Солнечная энергетика не наносит вреда окружающей среде, она чистая и недорогая, но для неё нужно много места: например, чтобы поджарить хлеб в тостере, потребуется от шести до восьми квадратных метров солнечных батарей. При условии, что солнце будет светить непрерывно.
Для того чтобы свести выбросы CO2 всей энергетической системы к нулю, нужно значительно расширить использование солнечной энергии. И не только на крышах, но и на земле: научно-исследовательский институт по охране окружающей среды Öko-Institut и консалтинговая компания Prognos AG рассчитали, что к 2050 году наземные солнечные электростанции должны занимать 0,2% от общей площади Германии. А это 714 квадратных километров, четыре пятых площади Берлина.
В этом сценарии эксперты также предполагают значительно усилить строительство наземных ветряных электростанций. Если их окажется мало и не будет никаких других идей, то для наземных солнечных электростанций нужно будет выделить уже 1786 квадратных километров.
Однако в густонаселенной Германии очень мало свободных площадей. Солнечная энергетика конкурирует с другими формами землепользования, особенно с сельским хозяйством. А это грозит проблемами с лояльностью со стороны населения, аналогично ветроэнергетике.
Солнечные батареи препятствуют высыханию земли
Это достаточный стимул для солнечной энергетики, чтобы разрядить обозначившийся земельный конфликт с помощью новых концепций. При этом солнечная энергетика опирается, в первую очередь, на агрофотовольтаику — сочетание производства электроэнергии и сельского хозяйства.
Пилотный проект на органической ферме в Хеггельбахе, недалеко от Боденского озера, показывает, как это может выглядеть. Здесь Институт солнечно-энергетических систем Фраунгофера (ISE) совместно с партнерами построил над полем солнечную электростанцию. На больших высотах солнечные батареи вырабатывают электроэнергию, в то время как внизу растут пшеница, картофель, клевер и сельдерей.
Под рамами высотой пять метров достаточно места для тракторов, а солнечные батареи пропускают часть солнечного света и достаточное количество дождя на землю. После трех лет эксплуатации видно, что солнечные батареи практически не влияют на урожайность. В жаркое лето 2018 года они были даже выше, чем на контрольных площадях — главным образом потому, что тень от солнечных батарей гарантировала, что земля не высохнет слишком сильно.
Эта концепция особенно интересна для выращивания фруктов и винограда, говорит Максимилиан Троммсдорф, руководитель проектов по агрофотовольтаике в ISE Фраунгофера. «Сегодня много денег тратится на защиту от града, сильного дождя и слишком большого количества солнечного света. Эти задачи может взять на себя фотовольтаика».
Вертикальная установка солнечных батарей экономит площади
Next2Sun использует другой подход: компания из Саара устанавливает солнечные батареи не как обычно, наклоненные к солнцу, а вертикально. Это экономит много места. Большой разрыв между рядами остается свободным для ведения сельского хозяйства.
В системах Next2Sun солнечные батареи, которые также могут генерировать электроэнергию, когда свет падает им на тыльную сторону, в основном ориентированы в направлении восток-запад. Таким образом, они производят электроэнергию утром и вечером, когда потребность в ней больше всего. Затем солнце становится ниже, что является преимуществом для вертикальных солнечных батарей.
Компания уже построила семь таких солнечных электростанций. Между рядами фермеры косят траву на сено и силос. В Австрии птицефабрика уже использует ряды солнечных батарей в качестве ограждения для выращивания цыплят. На территории таких солнечных электростанций можно также содержать крупный рогатый скот и коров. «Просто нужно быть осторожным, чтобы кабели были вне досягаемости животных, иначе они их покусают», — говорит управляющий директор Хайко Хильдебрандт.
Фермеры теряют свое право на субсидии ЕС
По оценкам ISE Фраунгофера, технический потенциал агрофотовольтаики в Германии составляет 1700 гигаватт, что в несколько раз больше, чем требуется для климатически нейтральной энергетической системы к 2050 году.
Тем не менее, у агрофотовольтаики есть некоторые юридические препятствия. Например, фермеры теряют свое право на субсидии ЕС, если они объединяют сельское хозяйство с выработкой электроэнергии. «Федеральное правительство могло бы изменить эту ситуацию, внеся соответствующие изменения в законодательство», — говорит Хильдебрандт. Кроме того, федеральные земли должны получить право выделять больше сельскохозяйственных площадей для строительства солнечных электростанций.
Плавучие солнечные электростанции
Если земли не хватает — почему бы не перейти на воду? Эта идея лежит в основе концепции «плавучих солнечных электростанций»: солнечные батареи устанавливаются на плавучие опоры, которые закрепляются на дне или на берегу водоемов.
«Благодаря охлаждению солнечных батарей водой системы на водоемах вырабатывают на 2% электроэнергии больше, чем сопоставимые по мощности наземные системы», — говорит Бенедикт Ортманн, глава солнечного подразделения в Baywa Re. Мюнхенская компания только что построила крупнейшую в мире за пределами Китая плавучую солнечную электростанцию в Нидерландах.
Однако дополнительная выработка компенсируется повышением затрат на монтаж на 15–20%. Но в то же время эксплуатация плавучих солнечных электростанций обходится дешевле. По словам Ортманна, если плавучая солнечная электростанция рассчитана на длительную эксплуатацию, то со временем она выравнивается по цене с наземными.
Солнечные электростанции на карьерных озерах
Прошлым летом в Германии появилась первая солнечная электростанция такого типа: поставщик энергетических услуг Erdgas Südwest установил солнечные батареи на карьерном озере около Баден-Бадена, которые снабжают электроэнергией гравийный завод.
Карьерные озера в немецких регионах, где открытым способом добывается бурый уголь, также могли бы быть привлекательными для плавучих солнечных парков. ISE Фраунгофера подсчитал, что экономически реализуемый потенциал составляет чуть менее трех гигаватт. При полной солнечной радиации это примерно соответствует мощности пяти блоков угольной электростанции.
Что касается угля, то потребность в площадях для его добычи хорошо соотносится с солнечной энергетикой: только для карьеров по добыче бурого угля в Германии используется почти 1800 квадратных километров. А это примерно соответствует максимальной площади, необходимой для наземных солнечных электростанций к 2050 году.
Источник: https://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/neue-konzepte-fuer-erneuerbare-energien-oben-solar-unten-sellerie-a-ed947a19-03ef-418b-8519-de639b507292#ref=rss