Можно ли сохранить солнечный свет?

Дата публикации: 25 мая 2015

Источник: http://www.lowtechmagazine.com/2015/05/sustainability-off-grid-solar-power.html, автор Kris De Decker (под редакцией Jenna Collett).

Одно из ограничений использования солнечной энергии состоит в том, что она не всегда доступна: только в дневные часы и при отсутствии густой облачности. Для преодоления этой проблемы требуется либо решения по сохранению энергии, либо инфраструктура электростанций, работающих на ископаемом топливе, — этот аспект часто игнорируется теми, кто говорит о преимуществах фотоэлектрических систем.

Использовать или нет системы накопления энергии — уже не вопрос академических дискуссий. Благодаря развитию технологий аккумуляторных батарей и снижению интереса к крупным солнечным электростанциям на первый план выходят автономные солнечные электростанции. Насколько надежны и выгодны такие системы в эксплуатации, если принимать во внимание и устройства накопления энергии?

Литий-ионная система Powerwall от Тесла

Литий-ионная система Powerwall от Тесла

В предыдущей заметке мы уже говорили о том, что результаты нескольких проведенных анализов жизненного цикла фотоэлектрических систем показывают положительные тенденции. Большинство таких анализов основаны на исследовании солнечных ячеек, произведенных в США или в Европе. Однако в настоящее время большая часть панелей производится в Китае, где электрические сети дают примерно в два раза больше вредных выбросов и примерно на 50% менее энергетически эффективны [1]. С другой стороны, большинство исследований жизненного цикла солнечных систем проводилось в регионах с солнечной инсоляцией типичной для средиземноморского региона, в то время как большинство солнечных панелей устанавливаются в местах, где солнечного света вполовину меньше.

Как следствие, реальные выбросы парниковых газов на кВтч электроэнергии, связанные с использованием солнечной фотоэлектрической станции, в два-четыре раза выше, чем указывают результаты большинства проведенных исследований. По нашим подсчетам, вместо 30-50 грамм эквивалента CO2 на киловатт-час произведенной электроэнергии (gCO2e/kWh), выбросы парниковых газов, обусловленные эксплуатацией типичной солнечной фотоэлектрической станции, введенной в строй между 2008 и 2014 годами, составляют до 120 gCO2e/kWh. То есть выбросы, обусловленные солнечными фотоэлектрическими станциями, только в 4 раза меньше, чем выбросы от обычных электростанций в большинстве западных стран.

Однако даже этот результат чрезмерно оптимистичен. В предыдущей статье мы не принимали во внимание «один из потенциально крупнейших отсутствующих компонентов» [2] обычного анализа жизненного цикла фотоэлектрических систем: непостоянством солнечной энергии. Солнечная инсоляция изменяется в течение дня и в разные сезоны и, конечно, солнечная энергия не доступна после захода солнца.

Автономные солнечные установки возвращаются

До конца 1990-х годов большинство солнечных установок были автономными, то есть не были подключены к сетям электроснабжения. Избыток энергии, вырабатываемой в течение дня, аккумулировался с помощью банков свинцово-кислотных батарей для использования в ночное время или в пасмурные дни. Сегодня большинство солнечных установок подключены к централизованным электросетям. Такие установки используют сети вместо аккумуляторов, «сохраняя» в сети избыток энергии для использования в ночное время или в пасмурные дни.

Очевидно, такая стратегия требует наличия электростанций на ископаемом или ядерном топливе, энергия которых используется в тех случаях, когда солнечной энергии недостаточно или она вообще отсутствует. Чтобы провести корректное сравнение с обычными электрическими сетями, включая энергию, получаемую из биомасс, эта «скрытая» часть солнечных фотоэлектрических станций тоже должна приниматься во внимание. Однако анализ жизненного цикла солнечных станций обычно игнорирует это [3, 2].

До сих пор вопрос о том, учитывать ли забираемую из электросетей энергию или необходимость использования устройств хранения энергии, носил чисто академический характер. Ситуация вскоре изменится, потому что автономные солнечные системы возвращаются. Несколько производителей представили системы накопления и сохранения энергии на основе литий-ионных батарей, используемых для питания наших гаджетов и электромобилей [4, 5, 6, 7].

Литий-ионные батареи представляют собой более совершенную технологию по сравнению со свинцово-кислотными батареями: они работают дольше, более компактны, более эффективны, проще в обслуживании и более надежны.

