O estado atual da energia solar em residências nos EUA

Só não entre em pânico, mas até 2050, precisaremos gerar 15 TW de energia a partir de fontes renováveis ​​(sem aumentar as emissões de dióxido de carbono), a fim de estabilizar a concentração de CO ₂ na atmosfera. E em termos de acessibilidade, a energia solar atualmente tem o maior potencial para isso.

A energia solar é "provavelmente a única solução de energia que é séria o suficiente em troca e aceitável o suficiente para os requisitos [ambientais] de longo prazo do planeta", diz Richard Perez, chefe do Centro de Pesquisa em Ciências Atmosféricas da Universidade Estadual de Nova York em Albany. A análise da Perez inclui fontes geotérmicas, eólica, outras fontes renováveis, fusão nuclear e todos os tipos de combustíveis fósseis.

Portanto, se as fontes eólica, hidrelétrica e geotérmica em algumas regiões operam em escala local, o potencial atual de energia solar supera qualquer outra fonte de energia renovável em várias ordens de magnitude . Este é o único candidato, além da energia nuclear, a uma solução global para extrair grandes quantidades de energia.

Em média, cerca de 175 W / m2 ^de energia solar chegam à Terra. Se assumirmos que 10% dessa energia pode ser convertida em eletricidade, o fornecimento da energia necessária nos EUA exigirá cobrir 2% das terras dos EUA com painéis solares - essa é aproximadamente a área de Dakota do Norte. Como esta é 30 vezes a área de nossos telhados , para coletar uma quantidade tão grande de energia, será necessário construir grandes usinas de energia solar.

Mas isso não reduz a utilidade de vários painéis no seu telhado. Se você tem sua própria casa, basicamente pode gerar eletricidade a si mesmo. Você pode reduzir ou eliminar sua dependência do fornecedor de eletricidade - ou até vender excedentes para ele, reduzindo ainda mais os custos ou até lucrando.

A recente mudança de líder do estado sugere a incerteza da situação com as iniciativas solares dos EUA. Mas organizações, empresas e cidadãos individuais podem decidir por si mesmos se aumentam o uso da energia solar. Para melhor imaginar o estado atual do uso doméstico de energia solar nos EUA, nos familiarizamos com a prática, o lado econômico da questão e a experiência de diferentes pessoas que recentemente transformaram suas casas em pequenas usinas de energia. Esperamos que, mesmo se você mora em um apartamento no porão, essa informação possa ... esclarecê-lo.

Melhor do que nunca

Quando criança, admirávamos calculadoras e relógios movidos pelo sol. Alguns receberam kits de ciências como presentes, onde pequenos motores foram combinados com painéis solares do tamanho de palmeiras. Criar eletricidade a partir da luz parecia mágico. Por que não podemos fazer isso em todo o mundo?

Um dos principais obstáculos históricos para uma civilização que vive com energia solar é a baixa eficiência e o alto custo dos painéis solares (SP) - placas que convertem fótons em eletricidade. Sua eficiência, mais precisamente, o coeficiente de conversão fotovoltaica , é a proporção da energia elétrica produzida pelo painel para a energia da luz solar que cai sobre sua superfície.


Uma das primeiras joint ventures

A história deles é bastante longa. A primeira joint venture foi inventada em 1883 por Charles Fritts, que sonhava em como sua joint venture competiria com a crescente rede de usinas de queima de carvão de Thomas Edison. Mas a eficácia de 1% de sua joint venture impossibilitou a realização de um sonho.

Em 1954, os laboratórios de Bell demonstraram a joint venture ao público, conectando-a a uma roda gigante de brinquedo e a um transmissor de rádio. O dispositivo teve uma eficiência de 6%, o que foi uma conquista significativa em comparação com as joint ventures anteriores. Além disso, na verdade já era um painel no qual várias células solares estavam conectadas a um painel solar. Embora ainda fosse muito caro para uma ampla distribuição, o The New York Times ficou impressionado com a manifestação e declarou "o começo de uma nova era que levará à realização de uma das esperanças mais preciosas da humanidade - o desenvolvimento da energia quase ilimitada do Sol para as necessidades da civilização".

Nos anos 50 e 60, a pesquisa sobre SPs de silício continuou. Pequenas joint ventures começaram a aparecer em brinquedos e dispositivos de consumo. Em meados da década, a eficiência dobrou , mas o custo permaneceu muito alto, especialmente em comparação com o baixo custo de eletricidade da época. Uma joint venture de um watt custava US $ 300, e o custo de 1 W de energia recebida das usinas era de 50 centavos.

