Най-новите зелени иновации

Поглед към The smarter E Europe 2023

Подобренията във фотоволтаичните технологии продължават всеки ден. Наред с тях в светлината на прожекторите все повече са технологиите, които интегрират фотоволтаиката в ежедневния ни живот: системите за съхранение на енергията, хибридните електрозахранващи решения, електромобилите, термопомпите. С други думи, соларната енергетика вече се е оформила като голяма индустрия с множество подсектори и готовност да се адаптира към потребителските очаквания. Така изглежда равносметката за соларната енергетика след тазгодишните изложения и събития, включени в платформата The smarter E Europe 2023.

Текст: списание Енергия

Показателно за тенденциите е, че тази година The smarter E Europe всъщност беше комбинация от няколко форума, обединени под общата шапка на един голям индустриален панаир. Той бе наречен „По-умното „Е“. В рамките на проявата се обединиха четири изложения. Соларните технологии дефилираха в раздела Intersolar. Второто направление бе наречено EES и бе посветено на съхранението на възобновяемата енергия. EM-Power събра иновациите в сферата на управлението на енергията и интегрираните енергийни решения. Power2Drive пък показа най-новото в електрическата мобилност и неразривната й връзка с ВЕИ. Общо над 1800 изложителя се включиха в четирите потока на мега-събитието.

Системи и решения: тенденции 2023

Съдейки по това какви изложители участваха и какви иновации показаха те, соларната енергетика се е превърнала в голяма, пъстра и жизнена индустриална екосистема. Фотоволтаичният панел си остава символ на възобновяемата енергия, но около него вече има цяла палитра от сродни технологии, които адаптират слънчевата енергия за ежедневно използване: инвертори, батерии, зарядни станции за електромобили, системи за управление. Домашните системи за съхранение на енергия бяха сред често показваните решения на форума. Различни като капацитет, форма и дизайн, те все по-често са проектирани за „plug-and-play“ използване: възможно найлесни за интегриране и пускане в действие.

Обичайно интегрират в себе си всичката необходима електроника, софтуер и механизми за управление, чак до контрола през смартфон. Очевидна е тенденцията домашните системи да се интегрират с електромобилите в домакинствата. Това е връзка, която тепърва ще се установява: домашната батерия захранва електромобила, но и той може да осигурява електричество за дома при нужда. Самите батерии за електромобили също се подобряват. Основният фокус на вниманието сега изглежда е безопасността, според видяното от „По-умното „Е“: управлението на температурата, изолирането на клетките, системите за мониторинг на здравето им са в центъра на вниманието на разработчиците. Дълготрайността остава „свещеният Граал“ на индустрията. На тази цел са посветени множество разработки.

Цветните фотоволтаици, макар да не са новост, продължават своето настойчиво присъствие. Те носят голямото обещание да превърнат сградната среда в полезно средство за добив на електричество с всяка огрявана повърхност. В тази област все още доминиращата роля е на изследователските институти. Агроволтаиката бе сред централните теми на изложението. Този метод на съчетаване на производството на храна и фотоволтаика върху земеделските земи повишава ефективността на фермите и в същото време влияе благоприятно на здравето на обработваемата земя. Смята се, че към 2020 година глобалният агроволтаичен капацитет е бил 2,9GW, но действителният потенциал се изчислява на 1,7TW.

Освен като решение за по-ефективно използване на земята, агроволтаиката се представя и като начин за предпазване на насажденията от суши, зной и екстремни климатични явления - проблем, който нараства с изменението на климата. Като част от развитието на този подсектор сега разработчиците полагат усилия за подобряване на средствата за инсталиране: олекотяване на носещите конструкции, по-качествено проследяване чрез тракери и др. Комбинативните приложения на фотоволтаиците също бяха тенденция на панаира. Така например на изложението се представиха технологии за PV покрив на автомобил, изграден с гъвкави високоефективни клетки, както и интегрирани фотоволтаични шумозаглушители за магистрали и влакови линии.

Това са решения, които не предлагат иновация в самата PV технология, а по-скоро поднасят начини, чрез които да се намали нуждата от земя за соларните проекти и да се използва вече съществуващата инфраструктура, която така или иначе „се пече“ на слънце целодневно и може да се обогати с фотоволтаика.  Все по-добро стъкло за фотоволтаични панели показаха пък производителите на стъкло. В изложбата те показаха още по-ефективни антирефлексни покрития за подобряване на ефективността на слънчевите клетки. Изцяло черните фотоволтаични модули са хит. Десетки производители показаха своите предложения в този млад формат.

