Когда речь заходит о солнечной энергетике, существует правило, которое хорошо известно каждому инженеру и владельцу солнечной электростанции. Панели обычно устанавливают под углом около 45 градусов к поверхности земли и ориентируют на юг. Именно такое расположение позволяет получать максимум солнечного света и обеспечивать наибольшую выработку электроэнергии в течение дня.
Именно поэтому решение, реализованное в аэропорту Франкфурта-на-Майне, сначала кажется нелогичным. Вдоль почти трехкилометровой взлетно-посадочной полосы здесь установили около 37 тысяч солнечных панелей, но разместили их совсем не так, как принято во всем мире. Они стоят вертикально, буквально ребром к солнцу, из-за чего в полуденные часы производят значительно меньше электроэнергии.
Однако это вовсе не ошибка проектировщиков и не просчет инженеров. Наоборот — именно такого результата здесь и добивались.
Почему инженеры сознательно отказались от максимальной эффективности
На первый взгляд странно намеренно снижать производство электроэнергии именно тогда, когда солнце находится в зените. Однако современный энергетический рынок устроен гораздо сложнее, чем кажется.
В последние годы в Европе и Японии активно развивается технология двусторонних солнечных панелей. В отличие от традиционных модулей, они способны преобразовывать в электричество свет, попадающий как на лицевую, так и на обратную сторону панели.
Если установить такие панели традиционным способом под углом, нижняя сторона практически не будет использоваться. Именно поэтому инженеры все чаще размещают двусторонние модули вертикально, ориентируя их с востока на запад.
В таком положении одна сторона максимально эффективно работает утром, когда солнце поднимается над горизонтом, а вторая принимает основную нагрузку вечером. В полдень же солнечные лучи падают практически сверху, поэтому эффективность установки закономерно снижается.
Фактически такая система меняет сам принцип генерации энергии. Вместо одного мощного дневного пика она обеспечивает два выраженных периода повышенной выработки — утром и вечером.
Исследования подтвердили эффективность такого подхода
Работу вертикально установленных двусторонних панелей изучили специалисты Университета Йорка. На протяжении года ученые сравнивали их производительность с классическими солнечными электростанциями.
Результаты оказались весьма показательными.
Вертикальная система действительно производила значительно больше электроэнергии в утренние и вечерние часы, когда обычные панели еще не вышли на максимальную мощность или уже начали терять эффективность.
При этом по суммарной годовой генерации традиционные установки все же сохраняют небольшое преимущество. Благодаря высокой производительности в середине дня они вырабатывают немного больше электроэнергии за весь год.
Однако сегодня для энергетики становится все важнее не только общий объем произведенной электроэнергии, но и время, когда она поступает в сеть.
Почему время производства энергии становится важнее ее количества
Современный рынок электроэнергии стремительно меняется.
Во многих европейских странах работают сотни тысяч солнечных электростанций на крышах домов и предприятий. Именно в полдень практически все они одновременно достигают максимальной мощности. В результате предложение электроэнергии значительно превышает спрос.
Из-за этого стоимость электричества в дневные часы резко снижается. Иногда цены на оптовом рынке падают практически до нуля, а в отдельных случаях даже становятся отрицательными.
Совсем иначе складывается ситуация утром и вечером.
Именно в это время люди начинают рабочий день или возвращаются домой, возрастает использование бытовой техники, освещения и промышленного оборудования. Потребление электроэнергии увеличивается, а традиционные солнечные панели уже не способны обеспечить высокую генерацию.
В результате стоимость электроэнергии в эти часы значительно выше.
Именно здесь вертикальные двусторонние панели раскрывают свое главное преимущество. Они производят больше электроэнергии тогда, когда она наиболее востребована и стоит дороже.
Таким образом, владелец электростанции может получать более высокий доход даже при несколько меньшем общем объеме годовой генерации.
Еще одно неожиданное преимущество — снег
Вертикальное размещение панелей оказалось выгодным и зимой.
Обычные солнечные модули часто покрываются снегом, который способен практически полностью остановить их работу до очистки поверхности.
У вертикальных конструкций такой проблемы практически нет. Снег не задерживается на стекле и быстро соскальзывает вниз под собственным весом.
Более того, снежный покров начинает работать как естественный отражатель. Белая поверхность земли отражает солнечные лучи на нижнюю часть обеих сторон панели, благодаря чему эффективность генерации может даже увеличиваться.
Для стран с продолжительными снежными зимами эта особенность способна стать серьезным преимуществом.
Есть и серьезный недостаток
Несмотря на очевидные плюсы, вертикальные двусторонние солнечные электростанции пока нельзя назвать универсальным решением.
Главная проблема заключается в высокой стоимости.
Сами двусторонние панели стоят дороже традиционных, а специальные конструкции для вертикального монтажа значительно увеличивают общую стоимость проекта.
В результате строительство такой электростанции может обойтись почти вдвое дороже классической солнечной установки.
Поэтому экономическая эффективность подобных проектов напрямую зависит от особенностей рынка электроэнергии. Если разница между дневными и вечерними ценами велика, дополнительные инвестиции способны быстро окупиться. Если же стоимость электроэнергии остается примерно одинаковой в течение суток, преимущества вертикальных систем становятся менее заметными.
Может ли эта технология стать новым стандартом
Эксперимент во Франкфурте показывает, что будущее солнечной энергетики будет определяться не только стремлением вырабатывать максимальное количество электроэнергии. Все большую роль играет способность производить ее именно тогда, когда она наиболее востребована и имеет максимальную рыночную стоимость.
Вертикальные двусторонние панели пока уступают традиционным системам по суммарной годовой выработке, однако предлагают совершенно иной подход к использованию солнечной энергии. Их главная задача — обеспечить генерацию в наиболее ценные часы, когда спрос на электроэнергию особенно высок.
Именно поэтому проект, реализованный в аэропорту Франкфурта, уже привлек внимание энергетических компаний, инженеров и исследователей по всему миру. Если технология подтвердит свою экономическую эффективность в крупных проектах, она может существенно изменить подход к строительству солнечных электростанций в ближайшие годы.