Mas até o final da década, as joint ventures haviam demonstrado sua utilidade como fonte de energia para toda uma frota de satélites artificiais. A Marinha dos EUA, inicialmente cética em relação à joint venture, mudou de idéia quando uma bateria regular no primeiro satélite morreu alguns dias depois. E a joint venture apoiou seu desempenho por anos.

O custo das joint ventures de alta qualidade usadas nos satélites e nos equipamentos espaciais, embora alto, é apenas uma fração do custo total desses sistemas, e o custo relativamente baixo de combustível e energia do solo nas décadas de 50 e 60 não estimulou uma redução no seu custo. Porém, no início dos anos 70, as joint ventures foram desenvolvidas usando materiais mais baratos, e o custo dos painéis caiu para US $ 20 por watt. Juntamente com a crise energética de 1973, isso causou uma nova onda de interesse na energia solar em termos de uso terrestre.

Mas a tecnologia ainda não estava pronta para o mercado de massa: a eficiência estava na região de 10% e o custo permaneceu alto.

Hoje, há um aumento no interesse em energia solar, tanto em casa quanto em uma escala maior. Tudo isso acontece devido à adição de vários fatores: redução de custos; aumento da eficácia do empreendimento conjunto; ambiente estimulante de reguladores e impostos; preocupações generalizadas sobre as mudanças climáticas; inovação empreendedora.

O aumento de interesse também está associado ao aumento exponencial do uso de energia solar nos últimos 20 anos. Perspectivas de crescimento persistem. Em pelo menos 30 países , incluindo parcialmente os Estados Unidos, a energia de uma joint venture coberta está ficando mais barata do que de uma rede - e isso não está contando subsídios para sua compra.

O que mais ajudou a entrada da joint venture na vida foi um mercado com muitas alternativas aos painéis de teto convencionais. Algumas empresas vendem opções esteticamente mais atraentes, como, por exemplo, uma joint venture na forma de uma cobertura de telhado (o resultado é um telhado brilhante, não painéis saindo dele). Uma empresa oferece pequenas casas projetadas para diferentes clientes, incluindo o segmento daqueles consumidores que estão tentando minimizar sua contribuição para as emissões de gases de efeito estufa. Alguns desses produtos vêm com tetos solares integrados e a capacidade de trabalhar de forma totalmente autônoma.

Elon Musk disse recentemente que seu "teto solar" na instalação será mais barato que o normal, mesmo sem considerar sua capacidade de gerar eletricidade. Essa opção tornaria a escolha de um telhado solar livre de riscos durante a construção.

Além disso, os proprietários das casas não se limitam à superfície dos telhados. A mesma tecnologia se aplica a carros e outros edifícios individuais, e os painéis SP podem ser instalados mesmo no campo ou no quintal.


Estação de monitoramento de água independente

Embora nos concentremos na energia solar em residências, é necessário observar o crescente segmento de joint ventures de médio porte. Eles são maiores que em casa, mas menores que usinas de energia solar em larga escala. Em uma recente viagem a Maryland e Virgínia, notamos vários lotes de terra plantados com fileiras de empreendimentos conjuntos, em vez de milho ou pasto para vacas. Pequenas usinas de energia solar estão se tornando uma maneira popular de tirar proveito da energia solar para pequenas comunidades, sem a necessidade de cada membro da comunidade comprar seu próprio sistema.

A visão da joint venture intercalada com cereais nos lembrou que esta é simplesmente a maneira mais nova de explorar a energia abundante e livre do sol - convertendo-a em eletricidade e não em açúcar através da fotossíntese.

Dólares e quilowatt-hora

Então, você decidiu começar a coletar energia solar. Este é um investimento inteligente?

Para muitas pessoas, esses não são apenas cálculos de receita e despesa: a percepção de que você está reduzindo sua contribuição para as emissões de gases de efeito estufa pode superar as considerações puramente financeiras. E aqueles que investem em um sistema autônomo com baterias obtêm satisfação com a segurança e independência da infraestrutura local.

Mas o sistema custa dinheiro. Se você não fez um acordo lucrativo com o instalador, para a maioria das pessoas a instalação de uma joint venture em um telhado é um investimento sério. Esses custos são reduzidos pela redução da sua conta de luz e, possivelmente, pela venda de sua energia para a rede.

