Чтобы противостоять глобальному потеплению и техническим инновациям, солнечные установки нужно производить, строго контролируя качество, стандарты и прохождение тестов. «Хайтек» разбирается, как развивается производство солнечных панелей и к чему это приведет.
Солнечные панели могут уцелеть при заморозках, урагане и даже после шторма, но если изготавливать их некачественно, этом может привести к многомиллиардным убыткам.
Как развивается солнечная энергетика?
Солнечная энергия стала популярна во всем мире. С 1980 года цены на панели упали в 100 раз. Ожидается, что к 2023 году мощность установок во всем мире превысит 1 тераватт, а к 2050 году — 30–100 ТВт. Но все не так однозначно, многие панели, которые создают сегодня, могут не дожить до этих лет, так как их качество остается под вопросом.
Чтобы вытеснить ископаемое топливо, солнечная энергия должна работать надежно — как в тропиках, так и на северных полюсах. Даже во время шторма, града, жары и снега. До сих пор солнечная энергия была очень надежной. Гарантия большинства модулей рассчитана на 25–35 лет. А в США менее 1% панелей выходят из строя в течение первых пяти лет работы.
Если солнечные панели так долго служат, то в чем проблема?
Сегодня системы солнечной энергии начинают размещать в разных нетипичных местах, например, в горах или на воде. Также на рынок выходят новые конструкции ячеек, материалы, технологии упаковки. Поэтому испытания на прочность тоже должны становится разнообразнее. Кроме этого, некоторые компоненты, которые прошли испытания на качество 10 лет назад, сегодня становятся дефектными.
Производители, стремящиеся к повышению энергоэффективности и снижению затрат, делают модули больше и тоньше: они соединяют множество ячеек вместе, чтобы увеличить мощность и ускорить производство. В поставках возможны сбои, например, из-за пандемии, поэтому часть производителей использует дешевые, некачественные или даже поддельные компоненты
Эксплуатация и обслуживание некачественного оборудования обходится коммунальным предприятиям в десятки миллионов долларов в год — все это потери электроэнергии. За десятилетия цифра вырастает до миллиардов.
Как окружающая среда влияет на солнечные панели?
Солнечные панели все чаще подвергаются воздействию экстремальных погодных условий, которые происходят из-за климатических изменений. Во время шторма в Техасе в 2019 году град диаметром почти 7 см разрушил модули, питающие около 20 000 домов. Страховые убытки превысили $75 млн.
Если на такие ситуации не обращать внимание, то распространение солнечной энергетики замедлится. Сектор столкнется с крупными страховыми случаями, потерей доходов, финансовыми рисками и проблемами с безопасностью. Соответственно, корпорации начнут с подозрением относиться к установке панелей.
Если солнечные панели так легко разрушить и на рынке много брака, может, отказаться от этого способа получения энергии?
Ученые уверены, что сама технология выработки солнечной энергии невероятно перспективна и может спасти жизни. Например, когда 10 млн человек лишились электричества во время сильных заморозков в штате Техас, США, погибло около 111 человек, а ущерб составил $130 млрд. Тепловая энергия не работала, у ветрогенераторов была низкая эффективность, но производство солнечной энергии по большей части не пострадало. На него приходится 2% от всей энергии в штате.
Пять шагов, которые сформулировали эксперты, чтобы преодолеть главные проблемы солнечной энергии
Ученые и инженеры в области солнечной энергетики, инвесторы, потребители сформулировали пять шагов, которые помогут сделать сектор солнечной энергетики более устойчивым.
- Развивать науку
Нужно усовершенствовать лабораторные тесты и компьютерные модели, чтобы оценивать качество работы панелей следующего поколения. Исследователям необходимо лучше изучить процесс деградации устройства. Также современные тесты панелей не всегда отражают реальные климатические условия, в которых оно будет работать. Это может привести к ошибочным результатам.
- Повышать стандарты качества
Стандарты качества широко используются для проверки отдельных компонентов, например, панелей и диодов. Но они не касаются всей солнечной системы. Если устройство неправильно собрали или между компонентами есть отличия — все это может привести к снижению производительности. Контроль должен выходить за рамки проверки только на заводе: нужно использовать случайную выборку и проверять товар на соответствие требованиям на каждом этапе цепочки поставок — так работает пищевая промышленность. Также стандарты необходимо постоянно обновлять с учетом новейших технологий.
- Отслеживать неисправности
Некоторые операторы крупных солнечных батарей уже используют инфракрасные или видимые камеры на беспилотниках и самолетах, чтобы отслеживать неисправности. Но требуются более совершенные аналитические методы, чтобы быстро считывать и интерпретировать данные о работе панели. В случае поломки это поможет быстро среагировать и снизить производственные потери и ущерб. Для этих целей можно использовать нейросеть: она поможет в поиске даже малейших недостатков.
- Делать прозрачным процесс производства
Редко производители сообщают, как была изготовлена панель, или перечисляют, из чего она сделана. Из-за сбоев в поставках, произошедших во время пандемии, не всегда известно, компоненты какого качества использовали при создании устройства. Разработчики, покупатели и тестировщики должны запрашивать точную информацию о содержимом модуля.
Например, когда операторы из Нью-Джерси работали на крупном объекте и исследовали 12% неэффективных модулей, то выяснилось, что проблема произошла из-за нарушений во время процесса производства.
- Распространять информацию
Необходимо распространять и внедрять передовой опыт производства солнечных панелей во всем мире. Например, в регионах, подверженных ураганам. Это простые шаги, которые могут спасти жизни людей: использовать прочные несущие конструкции, рассчитанные на скорость штормового ветра, устанавливать сквозные рамы на болтах или многомонтажные зажимы, применять виброустойчивые болты, размещать монтажные кронштейны в стропилах, а не только в крыше, а также не ставить панель близко к краю.
Все эти методы, которые повышают качество работы солнечных панелей, экономически эффективны по сравнению с убытками из-за изменений климата. Перебои в подаче электроэнергии из-за ураганов в США только за 2018 год обошлись в $150 млрд, а наводнение в Германии в 2022 году — в $11,3 млрд. Если инвестировать в качество солнечных панелей, то это гарантирует десятилетия доступной и чистой электроэнергии.
Читать далее
Самое большое генеалогическое древо человечества показало историю нашего вида
Ученые поняли, почему тектонические плиты поднимаются и растут по мере таяния ледников
Физики воссоздали способности Т-1000 из «Терминатора-2» в лаборатории