Battery_storage_price_projections

Прогнозы стоимости аккумуляторных батарей (долларов за квтч).

Хотя литий-ионные батареи дороже, чем свинцово-кислотные, но в отчете Morgan Stanley за 2014 год утверждается,что стоимость устройств хранения энергии снизится до 125-150 долларов за киловатт-час к 2020 году [8]. Согласно этому отчету фотоэлектрические солнечные электростанции с аккумуляторными батареями будут коммерчески жизнеспособными в некоторых европейских странах (Германия, Италия, Португалия, Испания) и в большинстве штатов США. Эксперты Morgan Stanley многого ожидают от фирмы по производству автомобилей Тесла, которая объявила о разработке системы сохранения энергии для использования в домашних солнечных установках, со стоимостью 350 долларов за киловатт-час [9]. Тесла строит завод в штате Аризона, который будет производить столько же литий-ионных батарей, сколько сейчас производится во всем мире, что позволит резко снизить их стоимость за счет массового производства.

Существуют и другие факторы, которые вступают в игру, когда речь идет об устройствах сохранения энергии для автономных солнечных фотоэлектрических установок. Солнечные панели в последние годы стали настолько дешевле, что стали сокращаться правительственные субсидии и налоговые скидки. Во многих странах собственники солнечных установок получали фиксированную цену за энергию, поставляемую ими в электросети,  и не платили налоги с этих сумм. Эти, так называемые «чистые правила учета» или «льготные ставки» («net metering rules» or «feed-in rates») были недавно отменены в нескольких европейских странах и ожидается их отмена в некоторых штатах США. В своем отчете Morgan Stanley предсказывает, что в течение ближайших лет «чистые правила учета» и налоговые скидки исчезнут везде [8].

5-КВч литий-ионная батарея от Powertech Systems.

5-КВч литий-ионная батарея от Powertech Systems.

Энергетические компании успешно борются с мерами стимулирования фотоэлектрических солнечных станций, аргументируя это тем, что владельцы таких станций используют сетевую энергию не платя за нее, увеличивая тем самым стоимость энергии для обычных пользователей [10]. Ирония в том, что отказ от стимулирования солнечных станций, использующих электросети, делает более привлекательным использование автономных станций и сетевые компании тем самым отпугивают своих клиентов. Если владельцы солнечных станций, подключенных к сетям, должны будут платить обычную цену за получаемую из сетей энергию и не будут получать за избыток энергии, поставляемый в сеть, может оказаться более выгодным купить и установить банк аккумуляторов. Чем больше владельцев солнечных станций пойдут по этому пути, тем дороже будет стоимость энергии для остальных сетевых пользователей, что будет способствовать более широкому использованию автономных источников, не подключенных к сетям [11].

Системы хранения энергии на основе свинцово-кислотных батарей

Абсолютная независимость от электросетей может быть и привлекательна для многих, но насколько надежна и устойчива система на солнечных батареях, если принять во внимание использование аккумуляторных батарей? Поскольку анализ жизненного цикла автономных систем на основе литий-ионных батарей еще не проводился, рассмотрим автономную фотоэлектрическую систему, использующую свинцово-кислотные батареи.

Одно из наиболее полных исследований такого рода было проведено в 2009 году для автономной системы мощностью 4,2 КВт, расположенной в Мурсии, Испания. Массив солнечных панелей площадью 35 кв.м. был смонтирован на крыше здания и снабжал энергией программируемую систему освещения с постоянной ежедневной нагрузкой 13,8 квтч. Солнечные панели были подсоединены к 24 свинцово-кислотным батареям емкостью 110,4 квтч, рассчитанным на автономное функционирование в течение 3 дней [12]. Исследование показало, что период окупаемости такой системы составил 9,08 года, выбросы парниковых газов — 131 gCO2e/kWh, то есть такая система энергетически в два раза обеспечивает в 2,5 раза меньше выбросов двуокиси углерода, чем обычные электросети в Испании (337 gCO2/kWh). Производство батарей внесло 45% от объема выбросов CO2, и 49% в срок окупаемости солнечной системы. Таким образом использование свинцово-кислотных батарей практически удваивает срок окупаемости солнечной фотоэлектрической станции и выбросы CO2.

