Aurinko kuin siementehdas — moduulit, jotka rakentavat toisen tehtaan
Sivilisaation sykli alkaa auringonvalosta. Yksi tehdas valmistaa moduuleja. Nämä moduulit ruokkivat tehdasta. Kun tehdas kasvaa, se valmistaa yhä enemmän moduuleja, jotka ruokkivat yhä useampia tehtaita – kunnes "rajallinen energia" muuttuu historialliseksi reliikiksi, josta lapsesi nauravat.
Miksi aurinko siemen-tehdas (energia, joka lisää energiaa)
Kaivokset ja sulatuslaitokset pitävät tasaisista megawateista. Siksi rakennamme koneen, joka "painaa" megawatteja: aurinkovoimatehtaan. Valmistamme moduuleja → liitämme ne → ruokimme tehdasta → valmistamme lisää moduuleja. Silmukka kiristyy. Koko teollisuusalue alkaa tuntua puutarhalta.
- Suljettu silmukka — moduulit ruokkivat linjaa, joka ne valmisti.
- Nopea tuotto — muutamassa kuukaudessa katetaan tehtaan oma sähkö, sen jälkeen puhdas ylijäämä.
- Puhdas mittakaava — osa tuotannosta käytetään uusien tehtaiden kloonaamiseen; kasvu muuttuu tavaksi.
Tehtaan piirros (moduulit kuin Lego, linjat kuin kiskot)
Mitä valmistamme
Lasin edessä, alumiinirunkoisina, monikidepiisilicon-moduulit (~500 W kukin). Yhdessä teollisuusalueessa toimii polisilicon → lohko → levy → elementti → moduuli, ja aurinkolasit sekä rungot ovat lähellä.
Elementtiteknologia: TOPCon/HJT-luokka Moduulin teho: ~500 W Linjan valmius: 8 000 h/kk (tavoite)Energian intuitio
Nykyaikaiset, tiiviisti integroidut linjat saavuttavat tehtaan sähkönkulutuksen noin ~0,35–0,60 kWh per watti moduulin lähtötehoa kohden (vain sähkö; materiaalien sisältämä energia erikseen ja monissa tapauksissa myös paikan päällä).
Suunnittelupiste: 0.40 kWh/W (perusta) Suunnittelualue: 0.35–0.60 kWh/WEnnalta lasketut mittakaavaskenaariot
Tehtaan mittakaavat (integroitu kampus)
| Tuotannon mittakaava | Keskimääräinen sähköteho | PV-tehtaan syöttö (min.) | Varastointi 12 tuntia | Huomautukset |
|---|---|---|---|---|
| 1 GW/vuosi | ~50 MW (0.40 kWh/W) alue ~40–70 MW |
~260 MWp* kasvu: 350–500 MWp |
~600 MWh | Kattaa linjan + apukäyttäjät |
| 5 GW/vuosi | ~250 MW (0.50 kWh/W keskiarvo) alue ~200–375 MW |
~1.3–1.9 GWp | ~3.0–4.5 GWh | Useita rinnakkaisia linjoja |
| 20 GW/vuosi | ~1,0–1,5 GW | ~5,1–7,7 GWp | ~12–18 GWh | Maailman solmun mittakaava |
*PV:n "minimi" koko päivittäisen energian mukaan: PVMWp ≈ (Kesk. MW × 24) / (5,5 PSH × 0,85). Suosittelemme kasvattamaan ("kasvu") syöttämään naapuritehtaita ja nopeuttamaan käynnistystä.
Kuukausituotos (1 GW/vuosi perusta)
| Yksikkö | Arvo |
|---|---|
| Moduulit (500 W kappale) | ~166 000 kpl / kk |
| Lisätty nimellisteho | ~83 MWp / kk |
| Keskimääräinen AC-teho (paikallisesti asennettu) | ~16 MW / kk† |
†Laskettaessa 5,5 huippuauringontuntia ja 85 % DC→AC järjestelmän hyötysuhdetta.
Energiantuoton intuitio
- Hyvän eristyksen tapauksessa asennettu watti tuottaa noin 1,6–1,9 kWh vuodessa.
- Tehtaan sähkön intensiteetti 0.35–0.60 kWh/W → kuukausia, kunnes tehdas kattaa tarpeensa.
- Omavaraisuuden jälkeen kaikki uudet moduulit ovat puhdasta ylijäämää kaupungille ja verkolle.
Omavaraisuusaikataulu (kuinka nopeasti silmukka sulkeutuu)
1 GW/vuosi perusta, 0.40 kWh/W sähköä, 5.5 PSH, 85 % hyötysuhde
| Kuukauden moduulien uudelleensijoitusosuus | Keskiteho, lisätty kuukaudessa | Kuukausia 50 MW tehtaalta | Kommentti |
|---|---|---|---|
| 100 % | ~16 MW | ~3 kk | Puhdas omavaraisuuden spurt |
| 60 % | ~9.8 MW | ~5–6 kk | Tasapaino omavaraisuuden ja viennin välillä |
| 30 % | ~4.9 MW | ~10–11 kk | Hitaasti ja varmasti |
Kun tehtaan keskimääräinen kuormitus katetaan, uudelleensijoitetut moduulit käytetään kasvattamaan muita tehtaita ja ruokkimaan jäljellä olevaa kaupunkia (sulatus, valssaus, lasi). Tämä on varastoinnin moottori.
