Исследователи продолжают работать над созданием новых технологий в области солнечной энергии, разработкой более совершенных элементов, использованием новых материалов, концентрируясь одновременно на повышении эффективности и снижении затрат.
В 2020 году солнечная энергетика столкнулась с серьезными проблемами. Пандемия коронавируса нарушила цепочки поставок, сократилось количество сотрудников; снизились налоговые льготы.
Но в это же время, именно возобновляемые источники энергии смогут помочь восстановить экономику после COVID-19. Местные органы власти устанавливают целевые показатели в области возобновляемой энергии, страны устанавливают конкретные цели по декарбонизации, а все больше коммунальных предприятий отказываются от использования ископаемого топлива для выработки электроэнергии.
Несмотря на то, что рост солнечной энергетики замедлился, разработки в области передовых технологий солнечной энергетики остались на высоком уровне. Это относится как к мощным и эффективным солнечным панелям, включая модернизацию до двусторонней технологии; интегрированным фотоэлектрическим системам (BIPV); плавучим солнечным фермам - то, что называют «плавучей электроэнергией»; так и к таким концепциям, как «солнечные оболочки, солнечная ткань и даже солнечные дороги».
1. Технология отслеживания солнечной энергии продолжает развиваться. Axsus использовала трекер с фиксированным наклоном на нескольких проектах, включая установку мощностью 60 МВт в Mount Forest, Онтарио, Канада.
«По мере вступления в 2021 год, солнечная промышленность имеет уникальные возможности», - сказал Роберт Сульер, директор по энергетике и инфраструктуре компании Axsus, которая занимается проектированием, разработкой и производством систем слежения за солнечным светом и системы фиксированного наклона (рис. 1).
«В Axsus мы ожидаем, что достижения в области солнечных технологий поддержат восстановление экономики. В частности, переход EPC [инженерных, материально-технических и строительных подрядчиков], разработчиков и владельцев активов к комплексной оценке стоимости проекта, а также технологии солнечного трекера положительно повлияют на рост рынка в 2021 году и в последующий период».
Эффективность играет роль.
Брайан Линч, директор по продажам Solar + Storage и развитию проектов LG, сказал: «В зависимости от налоговых льгот и результатов [президентских] выборов, появится стратегия, позволяющая извлечь большую пользу из возобновляемой энергии, это включает в себя генерацию, хранение, потребление…».
Обновления программного и аппаратного обеспечения солнечной энергии «действительно должны разрабатываться параллельно. Эволюция заключается в использовании распределенной генерации для отдельных предприятий и домов, от переноса инфраструктуры до виртуальных электростанций».
Решения для программного обеспечения.
Брайан Фрихауф, исполнительный вице-президент и генеральный менеджер по корпоративным программным решениям Hitachi ABB Power Grids, сказал: «Будущее солнечной энергетики может быть реализовано только на основе программного обеспечения. Солнечная энергия представляет собой сложный план, от долгосрочного планирования мощности до решений по диспетчеризации, составляющие менее секунды. Решения, касающиеся как местоположения, так и объема генерации, должны поддерживаться сложными моделями, которые понимают динамику текущего и будущего состояния энергосистемы, погодных условий и потребительского спроса».
Комиссия по коммунальным предприятиям Орландо (OUC) совместно со студентами инженерных специальностей из Университета Центральной Флориды (UCF) разработала способ «прогнозирования солнечной погоды». Целью проекта является увеличение производства солнечной энергии.
Студенты разработали «небесную камеру» - устройство, которое может «просматривать» облака и измерять их высоту, плотность, направление и скорость, а также предсказывать, когда облака будут перемещаться над солнечной фермой. Инструмент помогает OUC предвидеть кратковременные потери солнечной энергии из-за облаков, давая другим энергоблокам время на заполнение пробелов.
Джастин Крамер, руководитель новых технологий в OUC, сказал: «Мы в основном пытаемся выяснить с помощью этого устройства, возможно ли точно прогнозировать движение облаков. Мы также хотим заранее определять, какие солнечные батареи будут находиться в тени и как долго. Необходимо понимать погоду и предсказывать ее влияние на солнечные фермы на основе исследований».