Этот результат не кажется слишком плохим, но, к сожалению, исследователи сделали слишком оптимистичные предположения. Во-первых, этот результат получен в Мурсии — одном из самых солнечных регионов Испании, где солнечная инсоляция составляет 1932 киловатт-часа на квадратный метр в год. Если инсоляция меньше, потребуется больше солнечных панелей для получения такого же количества электроэнергии. Если принять за основу инсоляцию в 1700 киловатт-часов на квадратный метр в год, что является средним значением для южной Европы, выбросы CO2 возрастут до 139 gCO2e/kWh. Если же предположить, что солнечная инсоляция составит 1000 киловатт-часов на квадратный метр в год, что является средним значением для Германии, выбросы возрастут до 174 gCO2/kWh.

Продолжительность жизни батарей

Во-вторых, исследователи исходили из предположения, что продолжительность жизни свинцово-кислотных батарей равна 10 годам. Они также посчитали, что солнечные панели прослужат 20 лет, то есть они закладывали двойное количество батарей при анализе жизненного цикла солнечной станции. Но для свинцово-кислотных батарей 10 лет жизни — это очень оптимистичный прогноз — факт, который признают и исследователи [12]. В большинстве других анализов жизненного цикла предполагается, что батареи работают 3-5 лет [14, 15]. Однако период жизни свинцово-кислотных аккумуляторов существенно зависит от условий использования и обслуживания. При низкой нагрузке на исследуемую систему время жизни батарей в 10 лет не кажется нереалистичным.

С другой стороны, если батареи эксплуатируются при высокой нагрузке, например, в общественном хозяйстве, время их жизни существенно сокращается.  Поскольку почти 50% выбросов CO2 и потребления энергии обусловлено использованием батарей, ожидаемая продолжительность жизни аккумулятора оказывает значительный эффект на общую оценку системы, работающей на фотоэлектрических панелях.

lead-acid-battery-system

Банк свинцово-кислотных батарей (щелкните для увеличения)

Если мы примем продолжительность жизни аккумуляторных батарей за 5 лет вместо 10 и оставим остальные параметры без изменения, объем выбросов парниковых газов увеличивается, соответственно, до 193 и 233 gCO2e/kWh при солнечной инсоляции в  1700 и  1000 киловатт-часов на квадратный метр в год. Для фотоэлектрических систем, подключенных к электросетям, предположение о большей продолжительности жизни солнечных панелей положительно сказывается на оценке системы: энергетические затраты на производство и эксплуатацию системы и объем выбросов CO2 распределяются на более длинный отрезок времени. Для автономных систем этот эффект нивелируется в силу необходимости одной или нескольких замен батарей.

Если мы увеличим ожидаемую продолжительность жизни солнечных панелей с 20 до 30 лет и оставим время жизни батарей равным 10 годам, выбросы CO2e на киловатт-час останутся примерно теми же самыми. Однако, если предположить, что продолжительность жизни батарей только 5 лет, а время жизни солнечных панелей — 30 лет, выбросы парниковых газов возрастут до 206 gCO2e/kWh при солнечной инсоляции в 1700 киловатт-часов на квадратный метр в год и до 232 gCO2e/kWh при инсоляции 1000 киловатт-часов на квадратный метр в год.

Сделано в Китае

В третьих, исследовали предполагали, что все компоненты солнечной станции — фотоэлектрические ячейки, батареи и электроника — сделаны в Испании, хотя мы видим, что производство фотоэлектрических систем в основном переместилось в Китай. Электросети Испании производят в 2,7 раза меньше выбросов парниковых газов (337 gCO2/kWh), чем энергоструктура Китая (900 gCO2e/kWh), что означает, что оценку общего объема выбросов парниковых газов для нашей системы нужно умножить на 2,7. В результате выбросы для нашей системы составят  353 и 471 gCO2e/kWh при солнечной инсоляции в 1700 и 1000 киловатт-часов на квадратный метр в год, соответственно, что выше, чем цифра для испанских электросетей. Если же взять продолжительность жизни батарей за 5 лет вместо 10, выбросы соответственно возрастут до 513 и 631 gCO2e/kWh.

В целом очевидно, что автономная система с свинцово-кислотными аккумуляторами не будет конкурентоспособной, в особенности если ее компоненты изготавливаются в Китае. Это не означает, что такие системы вообще неприменимы: в сравнении с дизельными генераторами автономные фотоэлектрические системы на основе свинцово-кислотных батарей часто являются лучшим выбором для удаленных регионов, не имеющих доступа к централизованным электросетям. Но как альтернатива централизованной инфраструктуре западных стран они имеют мало смысла.

