वे हबेरा पर सौर ऊर्जा पसंद करते हैं: यहां Google सौर ऊर्जा संयंत्रों ( 1 2 3 4 5 6 ) का निर्माण कर रहा है, यहां जर्मनी ने एक बार सौर ऊर्जा संयंत्रों में वर्तमान ऊर्जा खपत का एक तिहाई उत्पन्न किया था ...

टिप्पणियाँ 2 श्रेणियों में विभाजित हैं: "ठीक है, हम केवल तेल जलाते हैं" और " EROEI ! सौर पैनलों के उत्पादन से उन्हें अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है!"।

एक अभिमानी पाठक शायद सोचेंगे: उत्पादन के लिए यह आवश्यक से कम उत्पादन कैसे करता है? उन्होंने उन्हें स्थापित किया - वे काम करते हैं, वे दलिया नहीं मांगते हैं, 10 साल, 50 साल, 100 साल - इसका मतलब है कि उत्पादित कुल ऊर्जा अनंत के बराबर है, और उन्हें निर्माण की किसी भी कीमत पर लाभदायक होना चाहिए ...

सब कुछ वास्तव में पसंद है, सौर पीढ़ी के लिए क्या दृष्टिकोण हैं, जो सौर कोशिकाओं की दक्षता को सीमित करता है, क्या सरल विचार पहले से ही लागू किए गए हैं और क्यों सौर ऊर्जा किसी भी तरह दुनिया को सक्रिय रूप से कब्जा नहीं करती है - कटौती के तहत।

सूर्य से हमें कितनी ऊर्जा मिलती है?

सूर्य से प्रत्येक वर्ग मीटर के लिए 1367 वाट ऊर्जा (सौर स्थिर) आती है। लगभग 1020 वाट (भूमध्य रेखा पर) वायुमंडल के माध्यम से पृथ्वी तक पहुँचता है। अगर हमारे पास सोलर सेल की दक्षता 16% है, तो एक वर्ग मीटर से हम सबसे अधिक 163.2 वाट बिजली प्राप्त कर सकते हैं। लेकिन हमारे पास मौसम है, सूरज अपने आंचल में नहीं है, कभी-कभी रात होती है (अलग-अलग अवधि की) - इस की गणना कैसे करें?

वार्षिक पृथक्करण खाते में यह सब लेता है, जिसमें सौर बैटरी की स्थापना (पृथ्वी के समानांतर, एक इष्टतम कोण पर, सूर्य को ट्रैक करना) शामिल है और हमें यह समझ में आता है कि प्रति वर्ष औसतन कितना बिजली उत्पन्न हो सकती है (kW * h / ^{2 2 में} , छोड़कर। सौर दक्षता):

शहर / स्थापना प्रकार	क्षैतिज	एक इष्टतम कोण पर	सन ट्रैकिंग
आस्ट्राखान	1371	1593	2200
व्लादिवोस्तोक	1289	1681	2146
मास्को	1020	1173	1514
सोची	1365	1571	2129

यानी हम देखते हैं कि अगर हम 1 किमी ² सौर पैनल लेते हैं, तो इसे मास्को (40.0 °) में इष्टतम कोण पर सेट करें, फिर एक साल में हम 1173 * 0.16 = 187.6 GW * h उत्पन्न कर पाएंगे। प्रति kWh 3 रूबल की कीमत पर, उत्पन्न ऊर्जा की _conditional_ लागत 561 मिलियन रूबल होगी। सशर्त क्यों - नीचे का पता लगाएं।

सूर्य से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए मुख्य दृष्टिकोण

सौर तापीय उत्सर्जन
घुमाए गए दर्पण का विशाल क्षेत्र सूर्य को सौर कलेक्टर को दर्शाता है, जहां स्टर्लिंग इंजन द्वारा गर्मी को बिजली में परिवर्तित किया जाता है , या पानी को गर्म करके, और फिर थर्मल पावर प्लांट के रूप में साधारण भाप टर्बाइन। दक्षता - 20-30%।


