Слънчева енергия и PV панели

Въведение

Слънцето излъчва енергия приблизително с 1.37 киловата мощност върху един квадратен метър земна площ. Тъй като част от тази енергия се отразява от атмосферата и се разпръсва неравномерно, общоприето е да се счита, че един квадратен метър земна повърхност получава около 1000 Вата енергия в слънчев ден. Това е и стандарта за измерване на максиималната мощност на PV панелите - тези, на които напоследък се отдава най-голямо значение за получаване на ток директно от слънцето. Фотоволтаичните (PV) панели превръщат направо слъчевата светлина в ток. Събирайки произволен брой панели на едно място, може да изградим фотоволтаична електроцентрала - ФЕЦ, с произволна мощност.

В България и Гърция може да се видят често и други панели - тези, които акумулират слънчевите лъчи в топлина и на чийто принцип са се къпали още дедите ни със слънчева вода. Макар и доста усъвършенстван, техния модел е показал неефективност в САЩ и повечето северни европейски страни. Енергията от тях трябва да се изконсумира обикновено в къщи и е трудно да я предложите дори на съседа си. Чрез подгряване на вода от слънцето и получаване на ток от парата, работят и някои соларни топлоцентрали. При тях огромен брой следящи слънцето огледала нагряват водата в една точка или в тръби минаващи покрай огледалата. Те се явяват по-сериозна алтернатива на фотоволтаичните центарали, тъй като себестойността на тока от тях е сведена вече до 12 евроцента/kWh и могат да работят и на гориво, при което гарантират мощност по всяко време. Освен това има реализации, при които парата се съхранява в контейнери, и електроцентралата може да работи цял час, след скриване на слънцето. Соларните топлоцентрали работят обаче само с директна слънчева радиация, докато фотоволтаичните могат да работят и с дифузна. Това ги прави ефективни само в много горещи райони на света и за сега такива има изградени няколко в някои южни и пустинни части на САЩ и една в южна Испания. Счита се, че и поради по-малкия интерес, цената на тока от тях ще остане по-висока в даден момент от цената при ФЕЦ.

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. Изчислено е, че световното електропроизводство в момента може да се генерира от PV панели с площ близка до тази на територията на България.

Изглежда много примамливо, но първия 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. от 40% при лабораторни условия с тях, но практическата им реализация не се вижда скоро поради високата им цена.

PV панели с монокристален и поликристален силикон се използават от 1958 в НАСА. Монокристалните усвояват малко повече светлина с около 15% к.п.д., но пък поликристалните са малко по-евтини. През 1999г. BP Solar разработва "thin" технологията, при която намаляват дебелината на силициевия слой към 100 пъти, което намалява значително и цената. Тънкослойните панели обаче имат и по-ниско к.п.д., както и доста по-кратък срок на годност, при което те остават за сега просто един също така скъп конкурентноспособен вариант. Тяхната цена е около 2-3 евро/Wp, при 3-4 евро/Wp за моно и поликристалните панели. Фотоволтаичните централи биха били ефективни обаче при цени едва под 1 евро/Wp. Също така, един ефективен завод за PV панели се строи са поне 100 милиона долара, което е по силите само на големи държави и корпорации. За малките фирми остава възможността да си купуват скъпият полупроводников панел от тях на монополни цени и да го влагат в различни форми и устройства, да ги продават и внедряват, добавяйки някакъв ограничен процент към цената им.

Освен цената, слънчевата енергия има обаче и някои "луксозни" качества. Спрямо вятърната например, тя е напълно безшумна и панелите могат да се монтират по покриви или дори да изпълняват ролята на покриви, като не заемат място, не се виждат и не загрозняват. При много силно слънце и бучащи климатици, когато потреблението е най-високо, по-високо и от това при най-студени дни - PV панелите работят при високо к.п.д. Фотоволтаичните централи - ФЕЦ, могат да се инсталират до мястото на потреблението, като се избягват скъпи подстанции и далекопроводи, както и загуби от пренос. Един ФЕЦ може да допринесе за природата не само с това, че не пуши, но и с това че в полупустинна местност след години под панелите може да поникне растителност и възникне дори живот. Това е и най-неизчерпаемата енергия - дори ядреното гориво е разчетено докога може да ни захранва. Съществуват и възможности за строеж на ФЕЦ в космоса, за което НАСА вече е заявила, че е готова с икономически разчет, при което генерирането на ток би било непрекъснато. Единствено генерацията на PV ток е ефективна при най-различна мощност - за части от вата, в устройства като калкулатори, до мегавати при електростанции. Вече се произвеждат много оригинални устройства, като полето в тази област за идеи и развитие е необозримо. Популярни у нас станаха вече лампите за градината, до които не е необходимо да прекарвате захранване и дори може да си ги местите всеки ден. Те поемат слънчева енергия денем и светят вечер. Ще споменем също хладилните чанти с PV панел на капака, от които на плажа може да извадите най-студена бира, при най-горещото слънце. Произвеждат се помпи, които вадят студена вода от дълбоко, далеч от преносната мрежа, които са безшумни и не миришат на каквото и да е. Произвеждат се и специални PV клетки за специфични устройства, например гъвкави които се навиват на руло за в раницата, или прозрачни за прозореца, които хем затъмняват слънцето, хем захранват климатика. Има дори клетки, макар и с ниско к.п.д., които работят нощем с инфрачервени лъчи. От финансова гледна точка обаче практични са все още мало устройства - зарядните за акумулатори, LED реклами за които захранването не е критично, устройства които са много далеч от мрежата и т.н.

По цени на ДКВЕР, за 2008г. цената на електрическата енергия, произведена от фотоволтаични централи е 782 лв./МВтч за централи с мощност под 5кВт и 718 лв./МВтч за централи с мощност над 5кВт. Цената на вятърната енергия е само 156 лв./МВтч. Колкото и да обвиняваме ДКВЕР, че цените им не са пазарни, а просто измислени, вижда се че това остава една "луксозна" електроенергия и за ефективно промишлено производство трябва да се очаква спад в цените й поне 3-4 пъти.

При това положение, изниква въпросът защо светът вече пръска милиарди за дотиране на фотоволтаични централи, а просто не изчака да падне цената им. Нека тръгнем от там, че светът и за чиста наука пръска милиарди, знаейки че те няма да се върнат лесно и няма да е утре. Явно, че целта на огромните дотации за PV панелите е също стратегическа. Това е възможно най-екологичната и най-неизчерпаемата енергия. Нефтът едва ли ще стигне и до 2050 година, азиатските икономики като Китай са повишили потреблението на енергия само за 10-20 години три пъти. Страните богати на енергоносители като Русия и тези от Близкия изток се оказват твърде неблагонадеждни партньори. Дотациите на фотоволтаични централи неминуемо ще ускори спада на цените им. Освен това спада само с примерно 20% от потреблението на нефт, може да свали 2 пъти цената му. Нека си спомним, как разработката на нефтени находища в Северно море свали драстично цените на нефта. Много отдавна, при първата разработка на слънчева централа от французите, която е нямала съществена мощност, англичаните са свалили драстично цената на въглищата.