![ВИЭ в Европе стали лидерами в производстве электроэнергии в 2023 году](/upload/_img/energo3.0/logo_grey.png)
ВИЭ в Европе стали лидерами в производстве электроэнергии в 2023 году
28.06.2024
Сфера использования наземных солнечных элементов (СЭ) расширяется и промышленно развитые страны строят масштабные планы роста солнечной энергетики. Если сегодня солнечная энергетика занимает менее 1% в общемировом балансе произведенной электроэнергии, то к 2025 г. эта доля должна возрасти до 20-25%.
В настоящее время солнечная энергетика базируется на СЭ, которые можно разделить на:
- кремниевые СЭ (моно-кристаллы Si, мульти-кристаллы Si, ленты Si, пленки аморфного α- Si) – боле 90% всех СЭ,
- не-кремниевые тонкопленочные СЭ (CdTe, CuInSe2 или CIS, GaAs/Ge) ~7-8% всех СЭ.
Последние годы многие участники рынка обратились к развитию не-кремниевых СЭ. Так, например, в 2010 г. компания First Solar (США) объявила о завершении строительства ряда заводов по выпуску СЭ в год общей мощностью 1 ГВт на основе CdTе. ООО «Солнечный поток» (Россия) реализует производство СЭ на основе GaAs/Ge в Ставропольском крае совместно с Роснано и ФТИ им. А.Ф.Иоффе. Предполагается, что к 2015 г. объем выпуска установок составит около 85 МВт/г.
Ряд исследователей считают, что развитие солнечной энергетики в целом должно идти по пути использования тонкопленочных СЭ, поскольку некоторые СЭ уже в настоящее время демонстрируют достаточно высокий к.п.д., а низкие удельные расходы материалов предполагают возможную дешевизну СЭ. В связи с этим возникает вопрос – могут ли не- Si тонкопленочные СЭ (из тех, которые в настоящее время промышленно выпускаются), составить реальную альтернативу Si-СЭ в период до 2025 г., насколько надежна их сырьевая база для решения поставленных задач роста и не столкнутся ли они, рано или поздно, с сырьевыми ограничениями.
По оценкам к 2025 г. ежегодно должны вводиться в действие солнечные станции мощностью 160-170 ГВт. Огромность этой величины часто недооценивается при попытках составления современных прогнозов. Для сравнения – в 2009 г. выпущено СЭ суммарной мощностью немногим более 7,4 ГВт.
Цель данной работы – исследование возможностей роста объемов производства не-кремниевых тонкопленочных СЭ на основе CdTe, CIS и GaAs/Ge в период 2010-2025 г.г., исходя из:
• распространенности элементов в земной коре
• возможностей добывающих и потребляющих отраслей
• общих тенденций развития отрасли.
Теллурид кадмия – CdTe
Промышленные СЭ на основе тонких пленок CdTe, со структурой, изображённой на рис.1, в настоящее время обладают КПД до 10 %, а в ближайшие годы ожидается увеличение до 15%.
На изготовление СЭ площадью 1 м2 сегодня требуется около 10г теллура и 9г кадмия. Сегодня при к.п.д. около 10% для генерации 1 ГВт требуется 100 т Те. Рассмотрим основные используемые материалы:
Кадмий:
В земной коре кадмия содержится около 1.4 10-5% по массе, он относится к рассеянным элементам и добывается попутно в производстве цинка. Общие мировые запасы кадмия, определенные по всем известным цинковым ресурсам, превышают 6 млн т. Объемы мирового производства кадмия (по данным US Geological Survey) в 2009–2010 гг. составили 17000-20000 тонн/год. Легко показать, что кадмий не будет являться лимитирующим материалом
Теллур:
В земной коре теллура содержится 1 10-6% по массе, он относится к рассеянным элементам. Теллур халькофилен и обычно встречается в сульфидных месторождениях меди, а также в полиметаллических рудах. Мировые запасы теллура оцениваются в 40-50 тыс т. Главными источниками теллура служат шламы, образующиеся при электролитической очистке анодов меди. Данные по общему объему производимого в мире теллура неполны - приближенно производство можно оценить в 360-400 тонн/год.
Выводы и оценки:
Из изложенного следует, что лимитирующим сырьевым фактором для производства CdTe является производство Те. Если оптимистично предположить, что производство теллура к 2025 году сможет вырасти так, что для электронных целей будет возможно получить 400-500 т (т.е. сколько сегодня используется теллура во всех отраслях, правда, вероятность этого представляется весьма низкой), то вклад CdTe в солнечную энергетику достигнет 4-5 ГВт или ~2-3%. Это больше, чем сегодня (~1.6%), но явно недостаточно, чтобы стать серьезной альтернативой.
Но и эта цифра маловероятна - возможность резкого увеличения производства Те невелика. Новая технология выщелачивания меди, разработанная в начале 90-х гг. впервые Phelps Dodge и Placer Dome (т.н. SW-EW технология или «обжиг»-«выщелачивание»-«электроэкстракция»), является альтернативой традиционной технологии выплавки и получению меди из медных катодов и получает все более широкое распространение. Эта технология обладает рядом экономических преимуществ для медной промышленности, но при этом не происходит образования электролитных шламов, содержащих Те. Поэтому производство меди в мире растет, а производство Те, если и растет, то гораздо меньшими темпами.
