Энергия солнца

Несмотря на активное потребление нефти и газа во всем мире, в настоящее время ведется много разговоров о возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), самыми перспективными и экологически чистыми из которых считаются солнечные батареи. И хотя пока на рынке их массового появления не наблюдается, в некоторых регионах России уже не могут обойтись без солнечных электростанций, а перспективы такого источника энергии в целом отдельным аналитикам представляются весьма радужными.

Впервые солнечные батареи были разработаны и произведены в СССР. Они использовались для оснащения космических аппаратов. На тот момент, безусловно, это было крайне дорогое решение, о широком распространении которого не могло идти и речи.

Сегодня же ситуация изменилась в корне. К тому же, по данным Ассоциации солнечной энергетики России, начиная с 2030 года потребление нефти во всем мире начнет снижаться, а солнечная энергетика, напротив, покажет активный скачок. Ожидается, что во второй половине XXI века солнце может стать вообще основным источником энергии на Земле. «К 2020 году в мире могут быть введены свыше 600 ГВт солнечной генерации, — отметил Антон Усачев, представитель крупнейшего производителя солнечных батарей в России компании «Хевел». — В конце 2012 года объем уже достиг 105 ГВт, и ежегодно рынок растет на 20 процентов». При этом структура потребления солнечных модулей останется пока неизменной — это строительство сетевых и автономных солнечных электростанций, размещение крышных установок небольшой мощности на частных домах.

Экономия средств

Сегодня источники солнечной энергии используются не так уж часто. Основная причина в высокой стоимости генерации энергии. Так, при простой установке доступной на рынке солнечной батареи цена одного киловатта в час составит свыше 20 рублей. При этом расценки на централизованные поставки электроэнергии ограничиваются 4–5 рублями в зависимости от региона. При таком соотношении, безусловно, использование солнечных элементов не вызывает особого интереса, по крайней мере в тех районах, где доступны централизованные сети электропитания.

Впрочем, не стоит забывать, что тарифы на поставку электроэнергии постоянно растут, а стоимость солнечных элементов постоянно снижается, и впредь эта тенденция будет сохраняться. По крайней мере, по оценке Минэкономразвития РФ, в рамках уточненного «Прогноза социально-экономического развития России на период до 2030 года» тарифы на электроэнергию для всех категорий потребителей в предстоящие 16 лет будут расти более высокими темпами, чем в 2000–2010 годах.

Уже сегодня при сравнении солнечных батарей с дизельными электростанциями преимущество оказывается на стороне первых, так как цена солнечной энергии уже в несколько раз ниже, чем при сжигании дизеля. Не стоит также забывать, что преобразование энергии нашего светила — это экологически чистый процесс, не порождающий выхлопных газов и не выделяющий лишнего тепла в пространство.

«Современный уровень цен способствует тому, что в последние годы солнечную энергию и дизельное топливо успешно комбинируют в тех регионах, где иные поставки электричества либо невозможны, либо стоят еще дороже, — подчеркнул Антов Усачев. — Таким образом достигается снижение расходов на дизельное топливо, а также улучшение экологической обстановки».

Благоприятные условия

Один из примеров такого комбинированного применения энергии — электростанция на Алтае, снабжающая электричеством самые отдаленные уголки республики. Так, жители села Яйлю Турочакского района около 30% энергии получают от солнечных батарей, а в ночное время для экономии дизельного топлива село снабжается электроэнергией с аккумуляторов. Развитие возобновляемых источников энергии в республике продолжается, и в 2014 году в Кош-Агачском районе начнется строительство первой очереди солнечной электростанции мощностью 5 МВт.

Впрочем, на данном этапе алтайский проект представляет собой скорее пробную площадку, а солнечные электростанции строятся там исключительно из соображений необходимости, но не эффективности. «Актуальность использования энергии солнца в российских условиях зависит от региона, — отметил Александр Григорьев, руководитель департамента исследований ТЭК Института проблем естественных монополий (ИПЕМ). — Одно дело — Краснодарский край и другое — Санкт-Петербург: количество солнечных дней в году, а значит, и экономическая эффективность разнятся существенно. Массовое развитие солнечной энергетики у нас возможно только за счет создания благоприятных условий для этого вида генерации. Разумеется, заплатить за это придется потребителям, которые и так недовольны сегодняшним уровнем цен на электроэнергию».

Тем не менее солнечные батареи все чаще используются на различных объектах, в том числе и в центральных регионах России. «В настоящее время суммарная мощность солнечных энергоустановок в России составляет порядка 3 МВ, — сообщил Антон Усачев. — В своем большинстве — это установки на частных домохозяйствах в Московской области, Республике Алтай, в некоторых регионах Южного федерального округа. Однако в соответствии с целевыми показателями, установленными федеральными нормативными актами, объем солнечной генерации в России к 2020 году может достичь 1,5 ГВт». Специалисты компании «Хевел» просчитали, что наряду со строительством масштабных солнечных электростанций спрос на установки для частных домохозяйств, несомненно, будет расти.