Системы сохранения энергии на основе литий-ионных батарей

Если заменить свинцово-кислотные аккумуляторы на литий-ионные, качество автономных фотоэлектрических систем существенно улучшается. На первый взгляд такая замена может показаться контр-продуктивной, поскольку при расчете на 1 киловатт-час для производства литий-ионной батареи требуется больше энергии, чем для производства свинцово-кислотного аккумулятора. По последним данным, относящимся к производству батарей для электромобилей, для изготовления литий-ионной батареи требуется от 1,4 до 1,87 мегаджоулей на ватт-час [16, 17, 18], в то время как на изготовление свинцово кислотного аккумулятора требуется  от 0,87 до 1,19 мегаджоулей на ватт-час [18, 12].

Bosch-lithium-ion-storage

Литий-ионная аккумулирующая система от Bosch емкостью 6,6 КВт-часов

Несмотря на это, в силу более высокой общей эффективности литий-ионных батарей их требуется гораздо меньше. Для увеличения срока службы свинцово-кислотным аккумуляторам необходима ограниченная глубина разряда. Если такие батареи полностью разряжаются (глубина разряда — 100%) срок их службы сильно сокращается (от 300 до 800 циклов, или примерно от года до двух, в зависимости от химического состава). Срок службы возрастает до 400 или 1000 циклов (1-3 года, если предположить, что происходит 365 циклов в год) при глубине разряда 80% и от 900 до 2000 циклов (2,5 — 5,5 лет) при глубине разряда 33% [18]. Это означает, что для достижения приемлемого срока службы нужно использовать свинцово-кислотные батареи избыточной емкости. Например, при глубине разряда 33 % нужны батареи втрое большей емкости, поскольку две трети емкости не могут быть использованы.

Хотя срок службы литий-ионных батарей тоже уменьшается при глубоком разряде, этот эффект менее выражен, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов. Литий-ионные батареи выдерживают от 3000 до 5000 циклов разряда-заряда при глубине разряда 100% (8-14 лет), от 5000 до 7000 циклов (14-19 лет) при глубине разряда 80% и от 7000 до 10000 циклов (19-27 лет) при глубине разряда в 33% [18]. Как следствие, литий-ионные системы накопления энергии обычно эксплуатируются при глубине разряда 80%, в то время как свинцово-кислотные — при 33% или 50%. Для обсуждавшей выше автономной системы в Испании предположение о необходимости обеспечения работы от батарей в течение 3 дней означает, что требуемая емкость составляет 41 КВт-часа (3 x 13.8 КВт-час в день). При глубине разряда 33% общая требуемая емкость получается умножением этой цифры на три, в результате получим 123 КВт-часа. Если использовать литий-ионные батареи с глубиной разряда 80%, требуемая емкость составит 50 КВт-часов или в 2,5 раза меньше.

Требуется в 6 раз меньше батарей

Чтобы быть до конца честными, нужно упомянуть, что срок службы батарей не обязательно определяется числом циклов заряда-разряда. Если батареи используются при небольшой глубине разряда, срок их службы будет определяется возможностями подзарядки. В этом случае разница между литий-ионными и свинцово-кислотными батареями менее выражена: при отсутствии цикличности (постоянная подзарядка) литий-ионные служат 14-16 лет, а свинцово-кислотные — 8-12 лет. Срок эксплуатации батарей ограничен либо числом циклов разряда, либо сроком службы при подзарядке, в зависимости от того, какое из этих ограничений будет достигнуто раньше [18]. Тем не менее, если мы рассматриваем автономные системы для домовладений, предположение о глубоких циклах разряда более соответствует реалиям.

Если мы также будем учитывать срок службы батарей, преимущество литий-ионных становится еще больше. Если срок службы фотоэлектрических панелей принять равным 20 годам и глубину разряда батарей в 80%, литий-ионные батареи будут служить столько же, сколько панели. С другой стороны, свинцово-кислотные батареи за 20 лет нужно будет поменять по крайней мере 2-4 раза. Это еще больше увеличивает разницу в количестве энергии, потребленной при производстве этих двух видов аккумуляторов [18]. В первоначальном расчете жизненного цикла системы считалось, что общая емкость батарей должна быть примерно равна 240 КВт-часов при сроке службы 20 лет. Но срок службы литий-ионных батарей, рассчитанный из числа циклов перезаряда, составляет 19-27 лет, то есть они в замене не нуждаются. Следовательно, для производства литий-ионных батарей требуемой емкости на весь срок службы потребуется в 6 раз меньше энергии, чем для производства свинцово-кислотных аккумуляторов [19].