Поэтому, наиболее вероятной представляется величина возможного привлечения теллура в солнечную энергетику около 400-500 тонн (против сегодняшних ~ 45 тонн для всей электроники), что означает возможность произвести 4-5 ГВт установленных мощностей.
CIGS (CuInGaSe2)
Высокая способность к поглощению солнечного излучения у плёнок CuInGaSe2 (CIGS) позволяет создавать тонкопленочные СЭ с КПД до 14.5%. Структура такого СЭ представлена на рис.2. На получение 1ГВт расходуется 15 тн Cu, 20 тн индия, 4 тн Ga и 55 тн селена.
Удельный вес этой технологии пока невелик. Однако аналитики GreenTechМedia предполагают, что к 2012 г. СЭ на CIGS займут 12% рынка, что составит 3 ГВт, и будут расти дальше. Рассмотрим основные используемые материалы.
Селен:
В земной коре селена содержится 6 10-5% по массе, он относится к рассеянным элементам. Селен халькофилен и обычно встречается в сульфидах (пирите, халькопирите и т.п.) в концентрациях порядка сотых долей процента. Мировые запасы селена оцениваются в 80-90 тыс. тонн только по медным месторождениям. Главными промышленными источниками селена служат шламы, образующиеся при электролитической очистке анодов меди. Объемы мирового производства селена за 2008-2010 гг. составляют около 2600- 2700 тонн/год.
Индий:
В земной коре индия крайне мало – 10-5% ее массы, и он очень рассеян. Мировые запасы индия оцениваются в 25 тыс т, разведанные – в 5-6 тыс т. Источниками индия служат промежуточные продукты цинкового и свинцового производства. В производстве цинка источником индия служит свинец, получаемый при ректификационной очистке чернового цинка, возгоны вельц- или фьюминг процессов или медно-кадмиевые кеки. В производстве свинца источником индия служат пыли восстановительной плавки, вельц-окислы и продукты рафинирования свинца. Мировое производство индия за последние годы составило около 1100 тонн/год.
Галлий:
Среди редких элементов галлий является одним из наиболее распространенных. Содержание галлия 15 ррm от всей массы земной коры, что почти равно содержанию свинца и значительно превышает содержание молибдена, вольфрама, сурьмы, ртути, мышьяка, висмута.
Галлий – типичный представитель широкого рассеяния – приурочен к образованиям, содержащим окиси алюминия, кремния, сульфиды цинка и мышьяка, германия и меди, где содержится в концентрациях несколько десятков ррm. Мировые ресурсы галлия только в бокситах (природная смесь водных окислов алюминия с глиной и окислами железа) превышают 1 млн т. Ежегодно из недр земли извлекаются и перерабатываются бокситы, теоретически содержащие свыше 3 тыс т галлия (если принять среднее содержание галлия ~50 г/тонну). Поэтому галлий не будет являться лимитирующим элементом.
Выводы и оценки:
Из изложенного следует, что лимитирующим сырьевым фактором для CIGS-технологии станет индий. Расход индия на получение 1ГВт составляет 20 тн. Т.о., если предположить, что к 2025 г. солнечная энергетика сможет получить 150-300 т индия (сегодня вся электроника потребляет около 110 тонн/год), то это позволит произвести модулей мощностью 15 ГВт. Это составит 9-10% общего выпуска в 2025 г.
Возможно ли увеличение производства индия сверх этого уровня? В данном случае возможность получать большие количества лимитирующего сырья более реальна. Производство цинка в мире растет, следовательно, потенциальная сырьевая база для индия также растет. Поэтому принципиальных ограничений роста добычи индия не существует. Так, только один из крупнейших цинковых рудников Kidd Creek Mine в Онтарио, обладая запасами 3 400 т индия, потенциально является крупнейшим производителем индия. Российский индий извлекается из медноколчеданных месторождений Урала (75% объема всех российских цинковых концентратов, среднее содержание индия 3.2 г/т). Индий содержится также в полиметаллических месторождениях Южной Сибири и Приморья (среднее содержание индия 14.7 г/т). Всего же запасы российского индия учтены в рудах 61 месторождения.
Можно предположить, что максимальный вклад CIGS-СЭ может составить до 35-40 ГВт/год к 2030 г. (или 15-20%), т.е. данная технология гораздо более перспективна с точки зрения сырьевой базы, чем CdTe. Это потребует привлечения достаточно реалистичной цифры 750-800 т In в производство CIGS-СЭ к 2025 г.
Таким образом, оценочно, тонкопленочные технологии CdTe+CIGS смогут внести, как максимум ~45 ГВт/год новых генерирующих мощностей к 2025 г.
Новости компаний 26.08.2024
Новости компаний 26.08.2024
Новости компаний 21.08.2024
Новости компаний 19.08.2024
Новости компаний 29.08.2023
Традиционная энергетика 19.08.2024
Технологии 02.07.2021
Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться