Солнечная энергетика: состояние и перспективы использования в Беларуси

По количеству световой энергии, поступающей на поверхность, Беларусь находится на одном уровне с Германией, Японией, Канадой, где солнечная энергетика  развивается очень активно. Есть ли возможность ее использования в Беларуси?

 До сегодняшнего дня в мире более 90% всей потребляемой человеком энергии приходится на долю органического топлива. Однако этот ресурс рано или поздно закончится. Это говорит о необходимости принятия определенных мер для существенных структурных изменений в ресурсной основе всего мирового энергетического сектора. Становится актуальным использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Энергосбережение становится одним из главных приоритетов.

Энергия возобновляемых источников поистине огромна и превышает объем годовой добычи всех видов углеводородного сырья. Важно отметить то, что их использование возможно практически во всех регионах мира, в том числе и в Беларуси. Положительной стороной ВИЭ является то, что их использование не изменяет энергетический баланс  планеты, что и послужило причиной бурного развития нетрадиционной энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии.

ВИЭ играют значительную роль в решении трех глобальных проблем человечества: энергетика, экология и продовольствие.

Самым мощным, экологически чистым, естественным и общедоступным источником энергии на нашей планете является Солнце. Развитие науки и промышленности позволяет сегодня говорить о реальной возможности обеспечения человечества электричеством с помощью преобразования энергии Солнца.

Республика  Беларусь  собственными  природными  запасами обеспечивает  около 15−18 % своих  потребностей  в  топливно-энергетических ресурсах. Недостающее количество топлива и энергии поставляется из России и других стран, на что расходуется ежегодно 1.7−2.0 млрд. долларов США. Поэтому для нас чрезвычайно актуален вопрос поиска собственных экологически чистых источников энергии.

На  территорию  Беларуси  за  год  поступает  солнечная  энергия  суммарной  величиной  около  3·1014 кВт-часов,  что  эквивалентно 40 млрд. т. у. т.  и более  чем на три порядка величины превышает  нынешнее общее потребление  энергоносителей в  государстве.

Проведенный предварительный анализ  возможности использования невозобновляемых источников энергии (НВИЭ) показал, что Республика Беларусь располагает существенной сырьевой базой, составляющей по оценкам ряда специалистов  12−20 млн. т. у. т. в год. Для сравнения: в 1994 году было израсходовано 37,2 млн. т. у. т. при собственном производстве 5,8 млн. т. у. т. Таким образом, общий потенциал собственных НВИЭ − примерно 30 % потребности страны.

Главный фактор, обуславливающий развитие фотовольтаики (использование энергии солнца) в Беларуси, – это наличие достаточной инсоляции (количества световой энергии, падающей на единицу поверхности). По количеству световой энергии, падающей на единицу поверхности (инсоляции), наша страна отстаёт от территорий, близких к экватору, однако  находится примерно на одном уровне с такими странами, как Германия, Япония, Канада, где солнечная энергетика  развивается очень активно. (В таблице 1 показаны среднемесячные мощности падающего излучения на территории Беларуси и Германии).

Анализ показывает, что потенциальная эффективность  использования солнечных батарей на территории Беларуси только за счет благоприятных условий инсоляции

- более чем на 10% выше, чем в Польше, Нидерландах;

- более чем на 17% выше, чем в Германии, Бельгии, Дании, Ирландии, Великобритании;

- еще выше относительно стран расположенных севернее и северо-западнее Республики Беларусь.

При оптимальном дизайне солнечных батарей каждый элемент при стандартных условиях излучения (плотность излучения 1000 Вт/м2, солнечный спектр AM 1.5G, температура 25^oC) будет ежегодно вырабатывать примерно 800 Вт-час в Минске, 850 Вт-час во Франкфурте, 1650 Вт-час в Марселе, а в среднем по всему миру 850 Вт-час.

Принятый 6 мая 2010 года проект Закона Республики Беларусь «О возобновляемых источниках энергии» был разработан в целях создания правовой основы для реализации государственной политики в сфере производства и использования возобновляемых ис­точников энергии. Документ  направлен, прежде всего, на повышение уровня энергетической безопасности, а также на снижение антропогенного воздействия на окружающую среду и климат, сохранение невозобновляемых источников энергии для будущих поколений, создание, совершенствование и применение эффективных технологий и установок по использованию возобновляемых источников энергии.

