Слънчева енергия и PV панели

Въведение



Съществуват няколко начина за директно оползотворяване на енергията от слънцето, но напоследък за най-перспективен начин се счита получаването на ток, директно от слъчевата светлина чрез фотоволтаични (PV) панели. Събирайки произволен брой панели на едно място, може да изградим фотоволтаична електроцентрала - ФЕЦ, с произволна мощност до няколко гигавата. Вече и в България ФЕЦ с мощности над 1 мегават не са рядкост.

Критиците на ФЕЦ посочват три основни аргумента против тях, а именно че:
  • цената им няма да стане скоро приемлива
  • заемат много площ
  • не могат да поддържат постояна мощност, в зависимост от потреблението


  • Към тези аргументи, може да се добавят и някои, като това че за производството на панелите се харчело повече ток от колкото те можели да произведат, използвали се много токсични химикали и т.н., но те може да бъдат определени повече като злонамерени слухове или конспиративни теории и нямат реална основа да ги определяме изобщо като проблеми.

    От изброените три проблема вероятно за преминаване на цялото световно електропроизводство на фотоволтаици най-сериозен е третият проблем, поради което до решаване на въпроса за складиране на големи количестава енергия, производството на ток от ФЕЦ едва ли може да надмине примерно 30%.


    Слънцето излъчва средно енергия с 1.37 киловата мощност върху един квадратен метър земна площ. Тъй като част от тази енергия се отразява от атмосферата и се разпръсква неравномерно, общоприето е да се счита, че един квадратен метър земна повърхност получава около 1000 Вата енергия в слънчев ден. Прието е мощността на PV панелите да се измерва при такава слънчева радиация и да се означава като "пикова мощност" в kWp или MWp.

    Нека отбележим, че 1000 Вата на м2 е много енергия. Един котлон на готварска печка или цяла отоплителна печка консумират обикновено 2000 Вата. Това означава, че в едно домакинство, дори и в пиковите моменти рядко се използва енергия, повече от тази която слънцето хвърля върху един голям прозорец. Изглежда много примамливо, но първият голям проблем при усвояването на тази енергия е, че голяма част от нея, особено с къса дължина на вълната в ултра червения спектър не може да се прихване. Експериментира се с някои панели с много слоеве, като всеки слой прихваща енергия с различна дължина на вълната. Достигнато е дори к.п.д. (ефективност) от 45,7% при лабораторни условия с тях, но практическата им реализация не се вижда скоро поради високата им цена.

    При изграждането на ФЕЦ за разлика от изграждането на ТЕЦ постигането на по-високо к.п.д. в момента не е приоритет, тъй като горивото (слънчевата радиация) е напълно безплатно. По-високото к.п.д. може да се намали само необходимата площ и окабеляването. Те влияят на цента на произвеждания ток, но сравнително малко. В най-голяма степен цената на тока от ФЕЦ зависи все още от цената на панелите, която е около 50% цената на цялата инсталация и наличното годишно слънцегреене. За България средната му стойност е такава, че ако изградим ФЕЦ, чиито панели имат сумарна мощност 1MWp, най-вероятно ще произведем около 1250 МВч ток за една година. При 8766 часа в годината, 1MWp би могъл да произведе теоретично максимално 8766МВч ток или за България така наречения "capacity factor" определящ какъв капацитет има една електроцентрала да произвежда ток спрямо максималната си мощност е 1250/8766 *100 = 14.3%

    Много хора у нас считат все още, че цената на тока от ФЕЦ е над 500лв/МВч. Защо в България се изградиха много излишни мощности на ФЕЦ, особено през първата половина на 2012г и се подписаха за тях цена за изкупуване от 485 лв/МВтч за 20 години напред може би е въпрос към прокуратурата и материал за политически препирни. У нас вече има изградени 1040MWp ФЕЦ, които могат да произвеждат 2.8% от годишното ни производство на ток, което е 42ГВч. От тези мощности, 754MWp са свързани само през 2012г., а 440MWp от тях са свързани само през месец юни, преди цената на тока в подписваните дългосрочни договори да падне над два пъти.