Изцяло черните соларни модули са елегантни и се считат за по-красиви, следователно естетически по-лесни за интегрирани в сградната среда, било то по покриви или фасади, инфраструктурни съоръжения. Някои от изцяло черните фотоволтаици дори бяха наградени в категорията за иновативни соларни системи. Методи за свързаност и специализирани метеостанции бяха част от останалите технологии, чието присъствие на изложението подсказа тенденциите в сектора.  Така например на изложението бе представена техника за кабелно групиране („cable pooling“) за осигуряване на мрежова свързаност за ВЕИ проекти в региони, където мрежовият капацитет не достига или е силно ограничен. Тази технология позволява своеобразно „споделяне“ на съществуващите кабелни връзки.

Специализираните метеостанции за соларни паркове пък отговарят на друга потребност, свързана с мониторига на производителността. Това са малки съоръжения с измервателна електроника, която може да събира информация за осветеност, вятър, температура на въздуха и всичко важно за работата на соларния парк. Технологиите за рециклиране на PV системи и на батерии бяха една от големите теми на форума - както може да се очаква. Докато при фотоволтаиката техниките за рециклиране са по-скоро на ниво концепция или танен тестов модел, рециклираните батерии намират доста по-реални, практични приложения.

Термопомпите са новоизгряващата технология на Европа и това също се видя ясно на „По-умното „Е“. Десетки производители представиха своите технологични системи, като се започне от термопомпи за отделния дом и се стигне до промишлени системи, които могат да осигурят отопление или охлаждане на цели квартали или градове.
Силно впечатление направи фактът, че в тази ниша нахлуват играчи, които са познати от други области на енергийните системи, например SolarEdge. Подобни производители на електроника и софтуер за енергийно управление закономерно навлизат в бизнеса с машините, които са отговори за най-значимия дял от потреблението на енергия на човечеството - отоплението.

Самите фотоволтаични клетки се подобряват като мощност и размери. Пластините с диаметър 182 кв. мм. (M10) или 210 кв. мм. (M12) се превърнаха в новия стандарт. Водещите производители говорят за масово производство на модули с мощност над 500 или дори 600 вата! Високоефективните монокристални соларни модули сега имат по-голям дял от световния пазар от мултикристалните модули. Друга важна стъпка към още по-голяма ефективност е технологията за хетеропреход (HJT), която може да се похвали с клетъчна ефективност от над 25 процента. Двустранните модули, които улавят допълнителна слънчева енергия чрез задния си лист, също стават все по-популярни, което води до още по-високи добиви на слънчева енергия.

За какво говори зеленият сектор

Ако изложбените щандове говорят за това какво прави индустрията, то конферентните зали подсказват какво вълнува бранша, какви проблеми го тормозят и какви решения можем да очакваме в скоро време. Конферентната програма на „По-умното „Е“ фокусира вниманието върху няколко области. Устойчивостта на соларната енергетика, екологичноста на реализираните проекти все повече влизат в радара на вниманието. Да изградиш поле от соларни панели вече не е достатъчно „еко“. Нужно е много повече. Заедно с чистата електроенергия трябва да се вземат мерки за грижа за биоразнообразието и поддържане на здравето на почвите. На тазгодишното изложение се видя, че вече има известно разделение между изгражданите фотоволтаични проекти: вече се говори за т. нар. „екопозитивни“ соларни паркове.

Разпределените енергийни ресурси също са тема, която поставя на дневен ред редица въпроси. Това включва множествата от индивидуални соларни инсталации и електромобили, които се появяват из селищата и са географски „разхвърляни“, следователно формират един сложен пейзаж с голям брой непостоянни източници и консуматори - сложна система от множество променливи, чието енергийно управление е предизвикателство. Подтема тук е и сформирането на т. нар. виртуални електроцентрали. Хибридните технологии са абсолютен хит и бяха нееднократно обсъждани в конферентните програми на четирите изложения.

Става дума са всички разработки, съчетаващи генерация и съхранение. Хибридните системи могат да помогнат да се преодолеят ограниченията на традиционните ВЕИ ресурси. Соларната и вятърната енергия се допълват отчасти, но това изобщо не е достатъчно за стабилната мрежа; затова към тях се прибавят нови елементи, които да направят услугата надеждна и достойна за доверие. Наред с класическите химически батерии малките ВЕИ се комбинират и с други технологии като водородни батерии и горивни клетки. Целта е постигане на постоянно, денонощно снабдяване с електричество на ниво домакинство или по-скоро малка общност.