एक रैखिक परवलयिक दर्पण के साथ एक विकल्प भी है (आपको केवल एक अक्ष के चारों ओर घूमने की आवश्यकता है):


प्रश्न का मूल्य क्या है? अगर आप इवानपाह पावर प्लांट (392 मेगावाट) को देखते हैं, जिसमें Google ने अप्रत्यक्ष रूप से निवेश किया था, तो इसके निर्माण की लागत $ 2.2 बिलियन थी, या 5612 डॉलर प्रति किलोवाट स्थापित क्षमता थी। विकिपीडिया भी खुशी से कहता है कि यद्यपि यह कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों की तुलना में अधिक महंगा है, यह परमाणु वाले की तुलना में सस्ता है।

हालांकि, कुछ बारीकियां हैं - परमाणु ऊर्जा संयंत्र में स्थापित क्षमता का 1 किलोवाट वास्तव में $ 2000-4000 (जो निर्माण कर रहा है) के आधार पर खर्च होता है, अर्थात्। इवानपाह वास्तव में पहले से ही परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में अधिक महंगा निकला। फिर, यदि आप बिजली उत्पादन के वार्षिक अनुमान - 1079 GW * h को देखते हैं, और इसे प्रति वर्ष घंटों की संख्या से विभाजित करते हैं, तो औसत वार्षिक क्षमता 123.1 MW है (आखिरकार, हम केवल दोपहर में स्टेशन उत्पन्न करते हैं)।

यह "औसत" निर्माण लागत $ 17,871 / kW तक लाता है, जो न केवल महंगा है, बल्कि काल्पनिक रूप से महंगा है। संभवतः अंतरिक्ष में केवल बिजली ही बिजली पैदा कर सकती है। पारंपरिक गैस से चलने वाले बिजलीघरों की लागत $ 500-1000 / kW, अर्थात 18-36 गुना सस्ता , और हमेशा काम करते हैं, और भाग्यशाली नहीं।

और अंतिम - बैटरी निर्माण लागत में सामान्य रूप से शामिल नहीं हैं। यदि आप बैटरी (उनके नीचे) जोड़ते हैं या पंप किए गए स्टोरेज पावर स्टेशन का निर्माण करते हैं, तो लागत छत के माध्यम से निकलेगी।

सौर ताप बिजली संयंत्रों के पास प्रति दिन बड़ी मात्रा में शीतलक का उपयोग करके, घड़ी के चारों ओर बिजली उत्पन्न करने का अवसर है। ऐसे स्टेशन भी मौजूद हैं, लेकिन वे अपनी लागत को लिखने की कोशिश नहीं करते हैं, जाहिर है कि किसी को डराने के लिए नहीं।

सेमीकंडक्टर फोटोकल्स (फोटोवोल्टिक्स, पीवी) - विचार बहुत सरल है, एक बड़े क्षेत्र अर्धचालक डायोड लें। जब पीएन जंक्शन में प्रकाश की एक मात्रा उड़ती है, तो एक इलेक्ट्रॉन-छेद युग्म उत्पन्न होता है जो इस डायोड के टर्मिनलों (एक सिलिकॉन फोटोकेल के लिए लगभग 0.5 वी) के पार एक वोल्टेज ड्रॉप बनाता है।

सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की दक्षता लगभग 16% है। इतना कम क्यों?

इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी के गठन के लिए एक निश्चित ऊर्जा की आवश्यकता होती है, न अधिक और न कम। यदि प्रकाश की एक मात्रा आवश्यक से कम ऊर्जा के साथ आती है, तो यह एक जोड़ी की उत्पत्ति का कारण नहीं बन सकती है, और कांच की तरह सिलिकॉन से गुजरती है (क्योंकि सिलिकॉन 1.2 माइक्रोन से परे अवरक्त प्रकाश के लिए पारदर्शी है)। यदि प्रकाश की एक मात्रा आवश्यक (हरी बत्ती और कम) से अधिक ऊर्जा के साथ आती है - एक युगल उत्पन्न होता है, लेकिन अतिरिक्त ऊर्जा खो जाती है। यदि ऊर्जा और भी अधिक (नीली और पराबैंगनी प्रकाश) है, तो क्वांटम के पास बस जंक्शन की गहराई तक पहुंचने का समय नहीं हो सकता है।