Além dessas declarações gerais, é impossível fazer certas previsões sobre o custo da energia solar doméstica. Isso ocorre porque todos os fatores relacionados a isso dependem muito de onde você mora. Nas cidades onde a eletricidade custa mais alto, o investimento em painéis solares no telhado pode competir com o investimento em um fundo de índice. Onde o custo da eletricidade é menor e as condições climáticas tornam a joint venture ineficaz, isso pode ser um desperdício de dinheiro (além dos outros motivos acima). O custo de venda de eletricidade de volta à rede também varia de acordo com a região.

O pesquisador de energia Joshua Rhodes observa que o custo médio da energia solar de uma joint venture na cobertura, dada a instalação, a vida útil e outros fatores, agora se igualou nos Estados Unidos ao custo da energia da rede: cerca de 12 centavos de dólar por kWh. Esse pode ser um ponto de virada, significando que todo proprietário, atual ou potencial, deve considerar seriamente a joint venture como parte de seu investimento.

Mas esses números escondem os detalhes. O custo da energia recebida da rede no país pode variar 10 vezes, e o custo da instalação de painéis, assim como a luz solar, também variam bastante. Rhodes coletou seus dados em mapas que mostram em quais locais a energia solar doméstica vale o investimento e onde ainda não está pronta para a implementação.

Como resultado, existem grandes regiões onde o custo de energia e a quantidade de luz solar, como o sul da Califórnia, são de alta instalação de painéis. Pode ser uma boa ideia. No estado de Washington, é ruim com o sol e a eletricidade barata, portanto pode não haver sentido.

Mas essa informação rapidamente se torna obsoleta. As empresas comuns de silício convencionais têm declinado constantemente de preço, principalmente devido a economias de escala. Esse processo pode estar se aproximando da saturação do mercado , e futuras reduções de custo podem se basear em estudos de novos tipos de células solares ou métodos de produção.

Exemplo real

Nick White vive em Denver, Colorado, instalou a joint venture em seu telhado há pouco mais de um ano e manteve registros detalhados. Ele os compartilhou conosco, e o estudo deles será informativo.



Nick monitorou a saída de seu sistema solar e descobriu que a JV gerou aproximadamente 3.400 kWh de eletricidade em seu primeiro ano de operação. Durante esse período, sua família consumiu aproximadamente 4.200 kWh, ou seja, 800 kWh a mais do que o sol dava. O excesso veio da rede elétrica.

A eletricidade da rede custa 13 centavos de dólar por kW; portanto, uma conta de 800 kWh seria de US $ 104. Mas, de acordo com as regras, a empresa de energia deve pagar 3 centavos de dólar branco por cada kWh produzido por seus painéis. Este subsídio foi projetado para reduzir o custo de instalação de uma joint venture. Outros estados têm subsídios semelhantes.

O pagamento total para o painel foi de 3400 * 3 c, ou seja, US $ 102. Como resultado, a pontuação de White foi de US $ 2. Sem painéis, a conta seria de 4.200 kWh * 13 cts, ou US $ 546, de modo que o Sol obteve um lucro de US $ 546 - US $ 2 = US $ 544 por ano.

White observa que o retorno de US $ 544, dividido pelo custo de instalação de US $ 7672 (após o reembolso do imposto), fornece a ele um retorno de 7,09% (sem incluir os juros do empréstimo para a instalação). White acredita que ele investiu corretamente. E, com o passar dos anos, o custo da eletricidade da rede aumenta, a economia também aumenta, mesmo levando em consideração uma leve degradação da eficiência dos painéis.

Sobre o trabalho deles, ele diz: "Não penso neles. Eles estão sempre ligados e não há necessidade de cuidar deles. ”

O consumo de energia da casa de White é tão modesto (cerca de metade da média em sua região) porque antes de investir em uma joint venture, ele investia em tecnologias eficientes. Ele estima que as economias com o uso de lâmpadas LED e eletrodomésticos eficientes são ainda maiores do que com os painéis.

Talvez mais importante que o aspecto financeiro dos painéis seja o fato de a família White ter reduzido ligeiramente as emissões de gases de efeito estufa: 60% da energia do Colorado vem da queima de carvão . Para ele, este é "o melhor de todos os resultados".

Os brancos viajam muito no motorhome, que também forneceram com uma joint venture na cobertura. Este é um sistema autônomo com baterias. Eles estimam que um motorhome autônomo custa de 2 a 5 vezes mais do que o comum.

