Модное слово «фотоэнергетика»

Солнечные станции из-за абсолютной экологичности и простоты обслуживания могут стать серьезной альтернативой другим методам производства электроэнергии.
Фото Reuters

Успехи последних лет в технологии фотопреобразования и положительный практический опыт использования фотоэлектрических систем стали основой быстрого развития фотоэнергетики в мире. Мировой рынок фотоэлектричества уже в прошлом году перешел тысячемегаваттный рубеж. По разным оценкам, если стоимость полученной фотоэлектрическим методом электроэнергии снизится до 10 центов за 1 кВт-ч, фотоэнергетика может стать серьезной альтернативой любым другим методам производства электроэнергии. В том числе из-за абсолютной экологической чистоты и безопасности и чрезвычайной простоты в обслуживании. При этом фотопреобразователям на основе кристаллического кремния отводится ключевая, основополагающая роль.

Помня о значительном вкладе российских ученых и специалистов в теорию и практику фотоэлектрического метода, закономерен вопрос о текущем состоянии этого направления в России, роли и месте на мировом рынке сегодня и в будущем. Еще более актуален вопрос: как далеко мы находимся от сформулированной выше цели – 10 центов за 1 кВт-ч?

Основные компоненты в структуре стоимости фотоэлектричества представляют собой удельные стоимости исходного полупроводникового материала, в данном случае кристаллического кремния, резки кристаллов кремния на пластины, переработки пластин в солнечные элементы, сборки элементов в солнечные модули и сборки модулей в солнечные фотоэлектрические системы. Каждый из этих компонентов, в свою очередь, содержит ряд основных параметров, текущие значения которых характеризуют уровень используемых технологий.

Для наиболее распространенного и перспективного в качестве исходного материала для фотоэнергетики монокристаллического кремния текущие значения основных параметров следующие: стоимость 1 кг – 200 долл., толщина исходных кремниевых пластин – 250–300 мкм, средние значения КПД солнечных модулей массового производства – 14%, средние значения технологических коэффициентов переработки пластин кремния в солнечные элементы и модули – 0,9–0,92.

При этих значениях основных параметров стоимость 1 ватта генерируемой солнечным модулем мощности составляет сегодня 2,7–2,8 долл., фотоэлектрической системой – 4,5–5,0 долл. Электроэнергия, производимая такой системой в течение гарантийного срока службы (20 лет) при условии, что система работает эффективно не менее трех часов в сутки, будет стоить потребителю 20–25 центов за 1 кВт-ч. Это и есть ответ на вопрос, как далеки мы от поставленной цели. Необходимо как минимум двойное уменьшение стоимости солнечных модулей, и от того, как быстро удастся решить эту задачу, зависят наша роль и наше место на мировом рынке.

Сегодня доля российских изделий фотоэлектричества на мировом рынке не достигает и 1%. При наличии столь высокого интеллектуального, технического и технологического опыта в этой области в России это должно вызывать недоумение. Естественно, нас никто не ждет на рынке и некоторое противодействие со стороны крупнейших зарубежных производителей закреплению позиций изделий российского производства на рынке будет оказываться. В то же время заслуги и авторитет российских технологий в этой области пока еще помнят, и этим нужно пользоваться для совершения «рывка» на мировой рынок. Нужны быстрые и серьезные инвестиции для, по сути, создания отрасли российской фотоэнергетики, начиная с развития производства полупроводникового кремния. При этом не нужно рассчитывать на государственную поддержку этой отрасли. В энергетической стратегии России роли ВИЭ отводится весьма незначительное место, а фотоэнергетике как части ВИЭ – и того меньше. Российскую фотоэнергетику может поддержать крупный российский бизнес, и основания для этого у него есть. Это и образовавшийся дефицит изделий фотоэлектричества на мировом рынке, и стабильный рост цен на них в последние несколько лет. Создание крупномасштабных производств полупроводникового кремния, кремниевых пластин, солнечных элементов, модулей и систем является весьма рентабельным направлением для инвестиций. Кроме того, как показывает европейский опыт, массовое производство стимулирует возникновение и быстрое развитие местных рынков фотоэлектричества. При этом емкость российского рынка оценивается миллиардами ватт. Государственная роль в развитии рынка фотоэлектричества может проявиться в выработке и применении специальных тарифов на фотоэлектричество по примеру той же Европы. Работа в этом направлении ведется, и, возможно, в скором времени в России появится специальный закон об использовании возобновляемых источников энергии, в котором предусмотрены и специальные тарифы на электроэнергию от солнечных фотопреобразователей в том числе.

В России удалось разработать новую технологию производства высокоэффективных СЭ, примерно в 10 раз увеличить объемы производства, которые сегодня превышают 5 МВт в год и являются самыми большими в России. Это заслуга ученых краснодарского предприятия «Солнечный ветер», созданного около десяти лет назад по инициативе Интерсоларцентра и поддержке Миннауки России. Однако необходимы качественные изменения технико-экономических показателей производимой продукции, поскольку это позволит России сохранить либо укрепить свои позиции на мировом рынке.

С этой целью необходимо осуществить следующее: существенно уменьшить стоимость исходного монокремния практически в два раза. Эта задача будет решена в рамках реализации проекта создания экологически чистого бесхлорного производства особо чистого поликремния алкоксилановым методом. В основе метода лежит реакция взаимодействия металлургического кремния с этиловым спиртом в присутствии катализатора с получением триэтоксисилана и затем моносилана, который является наилучшим сырьем для получения поликремния высокого качества. По нашим оценкам, энергозатраты на получение 1 кг поликремния уменьшатся в 10 раз по сравнению с широкоизвестным и используемым Сименс-методом, а стоимость его не должна превышать 20 долл. за 1 кг. Стоимость монокремния, полученного из такого поликремния, не будет превышать 70 долл. за 1 кг. В настоящее время ведется создание опытного производства поликремния по этому методу, отработка ТЭО на создание крупномасштабного производства – до 1500 тонн в год. Надо адаптировать технологию производства солнечных элементов для переработки пластин меньшей толщины (до 200 мкм), что позволит получать с 1 кг монокремния более 1 кв. м солнечных элементов. Необходимо совершенствовать технологию производства солнечных элементов и модулей с целью увеличения среднего КПД до 16% при значениях технологических коэффициентов – 0,95.

Решение этих задач позволит уменьшить стоимость пикового ватта мощности в солнечном модуле до 1,3 долл., а стоимость вырабатываемой такими модулями электроэнергии – до 10 центов за 1 кВт-ч. Задачи эти совершенно реальны, и их решение потребует от 5 до 7 лет. Результатом же станет действительный прорыв как в фотоэнергетике, так и самой фотоэнергетики как отрасли экономики в России.