Solarstraßen verstehen: Ein technischer Fehler epischer Proportionen

Erinnern Sie sich an Solarstraßen? Als neue Erinnerung Solarstraßen wurde 2014 massiv viral nachdem behauptet wurde, die Endlösung für die globale Energiekrise zu sein. Die Idee war einfach: Sonnenkollektoren in Straßen zu implantieren, um Strom erzeugen . Die Paneele sollten angeblich auch die Straßen mit verschiedenen LED-Mustern beleuchten und lackierte Linien ersetzen. Im Winter könnten Heizschlangen Schnee und Eis schmelzen - und das bei gleichzeitiger Stromerzeugung und geringerem Wartungsaufwand.

Das Versprechen schien zu gut, um wahr zu sein. Und wie sich herausstellte, war es das.

Nach Jahren der Entwicklung und Millionen von Dollar einschließlich staatlicher Mittel ist keine der heute installierten Solarstraßen kostengünstige oder effiziente Energieerzeuger. Die Straßen sind teuer und produzieren weit weniger Strom als das, was mit dem Geld produziert werden könnte wird in einem Solarpark verwendet - oder indem Sie die Paneele einfach am Straßenrand platzieren.

Wie sich herausstellte, gab es viele, viele Hindernisse, wenn es darum ging, Straßen in riesige Sonnenkollektoren zu verwandeln.

Ein technischer Fehler

Mit dem globalen Straßennetz zwischen 21 und 32 Millionen Kilometer 13 und 19,8 Millionen Meilen Es erscheint vernünftig, nur einen Teil davon mit Sonnenkollektoren zu bedecken, um eine erhebliche Menge Strom zu erzeugen. Wenn Sonnenkollektoren nur auf einem Bruchteil von Straßen aufgestellt werden, sollte theoretisch genug Energie erzeugt werden, um die ganze Welt mit Strom zu versorgenist nur unter den besten Bedingungen erreichbar - wenn die Sonnenkollektoren direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind.

Der größte Anreiz des Projekts war seine Fähigkeit, sich selbst zu finanzieren und einen guten Return on Investment ROI zu erzielen. Bisher hat jedoch noch keine Solarstraße einen positiven Cashflow erzielt. Stattdessen haben die Projekte eine Reihe von Problemen verursachtProbleme und umfangreiche Wartung erforderlich. Obwohl die Technologie seit Jahren in der Entwicklung ist, ist die Idee noch nicht realisierbar.

Nicht genug Licht

In einem traditionellen Solarpark sind Solarmodule zur Maximierung der Effizienz in Richtung Sonne geneigt. In fortgeschritteneren Farmen sind die Module so konstruiert, dass sie der Sonne folgen und die Menge an Energie, die sie extrahieren können, weiter verbessern. Ein typisches Solarpanel kann etwa verbrauchen20 Prozent der Energie, die die Sonne erzeugt. Die Optimierung der Lichtmenge, der die Paneele ausgesetzt sind, ist für den Betrieb eines kostengünstigen Systems unerlässlich.

Auf der anderen Seite minimieren flach verlegte Solarstraßen die direkte Sonneneinstrahlung der Paneele, wenn die Paneele am effizientesten sind. Wenn Sie ein Paneel flach verlegen, erhalten Sie im Vergleich zu direktem Sonnenlicht eine Leistung von 60 ProzentEine geringe Menge an verfügbarer Energie wird durch die Umgebung weiter eingeschränkt.

Unter den besten Bedingungen sind die Paneele ohne Berücksichtigung des ständigen Verschleißes, dem sie während ihrer gesamten Lebensdauer ausgesetzt sind, im Nachteil.

LEDs sind tagsüber schwer zu sehen

Eine der versprochenen Eigenschaften von Solar Roadways war die Aufnahme von LEDs, die die Notwendigkeit ersetzen würden, Linien auf Straßen zu malen. Ein kritisches Gleichgewicht muss jedoch erreicht werden, indem die Lichter sichtbar gemacht werden, aber nicht zu viel Strom verbraucht wird.

Bei aktuellen LEDs ist der Stromverbrauch immer noch zu hoch und die Lichter brennen zu schnell aus, um die Beleuchtung wirtschaftlich zu machen. In Ampeln verwendete LEDs verwenden eine Abschirmung, um direktes Sonnenlicht auszublenden und die Lichter heller erscheinen zu lassen. Auf der SolarstraßeDie Lichter wären schwer abzuschirmen, was sie tagsüber viel schwieriger zu sehen macht. Nachts wären sie gut sichtbar, aber dies verursacht auch ein Problem: Wenn nachts kein Strom erzeugt wird, würden die Lichter zeichnenStrom direkt aus dem Netz.