Talvez um exemplo útil do exterior

Antes de pensar em instalar uma joint venture em um telhado, você precisa avaliar a área de superfície disponível e a quantidade de luz solar que recebe. Isso permitirá que você determine se o sistema pode fornecer energia suficiente para fazer sentido. Os instaladores locais podem fazer os cálculos para você, mas é claro que é benéfico que eles vendam os painéis para você. Portanto, em geral, seria uma boa idéia descobrir o que você pode esperar do sistema antes de ir para uma empresa desse tipo.

O Project Sunroof é um site do Google que, após receber seu endereço, combinará dados no seu telhado com o clima local, sombreamento e tentará calcular o aspecto econômico da joint venture no telhado de sua casa. Pode ser útil como uma estimativa aproximada ou ajudar na escolha entre várias opções para as casas que você deseja comprar, mas o projeto ainda está em estágio inicial e não é capaz de análises detalhadas. Por exemplo, ele acredita que toda a superfície do telhado está disponível para a instalação de uma joint venture, embora seja possível que as leis locais e considerações práticas não permitam que ela ocupe tudo. E no momento da redação deste artigo, o site não funciona em todos os endereços possíveis.

Um exemplo do uso não padrão de energia solar, que dificilmente será capaz de calcular algoritmos do Google, é a experiência de Chris de Decker, que administra seu blog "Low Tech Magazine" em seus próprios apartamentos perto de Barcelona, ​​na Espanha. Recentemente, ele decidiu realizar um experimento e alimentar seu escritório exclusivamente a partir de painéis solares. E, embora estejamos falando sobre os Estados Unidos aqui, sua experiência é interessante. A energia solar média em Barcelona a 1700 kWh / m2 / ano coincide com os Estados Unidos.

De Decker não tem acesso ao telhado, então aproveitou as janelas. Acontece que eles idealmente vão na direção entre o sul e o sudeste, e não são obscurecidos por árvores ou edifícios. Mas os pequenos painéis colocados nos peitoris das janelas não eram suficientes para abastecer o escritório.

Ele foi capaz de aumentar a produção da joint venture construindo titulares para eles, de modo que os painéis fossem inclinados em um ângulo que captasse mais energia do Sol (foto abaixo). Essa estratégia é seguida em usinas de energia solar, mas geralmente não está disponível para casas típicas onde os painéis são simplesmente montados no telhado. De Decker aumentou a produção média anual em cerca de 10%, alterando periodicamente o ângulo dos painéis, enquanto essa vantagem acabou sendo mais do que parece. O aumento da produção ocorreu no inverno, quando é muito importante extrair todos os watts disponíveis do sistema. Durante esses meses, um painel inclinado pode produzir 3 vezes mais energia do que um horizontal.



Mais importante foi a transformação de seu escritório em um sistema operando a partir de uma corrente direta de 12 V. Diferentes joint ventures produzem corrente direta de voltagem diferente, e 12 V é a voltagem mais comum para pequenos painéis. Isso é conveniente para alimentar muitos dispositivos eletrônicos, por exemplo, laptops com 12 V. Quando você conecta o laptop a uma fonte de alimentação CA, a fonte de alimentação transforma 120 V (nos EUA) de corrente alternada em 12 V DC, como resultado da perda de energia. Essa perda é facilmente sentida pelo aquecimento da unidade.

Para que um sistema típico de coleta de energia solar seja combinado com a fiação elétrica, sua corrente direta é fornecida através de um inversor e um transformador, que o converte em 120 V e 60 Hz (nos EUA), necessário para a eletrônica doméstica. Em vez de converter a saída dos painéis e perder energia, de Decker converteu os dispositivos para que eles consumissem uma corrente de 12 V diretamente dos painéis. Na maioria dos casos, era suficiente usar um cabo de alimentação diferente. Como resultado, 40% da energia foi economizada, o que influenciou bastante o sucesso de seu experimento.


Instalação de joint venture em Massachusetts

Nosso último exemplo surgiu graças a Benjamin Meyer, que vive em Massachusetts. O clima na Nova Inglaterra é imperfeito, e os painéis são frequentemente cobertos de neve. No entanto, durante o ano, eles geraram mais energia do que a fazenda consumida. Os Meyers, em resposta, instalaram um sistema de ar condicionado e outros aparelhos para alinhar o consumo à produção. Cinco anos após a instalação, os painéis se pagaram, dados os subsídios do Estado e as concessões fiscais.

"Eu raramente penso em painéis", disse Meyer. – , , , , . , , , ».




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