Materiaaliluettelo (1 MW moduuleja)
| Materiaali | Tyyppimäärä | Huomautukset |
|---|---|---|
| Aurinkolasi | ~50 t | ~5 000 m² @ ~10 kg/m² |
| Alumiinirungot | ~5 t | Suuri kierrätetyn metallin osuus |
| Piidioksidi (levyt) | ~3.5–5.0 t | ~3–5 g/W, mukaan lukien leikkaushäviöt |
| EVA-kapselointiaine | ~1.5 t | Tai POE HJT -teknologiaan |
| Takakalvo | ~0.7 t | Tai kaksikerroksinen lasi |
| Kuparinauhat | ~0.4–0.8 t | Elementtien liitokset |
| Hopea (pasta) | ~10–20 kg | Vähenee uuden metallisoinnin vuoksi |
| Liitosrasioita | ~2 000–2 500 kpl | 500 W moduulit |
Alumiini-, lasi- ja kuparilinjat sijaitsevat samassa tehtaassa (4–6 osaa). Lyhyet putket, lyhyet kuljetukset, vähän huolia.
Kuukausittaiset materiaalit (1 GW/vuosi)
~83 MWp/kk tuotanto ≈ ~166 000 moduulia (500 W moduuleja).
| Materiaali | Kuukaudessa |
|---|---|
| Lasi | ~4 150 t |
| Alumiini | ~415 t |
| Piidioksidi | ~290–415 t |
| Kupari | ~35–65 t |
| Hopea | ~0.8–1.7 t |
Nämä virtaukset — ostoslistamme paikallisille metalli- ja lasilinjoille.
Teho vaiheittain (suunnittelemme tasaista, ei "hampaista" profiilia)
1 GW/vuosi integroitu kaupunki — suuntaa-antavat keskiarvot
| Vaihe | Keskimääräinen sähköteho (MW) | Huomautukset |
|---|---|---|
| Polikidepiin valmistus | ~10–20 | FBR/Siemens-hybridi; lämmön talteenotto |
| Piirien ja kiteiden kasvatus | ~8–12 | Czochralski-veto; usean uunin pankit |
| Levyn leikkaus | ~6–10 | Timanttijohto; roskien keräys |
| Elementtien linjat | ~15–25 | Diffuusio, PECVD/PVD, palaminen |
| Moduulien kokoonpano | ~2–5 | Laminaattorit, stringerit, testaus |
| Yhteensä | ~41–72 | Suunnittelupiste noin 50 MW |
Paikallinen mikrorakenne toimii: suuria kuormia (lohkojen kasvatus, laminaattorit) synkronoidaan akkumuloinnin kanssa huippujen välttämiseksi. Päivän PV-ylijäämä ruokkii yölatausta.
Maa ja rakennukset (missä kaikki ”asuu”?)
Tehdasalue
- Suljetun tilan tilat (1 GW/vuosi): noin 60–100 tuhatta m² useassa hallissa
- Tuki ja varastointi: noin 20–40 tuhatta m²
- Koko teollisuusalueen pinta-ala: noin 25–60 hehtaaria (autot, parkkipaikat, turva-alueet)
- Aurinkolasin ”kuuma” osasto: erillään omalla turva-alueellaan
Aurinkopaneelikenttä tehtaan ruokkimiseen
- Sääntö: noin 1,6–2,0 hehtaaria per MWp
- 1 GW/vuosi tehdas, PV vähintään 260 MWp: noin 420–520 hehtaaria (4,2–5,2 km²)
- Akkumulointiyksikkö (12 tuntia): noin 600 MWh (kontissa) jakeluaseman vieressä
Järjestetty kuin aurinkoniitty – pölyttäjille suotuisa, kevyellä laidunnuksella moduulien alla.
Kysymyksiä ja vastauksia
”Eikö moduulien valmistus ole hyvin energiaintensiivistä?”
Niin – ja juuri siinä on sen supervoima. Koska moduulit tuottavat energiaa. Muutaman kuukauden tuotanto ruokkii koko tehtaan, ja sen jälkeen kaikki ylimääräinen menee metalleillesi, lasillesi ja naapureillesi.
”Mistä saamme hopeaa/alumiinia/lasia?”
Itsestään. Osissa 4–6 – puhtaat sulatus-, rullaus- ja lasilinjat samassa teollisuusalueessa; toimitusketju lyhenee trukin ajomatkaan.
”Entä yöt ja pilvet?”
Lisäämme aurinkopaneelikenttää ja käytämme akkumulointia, noin 12 tunnin keskikuormituksella. Mikrorakenne suunnittelee suuret vaiheet latausikkunoiden mukaan. Pidämme tylsistä verkon käyristä.
Seuraavaksi: Savuton sulatus – puhtaat uunit teräkselle ja ystäville (osa 4). Vaihdamme hiilen elektroneiksi, ja taivas muuttuu paljon kirkkaammaksi.