Das Solar Roadways-Team hat eine kleine installiert. 13,9 m² Abschnitt der Solarstraße in Sandpoint, Idaho im Jahr 2017, aber die Ergebnisse waren eher unscheinbar. Leider brach der kleine Abschnitt der Sonnenkollektoren fast sofort und fing einige Zeit später Feuer. Außerdem waren die Lichter selbst kaum zu sehendirekte Winkel zur Straße. Die Paneele erhielten ein Upgrade, aber die Lichter waren immer noch unglaublich schwer zu sehen, ohne sich in einem hohen Winkel zu befinden. Das Gegenteil der Winkel, in denen die Fahrer sie sehen würden.

Die Eigenschaften des Glases selbst schränken die Fähigkeit der Straße zur Stromerzeugung weiter ein. Schmutz und Blätter sammeln sich auf der Oberfläche an und wirken als abrasives Material, das die Straße schnell zerkratzt und abnutzt, und die Glassplitter können zusätzlichen Verschleiß verursachenreißen zu den Autos, die die Straße benutzen.

Fortgeschrittene Polymere wurden für den Bau der Straßen in Betracht gezogen, um die Paneele zu schützen. Die Herstellung der meisten Polymere ist jedoch in ausreichenden Mengen teuer, um eine Straße zu bauen, die der konstanten Kraft des Verkehrs standhält. Das Material besteht normalerweise auch aus FossilienKraftstoffe, die den Zweck der Verwendung von Sonnenkollektoren zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks zunichte machen.

Wenn sich die Paneele abnutzen, wird das Glasmaterial undurchsichtig. Die Klarheit des Glases würde die Fähigkeit der Paneele, Licht zu sammeln, erheblich beeinträchtigen. Die Herausforderung besteht in der Montage. Die Kosten für die Implementierung des Systems könnten die Effizienz und Praktikabilität von niemals überschreitenEinfache Installation der Solarmodule in weitaus effizienteren Anordnungen.

Die Idee, Asphalt durch eine Glasscheibe zu ersetzen, ist noch absurder, wenn man die Kosten berücksichtigt. Derzeit ist keine Beschichtung verfügbar, die der Kraft bewegter Fahrzeuge standhält und gleichzeitig Strom erzeugt.

Es ist absurd teuer

Solar Roadways behauptet, dass c über den südlichen 48 US-Staatsstraßen mit Solarstraßen ca. 6 Milliarden Quadratmeter würde produzieren dreimal mehr Strom als der jährliche Stromverbrauch der Vereinigten Staaten. Dies setzt jedoch nicht nur voraus, dass die Straßen wie angekündigt funktionieren, sondern berücksichtigt auch nicht die Kosten eines solchen astronomischen Projekts.

Für das Demonstrationsprojekt in Idaho hatten die Panels eine installierte Leistung von 1,529 KW bei einer Installation von 48.734 USD, was Kosten pro installierter kW von rund 33.000 USD bedeutet, was etwa dem 20-fachen der Kosten für ein Solarkraftwerk entspricht. Solar Roadway schätzt diesDie LED-Leuchten würden 106 MWh pro Fahrspurmeile verbrauchen, wobei die Panels 415 MWh erzeugen würden - also würden mehr als 25 Prozent der Nutzleistung von den LEDs verbraucht. Die Heizplatten würden 2,28 MW pro Fahrspurmeile verbrauchen, was bedeutet, dass sie betrieben werdenfür nur sechs Tage würde sich jeglicher Nettogewinn aus den Sonnenkollektoren aufheben.

Es macht Spaß, sich die Idee vorzustellen. Mit den heute verfügbaren Materialien ist sie jedoch nicht ganz realisierbar. Um eine tragfähige Lösung zu entwickeln, ist erheblich mehr Forschung erforderlich. Es ist jedoch möglicherweise eine bessere Idee, die Platzierung der Paneele und anzupassenStellen Sie sie an Orten auf, an denen sie direktem Sonnenlicht ausgesetzt sein können. Tatsächlich nehmen Gebäude viel mehr Platz ein als Straßen. Also, Wenn nur ein Bruchteil der vorhandenen Dächer mit Sonnenkollektoren abgedeckt wird, wird sofort mehr Strom erzeugt als auf Straßen, und die Technologie funktioniert bereits.

Es wäre auch wesentlich effizienter, die Solarmodule entlang der Straße zu betreiben, wo sie keinen rauen Bedingungen ausgesetzt sind, leichter zu warten sind und viel wirtschaftlicher sind. Darüber hinaus könnten die Module abgewinkelt oder so eingestellt werden, dass sie der Sonne folgen, Maximierung der Leistung, die ihnen zur Verfügung steht.

