continua de la tecnología, abrimos una página triste de la historia. Las plantas de energía solar generan electricidad durante el día, pero es más necesaria por la noche:

Esto significa que si no tenemos baterías, todavía habrá que construir plantas de energía para el pico de consumo de la tarde, y durante el día, algunas deben estar apagadas y otras deben estar en reserva caliente, de modo que si se acumulan nubes En comparación con una planta de energía solar, reemplazarán instantáneamente la generación solar perdida.

Resulta que si obligamos a comprar electricidad de las plantas de energía solar a un precio regular cuando se genera a partir de ellas, en realidad estamos redistribuyendo ganancias de las capacidades de generación clásicas existentes, que se ven obligadas a permanecer inactivas durante el día en reserva a favor de los solares.

También existe una opción interesante: si en algún lugar hay un pico de consumo por la noche, en algún lugar de la Tierra es el apogeo del día. ¿Quizás construir allí una planta de energía solar y transmitir electricidad a través de líneas eléctricas? Esto es posible, pero requiere transmisión de energía a distancias de entre 5.000 y 8.000 kilómetros, lo que también requiere enormes gastos de capital (al menos hasta que pasemos a los superconductores) y aprobaciones de varios países. El proyecto Desertec se desarrolló aproximadamente en esta dirección: generación en África, transmisión a Europa.

Baterías

Entonces, una batería solar de 1 W cuesta $0,5. Durante el día generará, digamos, 8Wh de electricidad (con 8 horas de sol). ¿Cómo podemos ahorrar esta energía hasta la noche, cuando más la necesitaremos?

Las baterías de litio chinas cuestan aproximadamente 0,4 dólares por Wh, respectivamente, para 1W de batería solar (con un precio de 0,5 dólares) necesitaremos baterías por valor de 3,2 dólares, es decir. ¡La batería resulta 6 veces más cara que una batería solar! Además, es necesario tener en cuenta que después de 1000-2000 ciclos de carga y descarga será necesario reemplazar la batería, y esto es solo de 3 a 6 años de servicio. ¿Hay baterías más baratas?

Los más baratos son los de plomo-ácido (que, por supuesto, están lejos de ser “verdes”), su precio al por mayor es de 0,08 dólares por Wh, respectivamente, para mantener la producción diaria necesitamos baterías por valor de 0,64 dólares, lo que nuevamente es más que el costo de los propios paneles solares. . Las baterías de plomo también se agotan rápidamente, de 3 a 6 años de servicio en este modo. Y de postre, la eficiencia de las baterías de plomo-ácido es del 75% (es decir, una cuarta parte de la energía se pierde en el ciclo de carga-descarga).

También existe una opción con las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo (durante el día bombeamos agua “hacia arriba” con una bomba, por la noche trabajamos como una central hidroeléctrica normal), pero su construcción también es costosa y no es posible en todas partes (eficiencia - hasta el 90%).

Debido a que las baterías son más caras que la propia central solar, las grandes centrales eléctricas no las proporcionan, vendiendo la electricidad a la red de distribución inmediatamente después de su generación, dependiendo de las centrales eléctricas convencionales por la noche y por la tarde.

¿Cuál es un precio justo por la generación solar no regulada?

Tomemos como ejemplo a Alemania como líder en el desarrollo de la energía solar. Cada kW generado por las centrales solares se compra entre 12,08 y 17,45 céntimos de euro el kWh, independientemente de lo que generen con el consumo mínimo diario. Lo único que consiguen con esto es ahorrar gas ruso, porque... Las centrales eléctricas de gas aún deben construirse y estar en reserva (y todos los demás gastos siguen siendo los mismos: salarios, préstamos, mantenimiento).

Desde un punto de vista económico, sería justo que las centrales solares recibieran sólo lo que ahorran en combustible para las centrales de gas.

Digamos que el precio del gas ruso es de 450 dólares por mil m3. A partir de este volumen es posible generar 39.000 GJ ≈10,8*0,4 GWh ≈ 4,32 GWh de electricidad (con una eficiencia de generación del 40%), respectivamente, por 1 kWh de electricidad solar ahorramos gas ruso en 0,104 dólares = 7,87 céntimos de euro. Esto es exactamente lo que debería ser el coste justo de la generación solar no regulada, y parece que Alemania está avanzando gradualmente hacia esta cifra, pero en este momento la energía solar en Alemania está subvencionada en un 50%.

Reanudar

Los paneles solares policristalinos proporcionan la electricidad solar más barata, alrededor de 0,5 $/vatio, otros métodos son mucho más caros.

El problema de la energía solar no es la eficiencia de las células solares, ni el TRE (en teoría, es infinito), ni su precio, sino el hecho de que es muy caro almacenar la energía generada hasta la noche. Aquellos. El principal problema son las baterías, que ahora son más caras que los paneles solares y al mismo tiempo tienen una vida útil corta (3-6 años).

