І знову Ілон Маск. Як змінять Землю сонячні міста

Дах потужністю 10 кВт

У жовтні компанія Tesla запустила третю версію своєї сонячної черепиці для використання у житлових будинках. Сонячна черепиця Tesla, що отримала назву Solarglass ("сонячне скло"), це пристрій, що зовні виглядають так само, як звичайна черепиця, але в той час же час працює як справжні сонячні панелі для виробництва електроенергії.

Концепція Solarglass була анонсована трьома роками раніше, в жовтні 2016 р. "В першій і другій версіях ми все ще з'ясовували, як краще могла б працювати нова технологія, - заявив керівник Tesla Ілон Маск. - Третя версія вже нарешті готова до тривалого використання".

Сайт сонячної даху від компанії Tesla дозволяє дізнатися приблизну ціну встановлення цього пристрою. Обійдеться воно в $42,5 тис. для будинку площею 2000 кв. футів (майже 610 кв. м), а його потужність складе 10 кВт. На сайті можуть замовити собі сонячну дах жителі США, Канади і Мексики, а в Європі - бельгійці, данці, іспанці, німці та чехи.

Tesla розраховує, що дах нового типу будуть користуватися попитом при необхідності ремонту даху і при будівництві нового будинку. "Дах з Solarglass не матиме фінансового сенсу лише для тих, у кого вдома встановлена відносно нова дах, - пояснює Маск. - З допомогою нашої нової технології виробництва ми змогли досягти цінової точки, яка нижча, ніж середня вартість даху з встановленими поверх неї сонячними панелями".

Як зазначає Techcrunch, компанії поки ще потрібно провести чимало досліджень і розробок, щоб довести до розуму технологію установки сонячної даху. Над цим Tesla будуть працювати відразу дві команди, причому не спільно, а змагаючись один з одним. До їх складу увійдуть кваліфіковані монтажники, яких найме і навчить сама Tesla. Спочатку перед ними стоятиме завдання скоротити час установки настільки, щоб воно було менше, ніж час установки звичайної черепиці і сонячних панелей поверх неї. Маск додав, що його кінцевою метою є встановлення Solarglass швидше, ніж звичайної черепиці.

Але довгостроковий план полягає не тільки в тому, щоб навчитися встановлювати сонячні дахи швидко, але і в тому, щоб в кінцевому підсумку люди, які отримали досвід та кваліфікацію, змогли навчати сторонніх підрядників - і тим самим нарощувати кількість фахівців, що володіють потрібними навичками. "Ми будемо проводити монтаж настільки швидко, наскільки можливо", - підсумував Маск і уточнив, що протягом "кількох наступних місяців" компанія планує дістатися до 1000 дахів на тиждень".

Гарантія на встановлену дах від Tesla становить 25 років. Сонячна дах забезпечує дому захисне утеплення, витримуючи не тільки дощ, сніг і град, але і вітер швидкістю до 130 миль на годину (приблизно 290 км/ч). Вона виробляє більше енергії, ніж аналогічна за розміром дах, обладнана традиційними сонячними панелями.

Поки що доступний тільки один варіант Solarglass - з обробкою з темного загартованого скла. Однак Маск заявив, що сподівається представляти нові варіанти "кожні шість-дев'ять місяців".

Загальний адресний ринок, який Маск бачить для Solarglass, становить близько 100 млн будинків по всьому світу. Маск підкреслив, що компанія дійсно має намір зробити цей продукт доступним в усьому світі.

Сховище ємкістю 1 ГВт·год

По мірі розвитку "зеленої" енергетики (сонячної і вітряної) ринок починає потребувати нових рішеннях, що дозволяють зберігати електроенергію у великих обсягах. Два роки тому Tesla, фактично на спір, за 100 днів побудувала в Південній Австралії найбільшу в світі літій-іонну батарею енергетичною ємністю 129 МВт·год на базі сховищ енергії Tesla Powerpack. Цей об'єкт заощадив майже $40 млн тільки за перший рік роботи і допоміг стабілізувати і збалансувати ненадійну енергомережу регіону. Але компанія вирішила на цьому не зупинятися і в липні 2019 р. представила нову систему для великомасштабного зберігання енергії. Проект називається Megapack.

Свій шлях в сфері розробок систем зберігання енергії компанія Tesla починала в 2015 р. зі створення і виробництва домашніх батарей Powerwall, що дозволяють зберігати електроенергію, отриману від сонячних панелей на дахах будинків. Для бізнес-орієнтованих рішень трохи пізніше була представлена система Powerpack. Судячи по останньому анонсу, тепер компанія вирішила всерйоз зосередитися на системах зберігання енергії для проектів комунального масштабу.

Tesla повідомляє, що Megapack являє собою систему модульних батарей, розмір яких не перевищує розміру транспортного контейнера. Батареї можуть живитися безпосередньо від сонячних панелей. Енергоємність кожної батареї Megapack становить 3 МВт·год. Це приблизно в 14 разів більше, ніж можливості сховища Powerpack, який здатний зберігати близько 210 КВт·год енергії.