Хибридните енергийни системи се определят като „новото нормално“ в енергетиката и ще бъдат водеща тенденция и в идните години, прогнозират специалистите. Оф-грид инсталациите продължават да са централна тема и това се видя в конферентната програма. Комбинирането на добива на соларна и вятърна енергия с батерии и механизми за управлението на добитото електричество, бе една от централните теми. Макар да изглежда, че става дума за хибридни енергийни системи, фокусът е малко по-различен и съвсем ясен: отдалечените, „откъснати от света“ малки общности, които продължават да живеят без електричество, интернет и дори без вода - например в пустинни селища в Африка.

Инверторите се превръщат в умни универсални устройства, видя се още на форума. Те не само преобразуват директен в променлив ток, а вече се използват за анализиране и управление на слънчевите масиви и наличните батерии, както и специфични решения като например преобразуването на енергията в отопление и интелигентните домашни технологии. Сега инверторите включват интерфейси за цифрова комуникация и биват свързвани към системи за управление на енергията, които обхващат и електрическите превозни средства и правят възможно интелигентното зареждане.

Като пример, един от реномираните производители показа трифазен инвертор с интегриран интерфейс за DC системи за съхранение чрез батерии. Излишната слънчева енергия може да се съхранява директно в акумулатора - без големи загуби при преобразуване - и да се използва при необходимост. В същото време инверторът контролира, оптимизира и наблюдава производството на фотоволтаичен ток. Това помага на домакинствата да увеличат собственото си потребление на слънчева енергия.

Изкуственият интелект навлиза без фанфари

Нещо, което се набива на очи в изложбената програма и конферентните дискусии, е тихото навлизане на изкуствения интелект. Това става много кротко, безшумно. Няма щандове, посветени на ИИ, нито има дискусии по този въпрос. Вместо това обаче голяма част от представените системи се описват като такива, базирани на изкуствен разум. Във встъпителните речи често се срещаше коментар за машинното самообучение и алгоритмите за изкуствен разум. Сред наградените продукти има поне няколко, които са „базирани на AI“. В конферентната програма чистата енергия бе разглеждана през призмата на повсеместната цифровизация, дигиталната трансформация и силата на изкуствения интелект, наред с киберсигурността и „големите данни“.  Алгоритмите за изкуствен разум без фанфари нахлуват навсякъде, където са необходими аналитични функции, за да може да се вземат по-добри решения.

Европа: 30GW PV производство до 2025 г.?

Европа ще надскочи целта си за производство на слънчеви фотоволтаични мощности от 30 GW до 2025 г., но при наличието на правилните индустриални и политически условия, според доклад на Европейския алианс на фотоволтаичната индустрия в Европа (ESIA). Тази прогноза дойде от данни, събрани от ESIA от нейните членове след конференцията Intersolar в Мюнхен. Докладът подчертава значението на политическата подкрепа за постигане на целта за 2025 г. Като подзаглавие в това послание стои темата за дистанцирането и от европейските вериги за доставки и избягването на доминацията на Китай и Югоизточна Азия. За да се постигне целта от 30 GW, ESIA е създала четири работни групи, ръководени от водещи играчи в индустрията, като част от план за развитие на цялата фотоволтаична верига.

Групите са фокусирани върху: 1. неценови условия (политики за стимулиране на търсенето), 2. верига на доставки, 3. финансиране и 4. развитие на умения. Сред предложените мерки и идеи са определянето на набор от неценови критерии, които да дават „ефективни пазарни сигнали за соларните системи, произведени в Европа“, въвеждане на критерии и бонусни системи при обществени поръчки и специфични търгове, повишаване на устойчивостта, въглеродния отпечатък, рециклируемостта и социалните и управленските аспекти.

Наградите говорят

Наградите на панаира „По-умното „Е“ са показателни за това накъде върви индустрията. Международният панел от съдии оцени иновациите на изложението и избра разработки, които изпъкват пред всичко останало - те са важни за цялата индустрия, задават тенденциите, вдигат „летвата“.

Соларни постижения

Мощен, но евтин верижен инвертор за широкомащабни слънчеви фотоволтаични инсталации, разработен от HUAWEI Technologies, отнесе голямата награда на Intersolar. SUN2000-330KTL е безтрансформаторен инвертор с много висока производителност от 330kW и компактен дизайн наред с европейска ефективност от 98,8%. С клас на защита IP 66, той има нови решения като тройна DC защита, която предотвратява възникването на традиционните PV проблеми, и технология за самопочистване, намаляваща грешките и съответно разходите за поддръжка. Базиран е на изкуствен интелект, с модерна, високопроизводителна електроника.

Модулите ABC, създадени от китайската Aiko Solar, взеха втората награда. Те се базират на n-тип слънчеви клетки и са сред най-мощните слънчеви панели в света. Достигат капацитет от 610W при 23,6% ефективност. Имат впечатляващи температурни коефициенти и 30-годишна гаранция за мощността. В допълнение към техническото постижение, новата линия на Aiko Solar се отличава с добра естетика. Като голяма иновация отличие получи и слънчевата метрологична система SINUS-360 ADVANCED на немската WAVELABS, производител на LED светлинни симулатори за измервания на слънчеви клетки. SINUS-360 ADVANCED дава възможност за точно и ултра-бързо характеризиране на фотоволтаични клетки в производството, изследванията и тестването. Неговите 27 индивидуално контролирани LED канала имат особено хомогенно светлинно поле и са в състояние да възпроизвеждат светлинните условия на почти всяка точка на Земята по спектрално реалистичен начин.

Най-доброто от света на батериите

LDES бромоводородна поточна батерия спечели приза в изложението EES тази година, дело на холанската Elestor. Използва бромоводород в издръжлива поточна батерия с мегаватов диапазон. Уникалният химичен състав може да помогне за 3-кратно намаляване на разходите за съхранение през целия жизнен цикъл, в сравнение с литиево-йонните системи (дори по-значително в сравнение с ванадиевите). Бромът може да се извлича от морска вода, което го прави устойчива алтернатива. С двупосочен КПД до 75% и експлоатационен живот до 25 години, системата задава нови стандарти за поточните батерии.

FENECON Industrial L взе другата награда. Това е интегрирана, мащабируема платформа за съхранение на батерии, позволяваща алтернативно използване на излишните ЕПС батерии като част от енергийния пазар. Със своята висока енергийна плътност и вътрешно течно охлаждане, Industrial L постига мощност от 736kW и има общ капацитет от 1,28MWh. Удобният за потребителя дизайн и базираното на отворен код управление на енергията позволяват широк спектър от приложения, като например в слънчеви ферми, зареждане на електрически автомобили или захранване на индустриални приложения. По време на периоди на слабо търсене или работа при частично натоварване системата се редуцита, за да работи само с част от инверторите, подобрявайки ефективността и продължителността на живота на компонентите.

Sungrow PowerStack ST500CP, система за съхранение на енергия с течно охлаждане, взе третия приз. Това е е мощна модулна система за съхранение на енергия за търговски и индустриални приложения. Има мощност до 250kW и капацитет за съхранение между 537 и 1146 kWh. Предварително инсталираният модул, надземното окабеляване и безжичният контрол на системата за управление на енергията улесняват инсталирането и пускането в експлоатация, спестявайки до 60% време за инсталиране. Вътрешното течно охлаждане намалява енергията, необходима за управление на топлината, с 30 процента. Температурните разлики между отделните клетки се поддържат в рамките на ≤2,5°C. Това намалява неравномерното стареене на клетките и може да удължи живота на системата с 2 г.

Новата мобилност: черешката на тортата

FLEXO Smart Charge взе първа награда в категорията, дело на швейцарската Hive Power. Системата предлага усъвършенствани възможности за „vehicle-to-grid“ зареждане, оптимизирано зареждане и подробни прегледи на разходите и ползите за мениджърите на автопаркове от електромобили и производителите на оригинално оборудване. Хардуерно независимата платформа е проектирана и за динамични, променливи в зависимост от натоварването тарифи за електроенергия. За потребителите е предвидено удобно приложение за информиране за доходи, време и разходи за зареждане.

Конектор за мегаватово зареждане на електромобили с охлаждане (3-12 MW) грабна другата награда. То е разработка на paXos Consulting & Engineering от Кьолн. Осигурява до 12 MW мощност при 99,78% ефективност - което прави бързото зареждане лесно, независимо дали за електрически камиони, автобуси, строително оборудване или тежкотоварни морски и авиационни приложения. Пръстенообразна радиална връзка между конектора и контакта осигурява ниско контактно съпротивление и позволява директно охлаждане, което води до значителни икономии на енергия и позволява до 100 000 цикъла на зареждане.

