Коли мова заходить про сонячну енергетику, існує правило, яке знає практично кожен інженер та власник приватної сонячної електростанції. Панелі необхідно встановлювати під певним кутом до землі, зазвичай близько 45 градусів, і орієнтувати на південь. Саме так вони отримують найбільшу кількість сонячного світла та демонструють максимальну продуктивність протягом дня.
Саме тому рішення, реалізоване в аеропорту Франкфурта-на-Майні, на перший погляд виглядає нелогічним. Уздовж майже трьох кілометрів злітно-посадкової смуги встановили близько 37 тисяч сонячних панелей, але розмістили їх зовсім не так, як це заведено у світовій практиці. Вони стоять вертикально, фактично ребром до сонця, через що в полуденні години виробляють значно менше електроенергії.
Однак це не прорахунок і не технічна помилка. Навпаки — саме такого результату й прагнули інженери.
Чому від максимальної ефективності навмисно відмовилися
На перший погляд здається дивним добровільно зменшувати виробництво електроенергії саме тоді, коли сонце світить найяскравіше. Проте сучасний енергетичний ринок працює набагато складніше, ніж може здатися.
Останніми роками в Європі та Японії активно розвивається технологія двосторонніх сонячних панелей. На відміну від традиційних модулів, вони здатні перетворювати на електроенергію світло, яке потрапляє як на передню, так і на задню поверхню.
Якщо встановити такі панелі традиційним способом під нахилом, нижня сторона практично не братиме участі у виробництві електрики. Саме тому інженери дедалі частіше обирають вертикальне встановлення, орієнтуючи модулі зі сходу на захід.
У такому положенні одна сторона панелі максимально ефективно працює після сходу сонця, тоді як інша починає активно виробляти електроенергію ближче до вечора. Опівдні ж, коли сонячні промені падають майже зверху, ефективність закономірно знижується.
Фактично система змінює сам принцип генерації: замість одного великого денного піку вона забезпечує два більш рівномірні піки — вранці та ввечері.
Експеримент підтвердили науковці
Ефективність такого підходу перевірили дослідники Університету Йорка. Протягом року вони порівнювали роботу вертикально встановлених двосторонніх панелей із класичними сонячними електростанціями.
Результати виявилися доволі показовими.
Вертикальна система справді виробляла більше електроенергії саме у ранкові та вечірні години, коли традиційні установки ще не вийшли на повну потужність або вже втрачали ефективність.
Щоправда, якщо оцінювати сумарний обсяг генерації за весь рік, класичні панелі все ж залишаються попереду. Вони виробляють трохи більше електроенергії завдяки максимальній продуктивності в середині дня.
Проте для сучасного енергетичного ринку дедалі важливішою стає не лише кількість виробленої електрики, а й час її появи в мережі.
Чому години генерації стали важливішими за її обсяг
Ринок електроенергії переживає суттєві зміни.
У багатьох країнах Європи вдень працюють сотні тисяч дахових сонячних електростанцій. Саме опівдні виробництво електроенергії досягає максимуму, через що виникає надлишок пропозиції.
У такі моменти ринкова вартість електрики може різко знижуватися, іноді майже до нульового рівня або навіть ставати від'ємною. Це означає, що виробники фактично перестають заробляти на генерації саме тоді, коли панелі працюють найефективніше.
Натомість у ранкові та вечірні години ситуація кардинально інша. Люди прокидаються, запускають побутову техніку, підприємства починають робочий день або повертаються до вечірнього споживання після заходу сонця. Попит стрімко зростає, а виробництво сонячної електроенергії у традиційних системах залишається низьким.
У результаті ціни на електроенергію саме в ці години значно вищі.
Саме тут вертикальні двосторонні панелі демонструють свою головну перевагу. Вони виробляють електрику тоді, коли вона найбільш затребувана та коштує дорожче.
Таким чином власник електростанції може отримати більший прибуток навіть за меншого загального річного виробництва електроенергії.
Незвичайна перевага взимку
Ще одним несподіваним бонусом вертикального розміщення стали зимові погодні умови.
Звичайні сонячні панелі часто вкриваються снігом, який може суттєво знизити або повністю заблокувати їхню роботу. Вертикальні конструкції практично позбавлені цієї проблеми.
Сніг не накопичується на поверхні скла, а швидко зісковзує вниз під дією сили тяжіння. Крім того, білий сніговий покрив працює як природний відбивач світла.
Сонячні промені віддзеркалюються від засніженої поверхні та додатково освітлюють нижню частину панелей з обох боків, що дозволяє підвищити ефективність генерації навіть у холодний період року.
Для регіонів із тривалими зимами така особливість може стати важливою конкурентною перевагою.
Є і суттєвий недолік
Попри очевидні переваги, вертикальні двосторонні електростанції поки що не можна назвати універсальним рішенням.
Головною перепоною залишається їхня вартість. Самі двосторонні модулі коштують дорожче за класичні аналоги, а спеціальні конструкції для вертикального монтажу значно збільшують загальний бюджет проєкту.
У підсумку будівництво такої електростанції може обійтися майже удвічі дорожче, ніж встановлення традиційної сонячної системи.
Саме тому економічний ефект залежить від особливостей конкретного ринку електроенергії. Якщо різниця між денною та вечірньою ціною електрики є значною, інвестиції можуть повністю себе виправдати. Якщо ж тарифи залишаються приблизно однаковими протягом доби, переваги вертикальних панелей стають менш очевидними.
Чи стане ця технологія новим стандартом
Експеримент у Франкфурті демонструє, що майбутнє сонячної енергетики визначатиметься не лише прагненням виробити якомога більше електроенергії. Не менш важливо забезпечити її генерацію саме в ті години, коли вона найбільше потрібна споживачам і має найвищу ринкову цінність.
Вертикальні двосторонні панелі поки що не перевершують традиційні установки за сумарною річною генерацією. Проте вони відкривають новий підхід до використання сонячної енергії, орієнтований не лише на максимальну продуктивність, а й на ефективну інтеграцію відновлюваної енергетики у сучасний ринок.
Саме тому експеримент у Франкфурті вже сьогодні привертає увагу енергетичних компаній та науковців з різних країн. Якщо технологія доведе свою економічну доцільність у великих масштабах, вона може суттєво змінити принципи будівництва сонячних електростанцій у найближчі роки.