Прототип облачной камеры Skycam представляет собой пластиковую коробку размером с чемодан. Он включает в себя камеру наблюдения в стиле «рыбий глаз», установленную на крышке. Внутри находятся аккумулятор, материнская плата и другие электронные компоненты. Стоимость материалов составила 872 доллара. В настоящее время команда разрабатывает картографическую технологию, чтобы показать, какая часть солнечной станции окажется в тени, что позволяет использовать эти данные для прогнозирования количества потерь энергии и на какой срок. Крамер рассчитывает передать следующую фазу проекта аспирантам UCF в 2021 году, поручив им улучшить интерфейс для пользователей и возможность обмена данными.
Важность хранения.
Friehauf является одним из тех, кто говорит, что «накопление энергии играет критически важную роль в будущем солнечной энергетики по многим причинам», включая способность «сглаживать» перебои генерации солнечной энергии. «Но есть и ключевые достижения в программном обеспечении; в то время как аккумуляторная батарея помогает в периоды, когда нет солнца, обеспечение максимальной производительности невозможно без приложения по управлению энергопотреблением. Коммунальным предприятиям требуются гибкие и масштабируемые решения для управления, которые могут быть расширены для интеграции возобновляемых источников энергии».
Майк Андраде, генеральный директор Morgan Solar, считает что, «хранение данных – это технология, которая поддерживает солнечную энергию. Сочетание недорогой коммунальной солнечной энергии с системами накопления позволит запустить установки коммунального масштаба во всем мире».
Двухстороннее расширение рынка.
Многие руководители солнечной отрасли, отмечают, как двусторонние модули меняют сектор. Nextracker, одна из самых известных компаний по проектированию и оборудованию солнечных систем, сочетает в себе обновление аппаратного и программного обеспечения в системе интеллектуального солнечного слежения NX Horizon с диапазоном 120 градусов. NX Horizon включает автономную конструкцию системы с независимыми рядами в сочетании с технологией Nextracker TrueCapture. NX Horizon был выбран для использования на крупнейшей солнечной ферме в Австралии, проекте Western Downs мощностью 460 МВт в Квинсленде, установка трекеров запланирована на следующий год.
Линч отметил, что LG Business Solutions USA в октябре представила новые 60- и 72-элементные солнечные модули LG NeON 2 серии «L5», разработанные для более высокой эффективности с «улучшенными техническими характеристиками для жилых, промышленных и коммунальных предприятий» по сравнению с предыдущей моделью». Запуск L5 LG NeON 2 Black уменьшает белое пространство между элементами, сохраняя при этом традиционный промышленный формат из 60 элементов с использованием более крупных пластин. Другое подразделение LG, LG Electronics USA, недавно представило LG NeON 2 ACe, солнечный модуль переменного тока со встроенным микроинвертором LG. LG NeON 2 ACe - это панель из 60 ячеек, класс мощности которой до 365 Вт и встроенный микроинвертор на 320 Вт.
В этом году компания LG сосредоточилась на двухэлементных солнечных батареях. «Поскольку все больше и больше людей работают дома, домовладельцы обращаются к солнечной энергии как к разумному вложению, которое компенсирует высокие счета за коммунальные услуги».
Кроме того, есть материалы, называемые перовскитами, которые используются для солнечных панелей следующего поколения. Исследователи говорят, что эта технология может быть вдвое эффективнее существующих моделей. По мнению отраслевых экспертов, современные кремниевые солнечные элементы максимально превращают около 22% собираемого солнечного света в электричество.
2. Исследователи из Оксфорда заявили, что они могут повысить эффективность солнечной энергии за счет использования тандемных солнечных элементов из перовскит-кремния. Компания имеет опытно-промышленную линию в Бранденбурге-на-Хавеле, Германия.
Исследователи из Oxford PV, созданной в 2010 году на базе Оксфордского университета, заявили, что, кремний покрытый перовскитом является на 28% эффективней (рис. 2). «Если мы хотим, чтобы все новая генерация энергии была солнечной фотоэлектрической, тогда нужно продолжать снижать цены», - сказал Генри Снайт, профессор физики Оксфордского университета и соучредитель Oxford PV. «Один из способов сделать это - продолжить увеличивать эффективность или выходную мощность модуля, и именно поэтому нужны перовскиты».