इसके अलावा, प्रकाश सतह को प्रतिबिंबित कर सकता है - इससे बचने के लिए, सतह पर एक विरोधी चिंतनशील कोटिंग लागू की जाती है (फोटो लेंस में लेंस के रूप में), और कंघी के रूप में सतह में बनाया जा सकता है (फिर पहले प्रतिबिंब के बाद प्रकाश में एक और मौका होगा)।

आप कई अलग-अलग फोटोकल्स (अन्य अर्धचालकों के आधार पर, और एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी बनाने के लिए आवश्यक एक अलग ऊर्जा के साथ) को जोड़कर फोटोकॉल्स के लिए 16% से ऊपर की दक्षता बढ़ा सकते हैं - पहले हम नीले प्रकाश को कुशलतापूर्वक अवशोषित करते हैं, और हरे, लाल और आईआर संचारित करते हैं , फिर हरा, और अंत में लाल और आईआर। यह ऐसे 3-चरणीय तत्वों पर है जो 44% और उच्चतर के प्रदर्शन संकेतक रिकॉर्ड करते हैं ।

दुर्भाग्य से, 3-चरण फोटोकल्स बहुत महंगे हैं, और अब साधारण सस्ते एकल-चरण सिलिकॉन फोटोकल्स गेंद पर शासन करते हैं - यह बहुत कम कीमत के कारण है कि वे वाट / $ के संदर्भ में आगे खींचे जाते हैं, चीन में विशाल प्रस्तुतियों की शुरूआत के साथ सिलिकॉन वाटिका के लिए एक वाट की लागत गिर गई है। ~ 0.5 $ / Watt (यानी $ 500 के लिए आप प्रति 1000 वाट पर सौर सेल खरीद सकते हैं)।

सिलिकॉन तत्वों के मुख्य प्रकार मोनोक्रिस्टलाइन (अधिक महंगे, थोड़ी अधिक दक्षता) और पॉलीक्रिस्टलाइन (निर्माण करने के लिए सस्ता, शाब्दिक रूप से 1% कम दक्षता) हैं। यह पॉलीक्रिस्टलाइन सौर पैनल है जो अब उत्पन्न शक्ति के 1 वाट की सबसे कम लागत देता है।

समस्याओं में से - सौर पैनल शाश्वत नहीं हैं। यहां तक ​​कि अगर धूल और गंदगी को ध्यान में नहीं रखा जाता है (हम बारिश और हवा की उम्मीद करते हैं), ऑपरेशन के 20 वर्षों में फोटोडेग्रेडेशन के कारण, सबसे अच्छे सिलिकॉन तत्व अपनी शक्ति का ~ 15% खो देते हैं। शायद आगे गिरावट कम हो जाती है, लेकिन इसे अभी भी ध्यान में रखना होगा।

आर्थिक दक्षता बढ़ाने के मुख्य प्रयासों पर एक नज़र डालते हैं:

और चलो एक छोटे उच्च प्रदर्शन फोटोकेल और एक परवलयिक दर्पण लेते हैं
इसे केंद्रित फोटोवोल्टिक कहा जाता है। सिद्धांत में विचार बुरा नहीं है - एक दर्पण सौर बैटरी की तुलना में सस्ता है, और दक्षता 40% हो सकती है और 16 नहीं ... एकमात्र समस्या यह है कि अब हमें सूरज को ट्रैक करने के लिए (अविश्वसनीय) यांत्रिकी की आवश्यकता है, और हमारी विशाल कुंडा प्लेट काफी मजबूत होनी चाहिए। हवा के झोंकों का विरोध करने के लिए। एक और समस्या - जब सूरज बहुत घने बादलों के पीछे सेट होता है - ऊर्जा उत्पादन शून्य हो जाता है, क्योंकि एक परवलयिक दर्पण विसरित प्रकाश (पारंपरिक सौर पैनल में, आउटपुट, निश्चित रूप से, बूँदें, लेकिन 0 से नहीं) पर ध्यान केंद्रित नहीं कर सकता है।

सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए कीमतों में गिरावट के साथ, यह दृष्टिकोण बहुत महंगा साबित हुआ (स्थापना लागत और रखरखाव दोनों के संदर्भ में)

और चलो सौर कोशिकाओं को गोल करें, उन्हें छत पर रखें, और छत को सफेद रंग दें
यह अब कुख्यात सोलींड्रा कंपनी द्वारा किया गया था, जिसने बराक ओबामा की फाइलिंग के साथ अमेरिकी ऊर्जा विभाग से $ 535 मिलियन के ऋण पर राज्य की गारंटी प्राप्त की ... और अचानक दिवालिया घोषित कर दिया। कांच के ट्यूबों पर अर्धचालक (उनके मामले में, कॉपर इंडियम गैलियम (डीआई) सेलेनाइड) की एक परत को स्पंदन करके गोल सौर पैनल बनाए गए थे। सौर पैनलों की दक्षता 8.5% थी (हाँ, यह सरल और सस्ते सिलिकॉन से भी बदतर निकला)।

अमेरिकी पूँजीवाद किस तरह से लॉबिंग के साथ है, इसका एक ज्वलंत उदाहरण जड़त्वीय संसाधनों को मौलिक रूप से अक्षम प्रौद्योगिकियों में पंप करने में सक्षम है। काम के परिणामस्वरूप, किसी को कैद नहीं किया गया था।

रात के खाने के लिए सड़क चम्मच

अब प्रौद्योगिकी के निरंतर सुधार के इस दंगे के बाद, हम इतिहास का एक दुखद पृष्ठ खोलते हैं। सौर ऊर्जा संयंत्र दिन के दौरान बिजली उत्पन्न करते हैं, और शाम को इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है:

इसका मतलब है कि अगर हमारे पास बैटरी नहीं है, तब भी हमें शाम की खपत के लिए बिजली संयंत्र बनाने होंगे, और दोपहर में, कुछ को बंद कर दिया जाना चाहिए और कुछ गर्म रिजर्व में होना चाहिए, ताकि अगर बादल सौर ऊर्जा स्टेशन के ऊपर इकट्ठा होते हैं, तो वे तुरंत गिरे हुए सौर पीढ़ी की जगह लेंगे।

यह पता चला है कि अगर हम सौर ऊर्जा संयंत्रों से बिजली खरीदने के लिए उन्हें सामान्य कीमत पर खरीदते हैं, जब यह उनसे उत्पन्न होता है, तो हम वास्तव में मौजूदा शास्त्रीय उत्पादन क्षमताओं से लाभ का पुनर्वितरण करेंगे, जो दिन के दौरान सौर ऊर्जा के पक्ष में आरक्षित स्थिति में बेकार खड़े होने के लिए मजबूर हैं।

इस तरह के एक दिलचस्प विकल्प है - अगर कहीं शाम की चोटी की खपत - कहीं पृथ्वी पर दिन की ऊंचाई है। क्या वहां सौर ऊर्जा स्टेशन का निर्माण कर सकते हैं, और बिजली लाइनों के माध्यम से बिजली पहुंचा सकते हैं? यह संभव है, लेकिन इसमें लगभग 5-8 हजार किमी की दूरी पर ऊर्जा हस्तांतरण की आवश्यकता होती है, जिसमें बड़ी पूंजीगत लागत (कम से कम जब तक हम सुपरकंडक्टर्स पर स्विच नहीं किए जाते हैं) और देशों के एक समूह के साथ समन्वय की आवश्यकता होती है। डेजर्टेक परियोजना लगभग इसी दिशा में विकसित हो रही थी - अफ्रीका में पीढ़ी, यूरोप में स्थानांतरण।

बैटरियों

तो, एक 1W सौर बैटरी की लागत $ 0.5 है। एक दिन के लिए, यह, 8Wh बिजली (8 धूप ​​घंटे में) उत्पन्न करेगा। हम शाम तक इस ऊर्जा को कैसे बचाते हैं जब इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होगी?