Компанія вказує, що батареї Megapack являють собою повністю готові рішення, оснащені всім додатковим обладнанням, необхідним для зберігання і перерозподілу електроенергії. За повідомленням компанії, основною перевагою батарей Megapack є те, що їх можна об'єднувати в великі сховища енергії, отриманої з екологічно чистих джерел, сумарної енергоємністю до 1 ГВт·год

Як запевняє Tesla, така система займе площу в три акра (1,2 га), а на її монтаж і підключення піде не менше трьох місяців. За оцінками компанії, резервної енергії в обсязі 1 ГВт·год буде достатньо, наприклад, щоб забезпечувати електрикою всі будинки в Сан-Франциско протягом шести годин.

Megapack не є повною заміною звичним електростанціям, але ця система може використовуватися в якості тимчасового резервного джерела енергії під час пікового навантаження і перебоїв в роботі електромереж. Зазвичай в таких випадках використовуються спеціальні пікові електростанції, що працюють на природному газі. Вони вважаються одним з найменш ефективних і найбрудніших, вказує сайт Tesla.

Компанія розробила для Megapack власне програмне забезпечення. Всі батареї в сховище Megapack підключаються до Powerhub - передовий платформі для управління комунальними проектами, а також можуть інтегруватися з Autobidder - платформою машинного навчання Tesla для автоматичної торгівлі енергією.

"Ринок сучасних рішень для зберігання енергії швидко зростає. Тільки за останній рік ми встановили понад 1 ГВт·год глобальної ємності зберігання з нашими поточними продуктами зберігання Powerwall і Powerpack, в результаті чого наш загальний обсяг глобального сховища склав більше 2 ГВт·год накопичувальної ємності. З Megapack цей показник буде рости в геометричній прогресії в найближчі роки", - пообіцяла Tesla.

Вже реалізується перший такий проект. Базується в Сан-Франциско PG&E (Pacific Gas and Electric Company), яка є одним з найбільших постачальників природного газу і електроенергії в США, анонсувала запуск до кінця 2019 р. сховища Megapack в Каліфорнії на узбережжі затоки Монтерей. Воно повинно забезпечувати потужність 182,5 МВт протягом чотирьох годин, тобто його енергоємність складе не менше 730 МВт·год. Запланований термін роботи сховища - 20 років. "Ми вважаємо, що накопичення енергії буде важливим для підвищення загальної надійності енергосистеми, інтеграції відновлюваних джерел енергії та надання допомоги клієнтам в економії енергії та грошей", - підкреслив віце-президент PG&E Рой Куга.

Сонячне опалення

Сьогодні вдома можна автономно опалювати не тільки за допомогою вугільних і газових печей, але і за рахунок сонячної енергії. Причому мова йде не про сонячних батареях, що виробляють електрику для живлення обігрівачів, а про сонячних колекторах, які безпосередньо нагрівають воду, що використовується для опалення будинків. Завдяки ученим з Массачусетського технологічного інституту (МТІ) ці пристрої можуть стати більш дешевими і ефективними і, як наслідок, отримати більш широке поширення.

Робота вчених фінансувалася програмою міністерства енергетики США. Результати описані в журналі ACS Nano.

Співавтор винаходу професор Евелін Ван пояснює, що для ефективного збору сонячного тепла необхідно пристрій, який розігрівалося б усередині, залишаючись холодним зовні. Одним зі способів зробити це є створення вакууму між шаром скла і темним теплопоглощающим матеріалом. Однак такі колектори обходяться занадто дорого. Тому виробники давно шукали альтернативний теплоізолятор.

На цю роль чудово підійшов матеріал, розроблений дослідниками з МТІ. По своїй суті він є прозорим аерогелем. Взагалі-то аерогелі давно використовувалися як високоефективні і надлегкі теплоізоляційні матеріали, але досі вони мали невисоку прозорість для видимого світла. Професор Ван каже, що розробка аерогелю, який би був достатньо прозорим для застосування в сонячних колекторах, була довгим і важким процесом, у якому брали участь кілька дослідників протягом чотирьох років. Але в результаті вийшов аерогель, який пропускає понад 95% надходить сонячного світла, зберігаючи при цьому високі теплоізолюючі властивості.

Колектор з аерогелем був випробуваний на даху кампусу массачусетському технологічному інституті в середині зими, коли температура зовнішнього повітря була нижче 0 º C і показав відмінні результати. Пристрій нагріло підвищення температури матеріал до 220º C. Такі високі температури раніше були досяжні тільки при використанні колекторів з дзеркалами для фокусування сонячного світла на одній точці. Але колектор, винайдений в массачусетському технологічному інституті, не вимагає фокусування світлових променів, що робить його більш простим і менш витратним. Це може потенційно зробити його корисним для широкого спектру застосувань, що вимагають більш високих рівнів нагріву, ніж опалення жител. Великомасштабні версії таких колекторів можуть використовуватися в хімічній, харчовій промисловості та інших виробничих процесах.

Сонячна одяг

Дослідницька команда з Нюрнберга і Ерлангена (Баварія, Німеччина) 11 листопада оголосила про поставленому нею світовий рекорд ефективності перетворення сонячної енергії в електрику за допомогою органічного фотоелектричного модуля. ККД нового модуля складає 12,6% (на площі 26 кв. см), тоді як попередній рекорд становив 9,7%. Досягнутий результат підтверджено незалежною сертифікаційної лабораторії Fraunhofer ISE у Фрайбурзі.