E3DC

Литий-ионная система хранения энергии от E3DC. Фото Thomas Salzmann

Если мы примем наиболее оптимистическое предположение о количестве энергии, необходимой при производстве батарей, а именно 0,87 мегаджоулей/ватт-час для свинцово-кислотных батарей и 1,4 мегаджоулей/ватт-час для литий-ионных, и умножим эти значения на требуемую емкость батарей за время службы в 20 лет (248000 ватт-часов для свинцово-кислотных и  42000 ватт-часов для литий-ионных), получим количество потребленной при производстве энергии в 60 мегаватт-часов для свинцово-кислотных аккумуляторов  и только  16,5 мегаватт-часов для литиевых. Таким образом, потребность в энергии при производстве батарей в 3,6 раза ниже для литий-ионных аккумуляторов, чем для свинцово-кислотных.

Другое преимущество литий-ионных батарей состоит в том, что они имеют более высокую отдачу по сравнению со свинцово-кислотными: 85-95% для литий-ионных и 70-85% для свинцово-кислотных. Потери в батареях могут быть компенсированы большим количеством энергии при заряде, более высокой отдачей для небольших массивов батарей, снижением требований к количеству энергии, производимой солнечными ячейками. При анализе жизненного цикла системы, с которой мы начали обсуждение, солнечные панели мощностью 4,2 КВт (площадью 35 кв.м.) должны были производить 13,8 КВт-часов в день. Если предположить, что свинцово-кислотные батареи отдают 77% запасенной энергии, а литий-ионные — 90%, выбор литий-ионных батарей позволит уменьшить мощность массива солнечных ячеек с 4,2 КВт до 3,55 КВт.

Теперь у нас есть все исходные данные для расчета удельного выброса парниковых газов на один киловатт-час энергии, произведенной автономной фотоэлектрической системой, использующей литий-ионные батареи.

Выбросы парниковых газов автономной системой с литий-ионными батареями

В том анализе жизненного цикла солнечной системы, с которого мы начали обсуждение, на батареи и солнечные панели (включая рамы и основание) приходилось 59 и 62 gCO2e/kWh, соответственно. Остальные компоненты добавляли еще 10 gCO2e/kWh, всего в результате получилось 131 gCO2e/kWh. Если мы заменим свинцово-кислотные аккумуляторы на литий-ионные батареи, объем выбросов парниковых газов, определяемый батареями, снизится с 59 до 20 gCO2e/kWh. В силу более высокого коэффициента отдачи литий-ионных батарей выбросы парниковых газов при производстве солнечных панелей упадут с 62 до 55 gCO2e/kWh. Таким образом, общий объем выбросов автономной системы, использующей литий-ионные батареи составит 85 gCO2e/kWh против 131 gCO2e/kWh для такой же системы, использующей свинцово-кислотные аккумуляторы.

Этот результат основывается на предположениях, сделанных исследователями, самые существенные из которых заключаются в том, что солнечная инсоляция составляет 1932 киловатт-часа на кв.м. в год и все инфраструктурные компоненты изготовлены в Испании. Если принять солнечную инсоляцию равной 1700 киловатт-часам на кв.м. в год для того, чтобы иметь возможность сравнивать с другими результатами, общий объем выбросов парниковых газов станет равным 92,5 gCO2e/kWh (в предположении, что емкость батарей останется без изменений). Если солнечную инсоляцию принять равной среднему значению в Германии — 1000 киловатт-часов на кв.м. в год, объем выбросов станет равным 123,5 gCO2e/kWh. Далее, если предположить, что солнечные панели (но не батареи или другие компоненты) производятся в Китае, что наиболее вероятно, выбросы парниковых газов возрастают до 155 и 217 gCO2e/kWh для солнечной инсоляции в 1700 и 1000 киловатт-часов на кв.м. в год, соответственно.

Тестирование литий-ионных батарей

Тестирование литий-ионных батарей

Вывод состоит в том, что системы сохранения энергии на основе литий-ионных батарей делают автономные фотоэлектрические станции более привлекательными по критерию выбросов парниковых газов, чем обычные электрические сети в большинстве западных стран, даже если использованные солнечные панели произведены в Китае. Однако выгода сравнительно не велика, что влияет на скорость, с которой получают распространение солнечные фотоэлектрические системы.