Welche Fortschritte wurden erzielt

Bisher wurden weltweit einige Solarprojekte installiert. Einige von ihnen funktionieren besser als andere, aber insgesamt erzeugen sie nicht viel Strom - weit weniger als erwartet, wenn das Geld das Projekt finanziertwurde auf traditionellen Solarparks verwendet.

Im Dezember 2016 Frankreich enthüllt eine 1 km lange Solarstraße aus ca. 2.880 m ² 31.000 Fuß ² von Photovoltaikmodulen.Gebaut mit Colas ' Wattway-Technologie Es war die längste Solarstraße der Welt. Die Straße, die rund 5,2 Millionen US-Dollar kostete, sollte genug Strom erzeugen, um die Straßenlaternen in einer nahe gelegenen Stadt mit Strom zu versorgen. Dies ist jedoch nie geschehen.

Bis 2018 war die Straße verschlechtert sich bereits und 90 Meter mussten abgerissen werden. Verrottende Blätter auf der Straße, Risse in den Paneelen und ein Mangel an Sonne in der Region machten es weitaus weniger effizient als erwartet - auf seinem Höhepunkt produzierte es gerade80.000 kWh pro Jahr viel weniger als die erwarteten 150.000 kWh. laut zum Weiterfahren und wurde von Traktoren frequentiert, was den Verschleiß auf der Straße erhöhte. Dies war so schlimm, dass die Beamten die Höchstgeschwindigkeit auf 70 km / h ändern mussten. 2019 gab WattWay zu, dass dies das Ende warder Linie für ihre Straße und das Projekt würde nicht voranschreiten.

Nach der Installation in Frankreich wurde in der Nähe der Grenze zwischen Alabama und Georgia in den USA eine Teststrecke installiert. Im Dezember 2020 stellte Peachtree, Georgia, die Straße offiziell vor. erste Solarstraße der USA . Die Anlage soll jährlich mehr als 1.300 kWh Energie produzieren, die zum Laden lokaler Elektrofahrzeuge verwendet wird. Da die Fahrbahn relativ neu ist, sind nicht viele Informationen über ihre Haltbarkeit verfügbar.

Da es jedoch mit der gleichen Technologie wie die französische Straße hergestellt wurde, kann man davon ausgehen, dass es sich innerhalb weniger Jahre wahrscheinlich verschlechtern wird.

Eine weitere vielversprechende Installation war die Jinan-Solarstraße in China. Ingenieure behaupteten, dass die 1 km lange Teststraße in der Lage sein würde, beeindruckende Gigawatt Energie pro Jahr zu produzieren und bis zu 800 Haushalte mit Strom zu versorgen. Die Straßeselbst bestand aus drei verschiedenen Schichten, die von der Qilu Transportation Development Group entwickelt wurden. Die erste Schicht bestand aus einer Isolierung, dann aus dem Solarpanel und schließlich aus einer transparenten Betondeckschicht.

Doch nur fünf Tage nach der Eröffnung der Straße im Jahr 2017 ging ein sechs Fuß großes Paneel verloren und die umgebenden Paneele wurden beschädigt - angeblich durch ein professionelles Team von Dieben .

Verbesserung der Wissenschaft

Technologische Fortschritte werden ständig gemacht. Die moderne Menschheit lebt von Innovation. Obwohl es viele großartige Ideen gibt, gehören Solarstraßen für Autos wahrscheinlich nicht dazu.

Das Design ist viel zu teuer, unzuverlässig und funktioniert nicht. Mit der heute verfügbaren Technologie ist es nicht möglich, ein solches Projekt zu entwerfen. Anstatt Zeit und Geld für die Entwicklung unpraktischer wissenschaftlicher Projekte zu verwenden, könnten echte Fortschritte erzielt werdenFinanzierung funktionaler Solarparks, die nachweislich funktionieren.

Vielleicht wird es in Zukunft ein Material geben, das den Belastungen des Verkehrs standhält und Strom produzieren kann. Diesmal ist es jedoch nicht jetzt. Die Idee ist unglaublich cool, aber leider auch völlig unpraktisch.

Ein großes Dankeschön geht auch an diejenigen, die dazu bereit sind konstruktiv kritisieren extravagante Behauptungen. Ohne Kritik kann die Wissenschaft nicht vorankommen. Es ist großartig, über den Tellerrand hinaus zu denken, aber es ist auch wichtig, Zeit in praktischere Lösungen zu investieren. Obwohl es eine großartige Idee ist, ist es eine Idee, die einfach nicht funktionieren kann - nicht noch das heißt.

Weitere Informationen zum technischen Fehler bei Solarstraßen finden Sie in einigen fantastischen Videos.