В условиях Республики Беларусь рассматриваются два способа использования солнечной энергии: это преобразование солнечной энергии в тепловую энергию ипреобразование солнечной энергии непосредственно в электрическую при помощи PV-систем.

В настоящее время у нас отсутствует развитая отрасль производства солнечных элементов и установок на их основе. Однако уже существуют некоторые предприятия, которые наладили их производство. Например, ООО «Электрет» уже более 8 лет разрабатывает и внедряет солнечные водогрейные системы, предназначенные для горячего водоснабжения жилых домов, объектов соцкультбыта и промышленности. В 2009 году в Бресте было создано первое промышленное предприятие  СООО «Солар-Груп» по выпуску высокотехнологичных полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Объем производства на данный момент достигает 1.3 млн. пластин ФЭП в год. Постоянно улучшается качество  производимой продукции.

Во исполнение целевой государственной программы, согласно которой к 2012 году доля местных видов топлива и альтернативных источников энергии в энергобалансе должна быть доведена до 25%, руководством предприятия МО ОАО «Луч» было утверждено новое направление деятельности – проект «ЭкоЭнерджи». Целью проекта является освоение, установка, а также оптовая и розничная продажа оборудования, преобразующего энергию солнца и ветра в тепловую и электрическую энергию. В ближайшей перспективе – открытие собственного производства энергосберегающего оборудования на базе МО ОАО «Луч».

Белорусские специалисты небезосновательно утверждают, что потенциал развития фотовольтаики в Беларуси есть. Межотраслевой рабочей группой разработан проект концепции государственной программы по созданию и развитию сектора солнечной фотоэлектрической энергетики Республики Беларусь. Полагается, что формирование сектора солнечной энергетики в республике следует начать с создания высокоэффективного массового производства «под ключ» для изготовления как самих солнечных элементов (с КПД около 15%), так и конечного изделия – модулей на базе какого либо предприятия радиоэлектронного профиля (например, НПО «Интеграл», завод «Измеритель» и т.п.).

Перспективно также развитие тонкопленочной фотофольтаики, что означает отказ  от дорогостоящих кремниевых пластин, на которых размещаются солнечные элементы, и переход к тонкопленочным преобразователям. Последние должны иметь более широкий спектр поглощения солнечного света, включая все области инфракрасного излучения и ультрафиолетового.

Еще одним вариантом является разработка тандемных или более сложных систем, например – солнечная батарея плюс солнечный коллектор,  плюс дизель. Эти и другие задумки, многие из которых близки к реализации, позволят снизить материалоемкость и цену солнечных элементов до приемлемой и сделают фотовольтаику более конкурентной.

Научное и научно-техническое обеспечение и сопровождение программы должно быть направлено на достижение следующих целей. Во-первых, на повышение эффективности используемых фотоэлектрических систем и снижение себестоимости производимой ими электроэнергии. Во-вторых, на поиск новых, более эффективных и дешевых, материалов и методов изготовления СЭ, создание  новых конструкций СЭ. В-третьих, на создание специализированного технологического и контрольно-измерительного оборудования по повышению производительности изготовления СЭ. И наконец, на проведение испытаний, измерений, аттестации и сертификации производимых СЭ.

Таким образом, в Республике Беларусь есть необходимые условия для развития солнечной энергетики. Мы располагаем крупными научно-исследовательскими центрами в области микро-,нано- и оптоэлектроники, соответствующим аналитическим и производственным оборудованием, рядом существенных научных результатов в областях материаловедения, химии, технологии кремния, соединений A3B5, A2B6, формирования просветляющих, люминесцентных, защитных покрытий и т.п., которые могут быть использованы при разработке солнечных элементов. Сравнительно большая материально-техническая база не загружена и пригодна для обеспечения крупносерийного производства солнечных элементов и гелиостанций.

А главный аргумент, это – наличие высококвалифицированных кадров и опыт международного научного сотрудничества в конкретных областях разработок.

В. Русан,

доктор технических наук, профессор.

Д. Казакевич, аспирант

Белорусский государственный аграрный технический университет,

г.Минск.

Материал подготовлен на основе доклада на Международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК», состоявшейся в Минске 24-25 ноября текущего года.