В предыдущей заметке было показано, что экономия энергии и снижение выбросов  CO2, достигаемые за счет массовой установки солнечных фотоэлектрических систем гасятся до некоторой степени потреблением энергии и выбросами CO2 при производстве вновь устанавливаемых емкостей. Для того, чтобы не увеличивались выбросы углекислого газа при росте числа устанавливаемых солнечных систем, скорость этого роста должна быть меньше, чем величина, обратно пропорциональная сроку окупаемости по CO2 [20,21,22].

Автономные солнечные системы, использующие литий-ионные батареи могут обеспечить выбросы парниковых газов на уровне ниже 30 gCO2e/kWh если они производятся в странах с чистыми электросетями и устанавливаются в странах с высоким уровнем инсоляции.

Для солнечных панелей, произведенных в Китае и устанавливаемых в таких странах, как Германия, максимальная скорость устойчивого роста составляет только 16-23% (в зависимости от уровня солнечной инсоляции), что примерно в 3 раза ниже, чем годовой рост промышленности в 2008-2014 годах. Если мы учтем литий-ионные батареи максимальная скорость устойчивого роста снижается до 4-14 %. Другими словами, подключение систем хранения энергии еще больше ограничивает скорость устойчивого роста промышленности фотоэлектрических солнечных станций.

С другой стороны, если производить солнечные панели в странах с очень чистыми электрическими сетями (Франция, Канада и др.) и устанавливать их в странах, где электростанции производят много вредных выбросов, но солнечная инсоляция высока (Китай, Австралия и др.) даже автономные системы с литий-ионными батареями будут будут обеспечивать уровень вредных выбросов только в 26-29 gCO2/kWh, что позволит солнечным фотоэлектрическим системам устойчиво расти почти на 60 % в год. Этот результат очень примечателен и показывает важность размещения производства, если мы хотим, чтобы фотоэлектрические системы были решением, а не проблемой. Конечно, отедльным вопросом является то, достаточно ли имеется лития доступного для  развертывания аккумулирующих мощностей в крупных масштабах.

Производство батарей, получающее энергию из возобновляемых источников?

Для улучшения показателей при производстве накопителей энергии можно организовать производство аккумуляторных батарей на основе использования энергии из возобновляемых источников. Например, Тесла объявила, что ее «ГигаФабрика», которая будет производить литий-ионные батареи для электромобилей и домашнего использования, будет получать энергию из возобновляемых источников [23,24]. В подтверждение своего заявления Тесла опубликовала иллюстрацию, демонстрирующую крышу здания, покрытую солнечными панелями и несколько дюжин ветровых турбин вдали.

Гигафабрика фирмы Тесла

Однако, конечный процесс производства батарей на заводе потребляет только малую часть общего количества энергии в пределах всего производственного цикла — гораздо больше энергии расходуется во время добычи сырья. Заявлено, что ГигаФабрика к 2020 году будет производить батарей суммарной емкостью 50 гигаватт-часов в год. Исходя из того, что производство литий-ионных батарей в расчете на 1 КВт-час требует 400 киловатт-часов энергии [16,17,18], производство батарей общей емкостью 50 ГВт-часов потребует 20000 ГВт-часов энергии в год.

Если предположить, что солнечная инсоляция будет равна  2000 киловатт-часов на квадратный метр в год, а КПД солнечных панелей 15%, один квадратный метр солнечных панелей будет генерировать максимум 295 КВт-часов в год. Это значит, что потребуется развернуть солнечные панели на площади 6800 гектаров чтобы обеспечить производственный процесс только за счет солнечной энергии, в то время как панели на крыше здания имеют площадь только от 1 до 40 га (данные по оценке этой площади пока противоречивы).

Существуют и другие способы повышения показателей солнечных фотоэлектрических станций, использующих системы накопления энергии. Большинство из таких решений основаны на подключении к электросетям, даже если частично используются локальные аккумуляторные массивы. В этих решениях батареи призваны помочь балансировать потребление энергии, действуя как устройства для сглаживания пиков и провалов в нагрузке. Электросети должны удовлетворить пиковые нагрузки, а подключение батарей обеспечивает снижение требований к мощности сетевых электростанций. Децентрализованные, подключенные к электросетям системы накопления энергии могут увеличить долю возобновляемых источников, с которыми работает инфраструктура энергоснабжения. Конечно, проектирование такой «умной сети» должно быть предметом отдельного анализа ее жизненного цикла, с учетом всех электронных компонент.

