Физик Андерс Карлссон из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Сид Реднер из Института Санта-Фе создали новую математическую модель, описывающую наиболее надежный, эффективный и экономичный способ использования солнечной энергии.
Их расчеты, недавно опубликованные в журнале Frontiers in Energy Research, показывают, что небольшие улучшения в производстве и хранении энергии могут оказать огромное влияние на общую надежность сети, работающей от солнечной энергии.
Используя 40-летние солнечные данные из региона Сент-Луиса, Карлссон и Реднер провели расчеты за миллионы гипотетических лет, чтобы определить оптимальное сочетание производства и хранения электроэнергии для создания надежной сети, работающей на возобновляемых источниках энергии . Такая система далеко от реальности, и Карлссон отмечает, что возобновляемая сеть в Сент-Луисе должна будет сочетать солнечную и ветровую энергию.
Тем не менее, физики нашли место для оптимизма. Их анализ показал, что даже при скромных улучшениях системы сеть на солнечной энергии может быть чрезвычайно стабильной.
«Надежность возрастает в геометрической прогрессии, если вы увеличиваете либо мощность генерации , либо емкость хранилища», — сказал Карлссон, профессор физики в области искусств и наук.
Емкость хранилища имеет решающее значение, потому что зимой во многих частях страны, включая Сент-Луис, может не хватать солнечного света. Это означает, что любая солнечная энергетическая система должна включать в себя батареи, которые могут обеспечивать энергией в относительно темные дни.
Создание более совершенных аккумуляторов — важная миссия для ученых из WashU и других стран. Достижения в области аккумуляторных технологий, безусловно, могут помочь произвести революцию в энергосистеме , но расчеты Карлссона и Реднера показывают, что снижение затрат на солнечные панели может иметь относительно большее влияние на эффективность всей системы.
В Сент-Луисе солнце достаточно надежно, чтобы питать сеть большую часть года, а это означает, что большая часть энергии будет поступать непосредственно от электростанции, а не от батареи. «Но поскольку наука о батареях предлагает больше возможностей для революционных открытий, исследования батарей по-прежнему должны оставаться приоритетом», — сказал он.
Карлссон сказал, что математика возобновляемых источников энергии указывает на еще один важный урок: поиск совершенства может быть контрпродуктивным. По его словам , гипотетическая система, работающая исключительно на возобновляемой солнечной и ветровой энергии, будет значительно дороже, чем возобновляемая система, использующая небольшое количество природного газа в качестве резерва.
Он подсчитал, что при современных технологиях система, на 100% возобновляемая энергия, питающая Сент-Луис, может стоить 130 000 долларов на семью. Однако система, которая на 95% или 99% возобновляема, может стоить от 80 000 до 90 000 долларов.
«Системы с чрезвычайно высокой степенью возобновляемости очень дороги», — сказал Карлссон. «Если мы сможем достичь 99% возобновляемых источников энергии за 10 лет, а не 100% возобновляемых источников энергии за 30 лет, нам лучше выяснить, как достичь этих 99%».