    Цената на поликристалните и дори монокристалните панели в големи пристанища на Европа е паднала вече под 0.50 EUR/Wp, като разходите на завършен ФЕЦ, без тези за земята вече е около 700 евро за МВ. Само преди 5 години цената на панелите беше около 3-4 евро/Wp, а днешните цени изглеждаха фантастика.

    В някои слънчеви страни, дори и в Европа ФЕЦ не се нуждаят вече и от дотации. В Испания фирмата Gehrlicher Solar планира да пусне до 2015г за 250 милиона евро до границата с Португалия ФЕЦ 250MWp, който да дава 400,000 МВтч на година и ценатa на тока да е на пазарни цени, без каквато и да е дотация. ФЕЦ-ът ще заема площ 750 хектара (7500 дка) и ще произвежда 1600 МВтч на 1 MWp мощност.

    В България годишното слънцегреене е доста по-малко, като 1MWp мощност от ФЕЦ осигурява средно 1250 МВтч годишно. Лесно може да се сметне, че при цена примерно от 700 EUR/KWp, лихва 7% и цена на тока от 7 цента/КВч у нас един нов ФЕЦ в момента може да се изплати за 12 години. За точно пресмятане може да се използва всеки от безбройните калкулатори за изплащане на заеми на интернет. Реалният период на възвращаемост може да се намали значително както с намиране на по-изгодна лихва, така и на по-евтини панели и намаляването на разходите им за инсталация и поддръжка. Тъй като намирането на ниски лихви за ФЕЦ и евтина земя за тях обикновено не е проблем се счита, че на нашите географски ширини себестойността на тока от новопостроени ФЕЦ през 2016г е около 6 евроцента/КВч.

    Във Фарнция която е на нашата географска ширина до 30 юни 2016г. за ток от наземни фотоволтаични централи с мощност до 12MW е определена вече цена от €58/МВч = 114лв/МВч, a в Германия която има много по-малко слънцегреене от нас търговете за ФЕЦ се печелят при цени под €86/МВч или 168лв/МВч. С малко закъснение, след като хората бяха вече ограбени, вече и в България цените са почти както във Франция, съобразени с цените на панелите и годишното слънцегреене у нас.

    През април 2016г на търг в Дубай е достигната цена от $30/МВч! Това е над 4 пъти по-ниска цена от тази на която могат да генерират ток най-новите ядрени реактори.

    ФЕЦ съвсем не заемат много място, противно на мнението на повечето хора. Изчислено, е че за да се произвежда днешния ток в света са необходими ФЕЦ заемащи не повече от 1.5% от сушата, което е не повече от територията на България. ФЕЦ с мощност 1МВ заема между 25 и 35дка, като по-новите заемат и по-малко. Токът от 42ТВч годишно производство на ток у нас, следователно би могъл да се произведе от ФЕЦ с плош (42000000МВ/ 1250МВ) * 0.025км2 = 840 квадратни километра, което е 0.76% от площта на България. Тази площ разбира се не е необходимо да е върху плодородна земя, а може да е върху покриви, изоставени мини, пустеещи и труднодостъпни земи и т.н. Едва ли и скоро 100% от тока би се произвеждал от ФЕЦ така че проблемът с площта се преувелиава твърде често от съвсем незапознати хора. Просто не бива да се разрешава на инвеститорите на ФЕЦ да ги разполагат върху плодородна земя, за да си спестят някой и друг лев.

    През 2015г в Европа са произведени реални 94,524 ГВч ток от ФЕЦ. За 2015г АЕЦ Козлодуй е произвел 14,305 ГВч ток, или Европа е произвела за 2015г от ФЕЦ ток 6.6 пъти повече ток отколкото АЕЦ Козлодуй или колкото 13 ядрени реактора - хилядника. При това, това е само началото за фотоволтаичните централи които вече могат да се похвалят с атрактивна цена на тока, както и с удължен живот и по-добро оползотворяване на слънчевата радиация.