Kris De Decker (edited by Jenna Collett)

Источники и публикации:

[1] Domestic and overseas manufacturing scenarios of silicon-based photovoltaics: life cycle energy and environmental comparative analysis. Dajun Yue, Fengqi You, Seth B. Darling, in Solar Energy, May 2014

[2] Energy Payback for Energy Systems Ensembles During Growth (PDF), Timothy Gutowski, Stanley Gershwin and Tonio Bounassisi, IEEE, International Symposium on Sustainable Systems and Technologies, Washington D.C., May 16-19, 2010

[3] «Current State of Development of Electricity-Generating Technologies: A Literature Review», Manfred Lenzen, Energies, Volume 3, Issue 3, 2010.

[4] «Storage is the new solar: will batteries and PV create an unstoppable hybrid force?», Stephen Lacey, Greentechmedia, 2015

[5] «Report: Solar Paired with Storage is a ‘Real, Near and Present’ Threat to Utilities», Stephen Lacey, greentechmedia, 2014

[6] «Australia to pilot new power plan», Gregg Borschmann, ABC, May 2014

[7] «SolarCity Launches Energy Storage for Business Using Tesla Battery Packs», Eric Wesoff, greentechmedia, December 2013

[8] «Solar Power & Energy Storage: Policy Factors vs. Improving Economics» (PDF), Morgan Stanley Blue Paper, July 28, 2014

[9] «Tesla announces home battery system», Slashdot, May 1, 2015

[10] «Utilities wage campaign against rooftop solar», Joby Warrick, The Washington Post, March 2015

[11] «Disruptive Challenges: Financial Implications and Strategic Responses to a Changing Retail Electric Business» (PDF), Peter Kind, Energy Infrastructure Advocates, Edison Electric Institute, January 2013

[12] «Life cycle assessment study of a 4.2kWp stand-alone photovoltaic system», R. García, in «solar energy», september 2009.

[13] You could argue that you also need more battery storage, because there is a bigger chance of cloudy days. However, we assume battery capacity to remain the same.

[14] «Optimal Sizing and Life Cycle Assessment of Residential Photovoltaic Energy Systems With Battery Storage», A. Celik, in «Progress in Photovoltaics: Research and Applications», 2008.

[15] «Energy pay-back time of photovoltaic energy systems: present status and prospects», E.A. Alsema, in «Proceedings of the 2nd World Conference and Exhibition on photovoltaics solar energy conversion», July 1998.

[16] «Towards greener and more sustainable batteries for electrical energy storage», D. Larcher and J.M. Tarascon, Nature Chemistry, November 2014

[17] «Application of Life-Cycle Assessment to Nanoscale Technology: Lithium-ion Batteries for Electric Vehicles» (PDF), Environmental Protection Agency (EPA), 2013

[18] «Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements)» (PDF) and «Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies)» (PDF). Energy Conversion and Management 46, 2005.

[19] The lifespan of the lithium-ion battery will probably be closer to 14-16 years (float charge lifespan) because of the shallow cycling assumption in the original LCA. However, since the assumed lifespan of 10 years for the lead-acid batteries is very optimistic, and because deep cycling is more common for household off-grid systems, we assume that no replacement of lithium-ion batteries is needed.

[20] «The climate change mitigation potential of the solar PV industry: a life cycle perspective», Greg Briner, 2009

[21] «Optimizing Greenhouse Gas Mitigation Strategies to Suppress Energy Cannibalism» (PDF). J.M. Pearce. 2nd Climate Change Technology Conference, May 12-15, 2009, Hamilton, Ontario, Canada.

[22] «Towards Real Energy Economics: Energy Policy Driven by Life-Cycle Carbon Emission», R. Kenny, C. Law, J.M. Pearce, Energy Policy 38, pp. 1969-1978, 2010

[23] «Construction of Tesla’s $5B solar-powered Gigafactory in Nevada is progressing nicely», Michael Graham Richard, Treehugger 2014

[24] «Tesla’s $5bn Gigafactory looks even cooler than expected, will create 22,000 jobs», Michael Graham Richard, Treehugger 2015

Наверх