चीनी लिथियम बैटरी की लागत क्रमशः 0.4 डॉलर प्रति Wh * h है, क्रमशः 1 W सौर बैटरी ($ 0.5 की कीमत पर) के लिए हमें $ 3.2 के लिए बैटरी की आवश्यकता होती है, अर्थात। बैटरी सौर बैटरी की तुलना में 6 गुना अधिक महंगी है! इसके अलावा, यह ध्यान में रखना होगा कि 1000-2000 चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के बाद, बैटरी को बदलना होगा, और यह केवल 3-6 साल की सेवा है। क्या बैटरी सस्ती खा सकते हैं?

सबसे सस्ते हैं सीसा-एसिड (जो स्वाभाविक रूप से "ग्रीन" से बहुत दूर हैं), उनकी थोक कीमत क्रमशः $ 0.08 प्रति एच * है, दैनिक उत्पादन को बचाने के लिए हमें $ 0.64 पर बैटरी की आवश्यकता होती है, जो कि फिर से सौर पैनलों की लागत से अधिक है। लीड बैटरी भी इस मोड में 3-6 साल की सेवा में जल्दी से मर जाती हैं। खैर, मिठाई के लिए - लीड-एसिड बैटरी की दक्षता 75% है (यानी, एक चौथाई ऊर्जा चार्ज-डिस्चार्ज चक्र में खो जाती है)।

पंप किए गए भंडारण बिजली संयंत्रों के साथ एक विकल्प भी है (दिन के दौरान हम पंप के साथ पानी "ऊपर" पंप करते हैं, रात में हम एक नियमित पनबिजली स्टेशन की तरह काम करते हैं) - लेकिन उनका निर्माण भी महंगा है और हमेशा संभव नहीं है (दक्षता - 90% तक)।

इस तथ्य के कारण कि बैटरी सौर ऊर्जा संयंत्र की तुलना में अधिक महंगे हैं, उन्हें बड़े बिजली संयंत्रों के लिए प्रदान नहीं किया जाता है, वितरण नेटवर्क को बिजली बेचते हैं जैसे ही वे उत्पन्न होते हैं, रात और शाम को सामान्य बिजली संयंत्रों पर निर्भर होते हैं।

अनियमित सौर पीढ़ी के लिए उचित मूल्य क्या है?

उदाहरण के लिए, जर्मनी को लें, सौर ऊर्जा के विकास में एक नेता के रूप में। सौर ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उत्पन्न हर किलोवाट को 12.08-17.45 यूरो प्रति किलोवाट पर खरीदा जाता है, भले ही वे दैनिक न्यूनतम उपभोग में उत्पन्न होते हों। इसके साथ वे सभी हासिल करते हैं रूसी गैस की बचत, क्योंकि गैस पावर प्लांट अभी भी बनाए जाने चाहिए और एक गर्म रिज़र्व में होने चाहिए (और उनके अन्य सभी खर्च अपरिवर्तित रहेंगे - वेतन, ऋण, रखरखाव)।

आर्थिक दृष्टिकोण से, यह उचित होगा यदि सौर ऊर्जा संयंत्रों को उतना ही प्राप्त होता है जितना वे गैस पावर स्टेशनों को ईंधन की बचत करने की अनुमति देते हैं।