Тепло родного дома

Пока использование солнечных батарей в частных домах считается дорогой игрушкой обеспеченных людей. Однако при появлении энергоэкономичных ламп, а также более емких и выносливых аккумуляторов стало действительно реально обеспечить суточный цикл жизни загородного дома, установив солнечные элементы мощностью до 3 кВт.

Более того, российский Центр солнечных технологий, перенявший советское наследие батарей для космических аппаратов, в настоящее время занимается разработкой технологий изготовления качественно новых солнечных модулей на базе перспективных тонких пленок с улучшенными техническими и стоимостными характеристиками. «Они предназначены не только для строительства промышленных солнечных электростанций, но и могут служить надежным источником энергоснабжения труднодоступных поселков и частных домохозяйств, — рассказал Евгений Теруков, заместитель генерального директора по научной работе Научно-технического центра тонкопленочных технологий при Физико-техническом институте имени Иоффе. — Кроме того, мы разрабатываем также качественно новые солнечные батареи на гибкой подложке для космических летательных аппаратов. С учетом задач по возрождению отечественной отрасли солнечной энергетики мы уделяем особое внимание вопросам подготовки кадров. В этой связи расширяем наше сотрудничество с техническими факультетами российских вузов».

Между тем солнечные установки малой мощности уже давно применяются частными домами, небольшими фермерскими хозяйствами, размещаются на крышах складских комплексов и торговых зданий. Чтобы придать стимул развитию отрасли, сейчас специалисты многих компаний работают над задачей снижения стоимости систем накопления электроэнергии. Когда эта задача будет решена, то значительно вырастет число так называемых автономных энергоустановок, в составе которых используются солнечные модули и аккумуляторные батареи.

А пока стоимость автономной солнечной установки мощностью 3 кВт составляет в среднем 450 000 рублей. Стоит отметить, что еще три года назад цена подобного решения составляла порядка 600 000 рублей. «С учетом динамики роста тарифов на централизованные поставки электроэнергии солнечные батареи станут более выгодным источником энергии уже в ближайшее 10 лет», — уверен Евгений Теруков.

С расчетом на будущее

К сожалению, сегодня на рынке представлено не так уж много российских решений. Мы сильно проигрываем западным производителям — по части ассортимента, а китайским поставщикам — по цене. Поэтому возрождение российской солнечной энергетики является непростой задачей. Впрочем, в настоящее время и власти, и бизнесмены направляют в эту отрасль немалые инвестиции, а разработками технологий и продуктов занимаются как отдельные коллективы, так и резиденты Фонда «Сколково».

Сегодня лучшими считаются солнечные элементы на основе органических полупроводников, которые выпускаются немецкой компаний Heliatek и японской Mitsubishi Chemical. Они обладают коэффициентом полезного действия (КПД) на уровне 11–12%, но при этом позволяют изготавливать солнечные генераторы гораздо проще и дешевле. «Уникальное преимущество полимерных и органических полупроводников перед неорганическими полупроводниками состоит в том, что они растворяются в органических растворителях и воде, — отметил Алексей Тамеев, научный сотрудник Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН. — Это делает возможным использование относительно простых и недорогих методов приготовления тонкопленочных элементов и, следовательно, исключает технологии с применением дорогостоящего оборудования».

Например, новые полупроводниковые полимерные материалы, разработанные в ИФХЭ РАН совместно с резидентом «Сколково» компанией «Инлайф», можно наносить на поверхность при помощи специального принтера методом струйной печати. Как отмечают специалисты института, за счет применения новых материалов и наночастиц потенциально эффективность солнечных элементов будет выше в полтора раза.

Такие проблемы, как высокая стоимость производства и низкий КПД, постоянно решаются ведущими научными коллективами по всему миру. Однако наиболее выгодные особенности солнечных элементов сохраняются — это отсутствие подвижных частей и низкая потребность в обслуживании. Таким образом, по мере покрытия различных поверхностей солнечными пленками, которые разрабатывают сегодня в России и уже производят в Японии, мир будет постепенно переходить на предсказанные аналитиками распределенные сети генерации электричества. И, быть может, ожидания Ассоциации солнечной энергетики России сбудутся, и в следующем веке большая часть энергии будет получена непосредственно от Солнца. Однако место, которое займет Россия в новом ландшафте распределения генерации электричества, зависит от того, какие усилия приложат отечественные разработчики и производители уже сегодня.