Решат ли водохранилища проблемы солнечных батарей?

Конечно, море для этого не очень подходит. Чтобы фотоэлементы не утонули в шторм, их надо размешать на мощных плавучих конструкциях, и вряд ли это удастся сделать дёшево, особенно там, где случаются тайфуны.

Именно поэтому летом 2013-го Solar on the Water Okegawa, гелиоэлектростанция со скромной мощностью в 1,2 МВт, выбрала как площадку поверхностность водохранилища. Земля в Японии часто недёшева, но вовсе не это стало главным побудительным мотивом. Да, владельцы водохранилища не рассчитывают получить прибыль от своих площадей, и для них даже скромная рента выглядела манной небесной.

Но ключевым фактором стали ожидания того, что именно здесь солнечная электростанция будет работать лучше наземной. Во-первых, пыль на водной глади не так распространена, как на суше. Сегодня практически вся фотоэлементная генерация мирится с потерями от пыли, поскольку регулярно удалять её дороже, чем иметь снижение годовой выработки на 5–6%. Солнечные батареи, расположенные под углом 15° на надувных плотах, как ожидается, будут иметь на порядок меньшие потери от запыления.

Во-вторых, поверхность водохранилища всегда имеет стабильную температуру. Между тем кремниевые фотоэлементы, перевалив за определённую отметку, начинают терять 0,45% КПД на каждый градус повышающейся температуры, и максимальными такие потери становятся в полдень — когда количество солнечного света достигает пика. В итоге в разгар дня поверхность фотоэлементов раскаляется до 60 °C, а мощность из-за падения КПД уменьшается на 15% в сравнении с оптимальными 25 °C. В среднем из-за перегрева часто теряются чуть ли не те же 10–15% всей генерации: 25 °C и менее у поверхности батареи может быть либо в холодное время года, либо утром, когда светило обычно находится не в лучшей форме. Наконец, чем выше нагрев батарей, тем быстрее падает их эффективность на протяжении жизненного цикла — то есть тем меньше кВт•ч такая панель выработает за время эксплуатации. Водное размещение, по сути, снимает проблему перегрева, благо близкая вода не даст фотоэлементами достичь той самой критической точки. Особо подчёркивается, что столь любимое в последнее время в Японии размещение фотоэлементов на крышах зданий не имеет обоих этих преимуществ, а потому менее энергоэффективно.

Кому-то может показаться, что речь идёт об очень нишевом варианте. Мол, 1,2 МВт мощности с 12 400 м² (фотоэлементы занимают не всю водную гладь, так как между массивами плотов нужно оставлять зазоры), при общей площади «водохранилища» 30 000 м², — это слишком мало, чтобы говорить о перспективах. Да и стоимость такой установки из-за фактически экспериментального её характера будет выше серийных наземных. Однако, отмечают в West Holdings Corp., строившей (размещавшей?) водную гелиоэлектростанцию, надо понимать, что окегавское водохранилище — небольшой резервуар, по сути, большой пруд, единственной задачей которого является предупреждение затопления города Окегавы от разливов расположенных выше него местных рек. Естественно, это наложило свой отпечаток на проект. В отличие от больших водохранилищ при ГЭС, резервуары столь малых размеров имеют небольшую глубину, и сезонные колебания уровня ведут к резкому изменению площади. Поэтому-то лишь 40% водохранилища заняты батареями: ближе к берегу размещать их опасно. В более крупных водоёмах такая проблема почти отсутствует, и там под батареи можно отвести куда больше 40% площади.

Кроме того, как здраво замечает Хидехиса Онда (Hidehisa Onda) из West Holdings Corp., стоимость установки батарей действительно «была на 30% выше — в основном потому, что это первая крупная адаптация гелиоэлектростанции к таким условиям, но ведь это только начало». Фактически в стоимость вошли НИОКР — ведь сама схема размещения надувных плотов с якорями по четырём углам каждого массива до сих пор в Японии не отрабатывалась. Получив опыт эксплуатации первой такой станции мегаваттного уровня, компания надеется воспроизвести его в бóльших масштабах. Пока остаётся неясным, удастся ли с помощью батарей блокировать зарастание водоёмов водорослями, частое в тёплое время года, а также то, не помешают ли они водоплавающим птицам. Иначе говоря, будущий эксплуатационный сезон покажет, потребует ли следующая электростанция экодоработок.

Подобный подход к размещению фотоэлементов может быть востребован и в других странах. На площади зеркала, скажем, плотины Гувера можно произвести более сотни миллиардов киловатт-часов в год; более крупное водохранилище (например, Волгоградское) в одиночку закроет потребности в электричестве довольно крупного государства. Опять же общая площадь водохранилищ только в России много больше, чем это необходимо для фотоэлементных панелей с генерацией, превышающей общероссийскую годовую. Как и в Японии, стоимость поверхности зеркала водохранилища в современных условиях несравнимо меньше, чем стоимость земли, да и пропалыванием сорняков межу солнечными батареями на воде заниматься вряд ли придётся. Наконец, крупные водохранилища ГЭС расположены рядом с высоковольтными ЛЭП, да и гидроэлектростанция под боком всегда может компенсировать отсутствие солнечного электричества ночью. Так не стоит ли и нам с вами задуматься о переводе солнечных электроподстанций в несвободное плавание по водохранилищам?..