Рынок фотоэнергетики – сложившийся сегмент мировой экономики

«Более двух миллиардов людей в мире не имеют доступа к централизованному электроснабжению, причем большинство из них живет в солнечном поясе Земли. А организация системы поставки электричества в ряде таких районов невыгодна, поскольку потребует огромных капитальных вложений…». Этот пример привел в нашей беседе  Вячеслав Андреев, профессор, доктор технических наук, зав. лабораторией фотоэлектрических преобразователей Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.  Запасы нефти и газа постепенно истощаются, и солнечное электричество должно компенсировать их уменьшающую добычу, подчеркнул мой собеседник, акцентируя внимание на актуальности развития солнечной фотоэнергетики.

Наша беседа состоялась в ходе работы круглого стола «Перспективы сотрудничества России и Беларуси в сфере альтернативной энергетики», прошедшего недавно в Белгороде. В.М. Андреев – Лауреат Ленинской и Государственной премий СССР, премии им. А.Ф.Иоффе РАН и Международной Беккерелевской премии, премии имени Фонда А.Гумбольдта. Заслуженный деятель науки РФ. На его счету более 350 научных публикаций, в том числе 90 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

 – Вячеслав Михайлович, чем еще, на Ваш взгляд, определяется актуальность солнечной фотоэнергетики для экономики государств?

 – Уже сегодня фотоэнергетика  экономически рентабельна для ряда применений. Например, для обеспечения электроэнергией автономных потребителей и для низковольтного электрообеспечения (дежурное освещение, датчики, сенсоры и другое). Внедрение фотоэнергетики позволяет демонополизировать и децентрализовать рынок электроэнергетики. Обеспечивать конкуренцию и поддержку независимых производителей энергии. Кроме того, cкрытые социальные затраты на компенсацию вредного воздействия «тепловых» электростанций распределены на все общество и составляют более 50%  цены производимой ими энергии. Имеется в виду лечение болезней, потери из-за уменьшения продолжительности жизни и другое. Если включить эти затраты прямо в тарифы на топливо и энергию, то экологически чистая фотоэнергетика станет конкурентоспособной уже на данном этапе ее развития.

При этом необходимо осознать факт прямого и косвенного государственного субсидирования традиционной энергетики. В связи с этим, очевидно, что господдержка возобновляемой энергетики должна проводиться в значительно больших масштабах. Особенно это относится к государствам, не располагающим природными ископаемыми источниками. Например, в большинстве европейских стран приняты законы, стимулирующие развитие возобновляемой энергетики.

 – Как можно охарактеризовать нынешнее состояние работ по солнечной фотоэнергетике в мире?

 –Современный мировой рынок фотоэнергетики – это вполне сложившийся и быстроразвивающийся сегмент мировой экономики.  Например, объем производства солнечных батарей с 2000 года растет на 30-35% в год. В минувшем, 2011 году было произведено солнечных батарей на введенную мощность более 26 ГВт. А суммарная мощность установленных солнечных фотоэнергосистем уже к началу 2012 года составила 67 ГВт. Согласно прогнозам, к середине века Солнце будет источником энергии, сравнимым по объемам с ископаемыми источниками, используемыми в традиционной электроэнергетике. В европейских странах действуют стимулирующие законы, так называемые «Feed-in Tariff», в соответствии с которыми государство гарантирует покупку по увеличенным тарифам электроэнергии, получаемой от возобновляемых источников. Данные законы обеспечили значительное увеличение мощностей солнечных фотоэнергосистем, установленных в Германии, Испании, Италии и других странах.

 – А что тормозит развитие фотоэнергетики? Какие факторы  сдерживают формирование рынка альтернативной энергетики?

 – Основным барьером в этом процессе является высокая стоимость «солнечной» энергетики. Это обусловлено как дороговизной основного материала – кремния, так и дороговизной технологического процесса. Существуют солнечные батареи трех поколений:  на основе кристаллического кремния, с тонкопленочной структурой и гетероструктурные с концентрированием солнечного излучения. Солнечные батареи первого типа имеют в производстве КПД 13-15% при малом потенциале дальнейшего увеличения эффективности. Однако доля таких батарей составляет около 90% от всего объема выпускаемой фотоэлектрической продукции. Оставшуюся долю, увеличивающуюся в последние годы, обеспечивают тонкопленочные батареи (второго типа). Они изготавливаются на основе аморфного кремния. КПД таких батарей в производстве составляет 8-10%, т.е., заметно ниже, чем в кремниевых батареях. Главное преимущество тонкопленочных батарей – возможность значительного снижения стоимости за счет уменьшения расхода полупроводниковых материалов. Наконец в последнее время на рынок выходят солнечные батареи третьего типа на основе наногетероструктурных каскадных фотопреобразователей и концентраторов солнечного излучения. Они являются наиболее перспективными с точки зрения увеличения КПД до значений более 40% и радикального – в 500-1000 раз – снижения расхода полупроводниковых материалов в соответствии с краткостью концентрирования излучения.

 – Как можно более наглядно представить превосходство концентраторных фотоэнергосистем на основе гетероструктурных фотопреобразователей?

 –   Предметно говоря, один килограмм полупроводника, работающего в концентраторной энергосистеме, за 25 лет вырабатывает столько же электроэнергии, сколько ее может быть получено при сжигании 5 тыс. тонн нефти. Себестоимость 1 Вт установленной мощности концентраторных фотоэнергосистем составит менее 1,5 долларов США, т.е., будет снижена приблизительно в 2 раза по сравнению с существующим мировым уровнем и ценами. Это должно обеспечить достижение паритета стоимости солнечной и сетевой электроэнергии, в том числе в РФ и Беларуси, особенно в регионах с высокой инсоляцией.

 –Вячеслав Михайлович, Физико-техничский институ имени А.Ф. Иоффе, который Вы представляете, и Ваша лаборатория, в частности,  находится в центре мировых разработок по развитию солнечной энергетики. Какова перспектива этого направления?

– Действительно, отечественные исследования и разработки в области солнечных батарей на основе кремния проводятся с конца 1950-х годов. За последние 60 лет накоплен большой опыт в области создания батарей космического назначения, а также наземных батарей. Примером масштабного энергетического использования солнечных батарей явилось оснащение ими в 1989 году базового модуля советской орбитальной станции «Мир». В последние годы у нас достигнуто значительное увеличение КПД в каскадных гетероструктурных преобразователях за счет «расщепления» солнечного излучения на несколько спектральных интервалов в определенной части полупроводниковой структуры. Разработанные  энергоустановки нового поколения с концентраторами солнечного излучения открывают перспективы существенного снижения стоимости получаемой электроэнергии за счет снижения площади солнечных элементов. Это способствует концентрированию солнечного излучения и увеличению в 2-3 раза удельной мощности батарей. В результате широкое использование солнечных установок в регионах Земли с высокой инсоляцией позволит уменьшить негативную нагрузку на окружающую среду и будет способствовать решению социальной проблемы обеспечения электроэнергией населения.