Багатоелементний модуль розроблений на Сонячній фабриці майбутнього в Нюрнберзі, в лабораторії нанесення покриттів з унікальною пілотної лінією для тонкоплівкових фотоелектричних пристроїв, яка була створена за фінансової підтримки міністерства економіки, розвитку та енергетики Баварії. Глава цього міністерства Хуберт Айвангер заявив: "Цей прорив показує, що Баварія не тільки лідирує в просуванні фотоелектричних установок, але і в розробці технологій майбутнього".

Органічні сонячні елементи зазвичай складаються з двох різних компонентів, що володіють необхідними напівпровідниковими властивостями. На відміну від традиційного кремнію, який виробляється в результаті енергоємних процесів плавлення, органічні матеріали можуть наноситися безпосередньо з розчинів на плівку або скло. Гнучкість і легкість органічних фотоелементів (при більш низьких виробничих витратах в порівнянні з кремнієм) розширюють область застосування до мобільних пристроїв і одягу, навіть якщо з енергоефективності вони ще поступаються кремнієвим фотоелементів. Науковий керівник Сонячної фабрики майбутнього професор Крістоф Брабек стверджує, що після показаного рекорду органічні фотоелементи вже готові вийти за межі лабораторних досліджень.

Дві Японії за п'ять років

Міжнародне енергетичне агентство (IEA) 21 жовтня презентувало доповідь, в якому прогнозує, що протягом 2019-2024 рр. потужність установок, видобувних енергію з відновлюваних джерел, зросте на 50%, або на 1200 ГВт, що еквівалентно нинішньої загальної електричної потужності США. Зокрема, потужність сонячної енергетики зросте майже на 700 ГВт, що вдвічі більше загальної потужності Японії.

IEA прогнозує, що в найближчі п'ять років майже половина зростання сонячної енергетики (точніше, 320 ГВт) буде забезпечена не традиційними сонячними електростанціями, а так званими розподіленими фотоелектричними системами, встановленими в будинках, комерційних будинках і промислових об'єктах. Потужність цих систем за п'ять років зросте більш ніж в 2,5 рази і перевищить 500 ГВт.

Найбільшими двигунами буму сонячної енергетики стануть комерційні та промислові підприємства, які захочуть заощадити на рахунках за електроенергію завдяки автономного енергозабезпечення. На їх частку доведеться три чверті потужності нових розподілених фотоелектричних систем. Але і населення внесе вагомий внесок. Кількість будинків із сонячними батареями на дахах збільшиться більш ніж удвічі і досягне приблизно 100 млн до 2024 р., причому найвищий ріст на душу населення очікується в Австралії, Бельгії, Каліфорнії, Нідерландах і Австрії.

Вартість виробництва електроенергії у розподілених фотоелектричних системах вже нижче роздрібних цін на електроенергію в більшості країн. IEA прогнозує, що до 2024 р. ці витрати скоротяться ще на 15-35%, що зробить цю технологію ще більш привабливою і стимулює її впровадження у всьому світі.

"Зелені" замість атомної станції

Влада Японії вирішила перетворити префектури Фукусіма на східному узбережжі острова Хонсю в центр відновлюваної енергетики. Нагадаємо, 11 березня 2011 р. біля східного узбережжя Хонсю стався землетрус магнітудою дев'ять балів; воно спровокувало цунамі, яка затопила морською водою атомну електростанцію "Фукусіма-1" і викликало найстрашнішу ядерну катастрофу після Чорнобиля. Як повідомила 10 листопада 2019 р. токійська газета Nikkei Asian Review, на сільськогосподарських угіддях Фукусіми, які більше не можуть оброблятися, і в гірських районах, звідки продовжується відтік населення, планують побудувати 11 сонячних і 10 вітряних електростанцій, а також лінії електропередач для підключення цих станцій до мережі Tokyo Electric Power Co, по якій генерується енергія буде доставлятися в Токіо.

Проект має бути реалізований до березня 2024 р. Його вартість складе 300 млрд ієн, або $2,75 млрд. Державний банк розвитку Японії та приватний кредитор Mizuho Bank входять в групу фінансистів, які підготували кредитну лінію для покриття частини вартості будівництва.

АЕС "Фукусіма-1" мала потужність майже 4700 МВт. Після аварії почалося інтенсивне освоєння поновлюваних джерел енергії на території префектури, включаючи енергію сонця, вітру, води, біомаси та геотермальну енергію. У 2012 р. потужність "зеленої" енергетики на Фукусімі склала 400 МВт, в 2016-му - вже 1000 МВт, в 2018-му - майже 1500 МВт (з них 836 МВт забезпечили сонячні електростанції), або близько 40% всього енергоспоживання префектури. Очікувана потужність 21 нової станції оцінюється приблизно в 600 МВт. Влада Фукусіми поставили за мету забезпечити до 2040 р. енергопостачання префектури на 100% з відновлюваних джерел.