मान लीजिए कि रूसी गैस की लागत $ 1 प्रति हजार मीटर ^{3 है} । इस मात्रा से, हम 39,000 GJ .810.8 * 0.4 GWh, 4.32 GWh बिजली (40% की पीढ़ी की दक्षता के साथ), क्रमशः, 1 kWh की सौर ऊर्जा द्वारा हम रूसी गैस को $ 0.33-29 से 7.87 यूरो प्रतिशत बचा सकते हैं। यह ठीक वही है जो अनियमित सौर पीढ़ी का उचित मूल्य होना चाहिए, और ऐसा लगता है कि जर्मनी धीरे-धीरे इस आंकड़े की ओर बढ़ रहा है, लेकिन फिलहाल, जर्मनी में सौर ऊर्जा पर 50% सब्सिडी है।

सारांश

पॉलीक्रिस्टलाइन सौर पैनल सबसे सस्ती सौर ऊर्जा प्रदान करते हैं, लगभग $ 0.5 / वाट, अन्य विधियां बहुत अधिक महंगी हैं।

सौर ऊर्जा की समस्या सौर कोशिकाओं की दक्षता में नहीं है, ईआरओईआई में नहीं है (यह वास्तव में सिद्धांत में अंतहीन है), और उनकी कीमत में नहीं - लेकिन इस तथ्य में कि शाम तक संग्रहीत ऊर्जा बहुत महंगी है। यानी मुख्य समस्या बैटरी है, जो अब सौर पैनलों की तुलना में अधिक महंगी हैं और एक ही समय में एक छोटी सेवा जीवन (3-6 वर्ष) है।

फिलहाल, बैटरी के बिना बड़े पैमाने पर सौर पीढ़ी को केवल दिन के दौरान जीवाश्म ईंधन के एक छोटे से हिस्से को बचाने का एक तरीका माना जा सकता है, यह मौलिक रूप से आवश्यक शास्त्रीय बिजली संयंत्रों (गैस, कोयला, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों, पनबिजली) की संख्या को कम नहीं कर सकता है - वे अभी भी दिन के हिसाब से आरक्षित होने चाहिए, और पूरी तरह से शाम की पीक खपत में लोड लें।

यदि भविष्य में, (क्रूर) टैरिफ की मदद से, दिन तक खपत के शिखर को स्थानांतरित करना संभव है, तो सौर ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण अधिक समझ में आएगा (उदाहरण के लिए, यदि टैरिफ ऐसे हैं तो दिन के दौरान केवल एल्यूमीनियम और हाइड्रोजन के इलेक्ट्रोलिसिस को शामिल करना फायदेमंद होगा)।

"अनियमित" सौर पीढ़ी की लागत को शास्त्रीय बिजली संयंत्रों में पीढ़ी की लागत के साथ तुलना नहीं की जा सकती है - जैसा कि वे तब उत्पन्न होते हैं जब वे सफल होते हैं, और जब आवश्यक नहीं होते हैं। अनियमित सौर ऊर्जा का उचित मूल्य बचाया जीवाश्म ईंधन की लागत के बराबर होना चाहिए, और अधिक नहीं - $ 450 पर गैस के लिए, सौर पीढ़ी का उचित मूल्य $ 1 प्रति kW * h (क्रमशः, जर्मनी में, सौर पीढ़ी ~ 50% द्वारा सब्सिडी) से अधिक नहीं है।

"ईमानदार" सौर ऊर्जा (बैटरी के साथ) आज आर्थिक रूप से केवल दूरदराज के क्षेत्रों में ही उचित हो सकती है, जहां नेटवर्क से जुड़ने का कोई तरीका नहीं है (उदाहरण के लिए, एक दूरस्थ, अकेला सेलुलर बेस स्टेशन के मामले में)।

सौर ऊर्जा के साथ सबसे बड़ी समस्या यह है कि जीवाश्म ईंधन आर्थिक रूप से व्यवहार्य होने के लिए सौर पीढ़ी के लिए बहुत सस्ते हैं।

अद्यतन: आगे के अध्ययन के लिए, हम सौर और पवन उत्पादन के संबंध में जर्मन ऊर्जा की समस्याओं पर एक लेख की सिफारिश कर सकते हैं। विकास के सुंदर रेखांकन हैं, और सामान्य तौर पर मैं पहले से ही अन्य लेखों को पढ़ने की सलाह देता हूं।