Новые технологии повысят КПД солнечной генерации
В ближайшее десятилетие изготовление тонкопленочных солнечных модулей в стоимостном измерении будет прирастать на 10 процентов ежегодно, констатируют авторы обзора Информационно-аналитического центра "Новая энергетика", подготовленного по заданию Фонда инфраструктурных и образовательных программ Группы РОСНАНО. В гигаваттах мощности прирост будет сопоставим с темпами, которые демонстрирует бурно развивающаяся солнечная энергогенерация на основе кристаллического кремния.
При этом гибкая фотовольтаика, к которой относятся тонкопленочные технологии производства электроэнергии, имеет ряд преимуществ перед кремниевой солнечной генерацией, в том числе меньший углеродный след.
Если на первое поколение фотовольтаики на основе технологии кремниевой подложки человечество потратило более 50 лет, то разработка и производство альтернативного поколения солнечных панелей ведется с большей интенсивностью. Так, лидирующей технологией в солнечной энергетике сейчас становится третье поколение тонкопленочных материалов на основе галогенидных перовскитов. Научные группы разных стран приступили к этим разработкам в начале 1990-х. Сегодня их КПД показывает 25 процентов в лабораторных условиях. Это выше эффективности микрокристаллического и поликристаллического кремния и вплотную приблизилось к КПД монокристаллического кремния с его 26 процентами эффективности.
При этом для изготовления перовскитной солнечной батареи не нужны кварцевый песок и перевод его в силан, множественные вакуумные процессы и лабораторно чистые производственные помещения. Достаточно только группы инженеров и специальных принтеров, которые могут печатать солнечные панели на стекле, на гибких подложках, а также в полупрозрачном виде, например, для изготовления энергоэффективных окон.
"Слой фотоэлектрических материалов у тонкопленочных модулей имеет толщину от нескольких нанометров до нескольких микрометров, что в 300-350 раз меньше, чем у стандартных солнечных панелей из кристаллического кремния. Они гораздо легче, обладают гибкостью, благодаря чему их можно интегрировать в верхний слой кровли зданий, стеновые панели и даже в остекление. Они могут быть основой для мобильных электростанций, в том числе на крышах автомобилей и другого транспорта. Кроме того, их производство требует меньшего расхода энергии, а значит, дает более низкий углеродный след, то есть оказывается более экологичным", - отмечает директор Информационно-аналитического центра "Новая энергетика" Владимир Сидорович.
Таким образом, главным преимуществом технологии солнечных панелей из перовскита является относительная технологическая простота. Помимо изготовления солнечных батарей, перовскитные полупроводники демонстрируют ряд свойств, которые либо превосходят, либо показывают такие же значения, как и у давно зарекомендовавшей себя индустрии соединений кремния. Поэтому из перовскитов также можно делать как солнечные батареи, так и высокоэффективные светодиоды, матрицы транзисторов, чувствительные фотодетекторы, детекторы гамма-излучений и проч. Так же на их основе можно создавать волоконно-оптические устройства для квантовой коммуникации. Устройство на основе перовскита представляет собой сэндвичную структуру, и их можно изготавливать в режиме непрерывной печати.
"Солнечный" бизнес уже оценил перспективы развития этого направления. Как считает научный сотрудник лаборатории "Перспективная солнечная энергетика" НИТУ "МИСиС" Данила Саранин, любые инвестиции в энергетику носят достаточно долгосрочный характер, и здесь переход от топливной энергетики к альтернативной будет учитывать специфику страны, отдельного ее региона, особенности развития электросетей и состояние мощностей. "Сейчас бум альтернативной энергетики в развитых странах в значительной мере связан с имиджевыми показателями. Появление перовскитной технологии дает мотивацию для увеличения рентабельности солнечной энергетики и ее удешевления для потребителей", - отмечает он.
По словам эксперта, вопреки расхожему мнению, в России есть немало регионов, где использование солнечной генерации имеет хорошие перспективы, причем не только на юге. Один из наиболее высоких показателей облучения поверхностей солнечным светом наблюдается, например, в Якутии.
Еще одним стимулом использования нового поколения солнечных панелей является, по мнению эксперта, необходимый для рентабельности производства эффект масштаба. Массовость производства может привлечь большие инвестиции в короткие сроки. Наряду с этим развитие электроники создает и большое количество ниш применения новой "солнечной" технологии. В частности, фотовольтаика для зарядки датчиков беспроводной связи и устройств телекоммуникации. Первые шаги в развитии тонкопленочной фотовольтаики уже сделаны.
Как сообщили в Группе РОСНАНО, в РФ собственное производство развивает компания Solartek из Группы "ТехноСпарк". Сейчас она строит первый в России завод по производству гибких солнечных панелей, которые будут выпускаться в Центре нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия. Основным рынком сбыта станет сегмент коммерческого строительства и реконструкции России и других стран Евразийского экономического союза, а также дальнее зарубежье.
"Появление на рынке гибких, тонких и легких солнечных модулей SteelSun позволит применять их практически на любых поверхностях зданий, повышая их энергоавтономность. Мы работаем над заводской интеграцией таких модулей в материалы кровли и фасадов, чтобы применение солнечной генерации в городах стало стандартным и массовым явлением", - отметил руководитель Solartek Дмитрий Крахин. При этом компания планирует усовершенствовать европейскую технологию для снижения стоимости производства ячеек и модулей, а также повышения их КПД. Это снизит стоимость выпускаемой продукции и повысит ее конкурентоспособность.
На помощь производству готовы прийти ученые. Разработкой технологий тонкопленочной фотовольтаики - перовскитной, органической и CIGS занимается совместный стартап Северо-Западного центра трансфера технологий и Университета ИТМО Flex Lab в Санкт-Петербурге.