Система за анализ на здравето на батериите от немската TWAICE Technologies взе третата награда. Mobility In-life Battery Health Analytics предоставя на производителите на електрически превозни средства, сервизите и собствениците на автопаркове подробна информация за състоянието на батериите и прогнозите за стареене. Според журито, „аналитичният софтуер използва изкуствен интелект, за да превърне батериите за еавтомобили в ценни активи, като увеличи максимално живота им и намали разходите за поддръжка, гаранция и подмяна.“

Управление на енергията: летвата се вдига

Награденият в категорията за енергийно управление FERESTO Rental Storage е сред първите по рода платформи за търговска и индустриална употреба: иновативният лизингов модел позволява бърза интеграция на широкомащабни акумулаторни системи, които намаляват пиковото потребление в мрежата, подобряват стабилността на системата и намаляват разходите за разширяване на мрежата. Системите за съхранение имат широк спектър от приложения, независимо дали като временно решение за индустриални райони, които все още не са свързани към мрежата, или за разширяване на капацитета.

ChargePilot на немската The Mobility House предлага гъвкава и интегрируема система за управление на енергията за оптимизирано зареждане. Платформата е хардуерно независима и подходяща за паркинги и търговски сгради, като намалява пиковите натоварвания и предлага евтина алтернатива за разширяване на мрежовата инфраструктура.
Комбинацията от хардуер и софтуер прави възможно зареждането на електрически превозни средства предимно с ток от възобновяеми източници на енергия. V2G функционалността помага за стабилизиране на местната електрическа мрежа.

Емблематични иновативни проекти

Проектът FlexNet EkO на Maschinenfabrik Reinhausen в германския квартал БобрицшХилберсдорф взе голяма награда от панаира „По-умното „Е“, демонстрирайки пътя към по-интелигентни и по-екологични мрежи за разпределение, показвайки как мрежовите оператори могат да включат повече възобновяема енергия, да стабилизират напрежението и честотата и да подобрят цялостната функция на мрежата. Системата комбинира батерии със захранваща електроника и специализирани инвертори за оптимизиране на мрежите с ниско напрежение. Проектът бе изтъкнат като интелигентна концепция с потенциал за преодоляване на препятствията по пътя към „новия енергиен свят“.

Втората награда отиде при Vila Restauração Microgrid - пионерски проект за чиста енергия на (re)energisa в сърцето на тропическите гори на Амазонка. Чрез инициативата семейства, които са имали ток само 3 часа на ден и то от дизелови генератори, сега се радват на 24-часова възобновяема енергия при 60 процента по-ниски разходи. Микромрежата се състои от 325kW PV инсталация и 829 kWh литиево-йонна батерия. Има 4G интернет, безжични смарт измервателни уреди, инсталации за биогаз и два резервни генератора, захранвани от местно произведен биодизел. Осигурява чисто и надеждно електрозахранване за около 1000 членове на общността.

Свързаност на зелените технологии

Различните зелени енергийни технологии са тясно свързани и съществува голяма взаимозависимост между тях. Една от основните причини за това е, че различните технологии често се използват в комбинация, за да се осигури стабилност и ефективност на системите за производство и използване на зелена енергия. Затова, може би най-важната добавена стойност на това мащабно събитие се крие в събраните на едно място взаимно свързани зелени технологии, обединени под мотото “Creating a new energy world”. Както енергетиката, така и транспорта са изправени пред огромни предизвикателства и необходимост от чисти и устойчиви енергийни решения.

Зелената енергия е комплексна и взаимосвързана област, която включва слънчева енергия, батерийни технологии, електромобилност и управление на енергията. Изложенията, които обединяват тези различни сектори, позволяват на посетителите да видят цялостната картина и взаимодействат с ключови играчи от всички сфери. Комбинирането на изложенията позволява на участниците да взаимодействат и споделят знания и опит в различни области на зелената енергия. Това стимулира иновациите и развитието на нови решения и технологии.

Събирането на изложения на едно място привлича вниманието на индустрията и европейската общественост. Това осигурява по-голяма видимост за участниците и им позволява да представят своите продукти и иновации на поширока аудитория. The smarter E Europe създава икономически стимул за европейския регион, като привлича бизнеса и инвестициите, насърчава иновациите и в резултат създават множество нови възможности. В бъдеще се очаква свързаността между различните зелени енергийни технологии да продължи да се развива и засилва. Напредъкът в областта на мрежите smart grids и цифровизацията на енергийните системи ще играят важна роля за постигането на по-голяма интеграция и оптимизация на различните енергийни източници. Какво ще ни донесе бъдещето, ще може да видим на следващото изданието на форума от 19 до 21 юни 2024 година.