Por el momento, la generación solar a gran escala sin baterías sólo puede considerarse como una forma de ahorrar una pequeña parte de combustible fósil durante el día; en principio no puede reducir el número de centrales eléctricas clásicas necesarias (gas, carbón, centrales nucleares, etc.). hidro): todavía tienen que permanecer en reserva durante el día y asumir la carga por completo durante el consumo máximo de la tarde.

Si en el futuro, con la ayuda de tarifas (crueles), es posible desplazar el pico de consumo al día, la construcción de plantas de energía solar tendrá más sentido (por ejemplo, si las tarifas son tales que será rentable activar la producción por electrólisis de aluminio e hidrógeno sólo durante el día).

El coste de la generación solar "no regulada" no se puede comparar con el coste de la generación en las centrales eléctricas clásicas, porque generan cuando pueden, no cuando lo necesitan. El coste justo de la electricidad solar no regulada debería ser igual al coste del combustible fósil ahorrado, y no más: para el gas a 450 dólares, el precio justo de la generación solar no supera los 0,1 dólares por 1 kWh (en consecuencia, en Alemania, la generación solar es subsidiado en ~50%).

La energía solar "honesta" (con baterías) hoy en día sólo puede justificarse económicamente en zonas remotas donde no hay posibilidad de conectarse a la red (como, por ejemplo, en el caso de una estación base celular remota y solitaria).

El mayor problema de la energía solar es que los combustibles fósiles todavía son demasiado baratos para que la generación solar sea económicamente viable.

Según la Agencia Internacional de Energía, b Los costos de producción en rápida caída hacen que los paneles solares sean la forma más barata de generar electricidad.

A finales del año pasado, el crecimiento de la generación solar superó el ritmo de desarrollo de otros sectores de la industria eléctrica. Desde 2010, el coste de un nuevo módulo solar ha caído un 70%, mientras que los costes de los equipos de energía eólica han bajado un 25% y el coste de las baterías de los coches eléctricos ha bajado un 40%.

Según las previsiones de los expertos independientes Bernreuter Research, a finales de 2017 el aumento de la capacidad de energía solar a escala mundial alcanzará los 100 GW. A finales de 2016, la capacidad total de plantas de energía solar instaladas en el mundo era de 74 GW. El mayor crecimiento en este segmento proviene de China. La capacidad total de las nuevas estaciones solares en China alcanzó los 52 GW, con EE.UU. (12,5 GW) y la India (9 GW) en segundo y tercer lugar. Durante el año, el aumento fue de más del 30%: ahora la capacidad total de la industria de la energía solar, según los expertos, es de 300 GW.

Sin embargo, a diferencia de la región de Asia y el Pacífico, la energía eólica domina en los países europeos. Según las previsiones de la AIE, después de 2030 se convertirá en la principal fuente de generación de electricidad en los países europeos. “La energía solar está ganando mercados rápidamente, incluidos China e India, a medida que se convierte en la fuente más barata de generación de electricidad. El transporte eléctrico, gracias al apoyo gubernamental y a los menores costes de las baterías fabricadas, se está desarrollando rápidamente”, afirma el director ejecutivo de la AIE, Fatih Birol.

En el período posterior a 2030 en la Unión Europea, las fuentes de energía renovables representarán alrededor del 80% de la nueva capacidad puesta en servicio y la energía eólica se convertirá en la principal fuente de producción de electricidad. El rápido desarrollo de la energía solar, especialmente en China e India, le permitirá convertirse en la mayor fuente de generación para 2040. Para entonces, la proporción de todas las fuentes de energía renovables en la producción total de electricidad alcanzará el 40%.

La AIE observa el rápido despliegue de capacidad y la caída de los costos de las tecnologías de energía limpia. Los expertos destacan especialmente el alto ritmo de electrificación. A finales del año pasado, el gasto de los consumidores en electricidad a escala mundial alcanzó la paridad con su gasto en productos petrolíferos.

Hasta 2040, el desarrollo de las energías renovables seguirá siendo apoyado por el Estado. Sin embargo, la transformación del sector energético provendrá principalmente de los millones de hogares, comunidades y empresas que inviertan en la construcción de su propia capacidad distribuida de energía renovable.

Sin tener en cuenta las centrales solares de Crimea, hoy en Rusia existen 10 centrales con una capacidad total de unos 100 MW. En Crimea hay cinco plantas de energía solar con una capacidad total de 300 MW. En noviembre, Rusia puso en funcionamiento la primera central solar de Bichur, en Buriatia. Hasta el momento, el coste de construcción de una de estas plantas de energía solar en el país es de unos mil millones de rublos, y el 70% de los equipos utilizados están localizados. En septiembre, la empresa Hevel inauguró en Altai la central solar Maiminskaya, con una capacidad de 20 MW y un coste de 2.000 millones de rublos, utilizando nuevos modelos heteroestructurales con mayor eficiencia. Este ya es el cuarto SPP de Hevel en Altai. En total, las empresas rusas deberán construir hasta 2024 57 plantas de energía solar con una capacidad total de 1,5 GW.

Nina Markova