Солнечная энергетика становится самой массовой областью инвестиций, опережая по объему вложения в полупроводниковые и информационные технологии.

Однако солнечная энергетика станет реальностью, когда будет достигнут так называемый «сетевой паритет», т.е. стоимость электроэнергии, генерируемой солнечными панелями, сравняется с тарифами традиционной тепловой электростанции для данного региона. Основной фактор – исходная цена панелей, которая в значительной степени определяется стоимостью кремния.

Самая низкая цена на электроэнергию от поликристаллического солнечного модуля в США – 4,28 долл. за ватт; для монокристаллического – 4,35 долл. за ватт; а для тонкопленочного – 3,66 долл. за ватт. Как правило, тонкопленочные модули будут стоить ниже кристаллических, но при этом они менее эффективны.

Рис. 1. Сверху кристаллические солнечные модули, снизу тонкоплёночные

По некоторым оценкам сетевой паритет в богатых солнцем регионах может наступить в ближайшие 2 года, а по другим оценкам это может случиться только к 2030 г..

В последние годы растет как число компаний, вкладывающих инвестиции в производство солнечных элементов, так и генерируемые ими электрические мощности. Если еще недавно общую мощность, генерируемую солнечными ячейками всех компаний мира, оценивали в 4 ГВт, то сегодняшние оценки возросли до 15 ГВт.

В январе правительство ОАЭ анонсировало выделение 15 млрд. долл. для исследований и разработок в области возобновляемой энергетики. Кроме того, правительство ОАЭ будет выделять ежегодно грант стоимостью 2.2 млн. долл. за самое блестящее инновационное решение в этой области.

Рис. 2. Примеры размещения солнечных модулей на крышах домов. Сверху деловой центр в Дубаи, cнизу здание РАН в Москве.

18 февраля с.г. коалиция более 40 инвесторов США и Европы (включая American Airlines, Coca-Cola, Dell, Ford, General Motors, Macdonalds, Sun Microsystems), владеющих в сумме 1.75 трлн. долл. активами, заявила об инвестировании 10 млрд. долл. в «чистые технологии» в течение ближайших 2-х лет. 7 млрд. долл. вкладывают в развитие фотовольтаического производства в Fab City (вблизи Хайдарабада) национальные индийские компании (среди них, 3 млрд. долл. инвестировала SemIndia, дочернее предприятие американской AMD).

Активно осваивают рынок солнечных элементов, растущий ежегодно на 30%, китайские компании – Nantong Qiangsheng Photovoltaic Technology открыла новую производственную линейку по выпуску тонкопленочных солнечных элементов на основе аморфного кремния.

Не отстает и Южная Корея – компания KCC Corp. планирует инвестировать 339 млн. долл. в строительство завода по получению поликристаллического кремния, как исходного материала для производства солнечных элементов.

Сегодня на рынке фотовольтаических модулей доминируют три региона – Япония, как первый разработчик таких модулей, затем Европа (по большей части Германия) и США. В Японии компания Sharp является самым большим в мире производителем солнечных панелей, в 2007 г. Sharp запустила производственную линию кремниевых тонкопленочных солнечных ячеек и инвестировала 925 млн. долл. в строительство еще одной новой фабрики. Не так давно калифорнийская компания Nanosolar произвела поставки своих солнечных «сверхдешёвых» батарей.

Компания получила $150 млн. долларов в виде инвестиций для налаживания нового процесса производства. Его суть заключается в том, что фотоэлектрические материалы наносятся на алюминиевую основу посредством печати. Согласно заявлению компании такой способ производства позволит снизить стоимость фотоэлектрических модулей на 80%. Производство новых солнечных батарей будет происходить на двух фабриках, первая находиться в Германии, а вторая в Силиконовой долине.

Рис. 3. Фотоэлектрические модули компании Nanosolar

Интерес к солнечному рынку проявила и компания Intel, которая готова инвестировать проект строительства самой большой «солнечной» фабрики в США, продвигаемый немецкой компанией Solar World. Помимо всего этого в последнее время большие инвестиции вкладываются в быстро развивающийся проект по строительству и оборудованию «солнечных домов». В самом простом и наиболее распространенном варианте большая часть энергетических потребностей такого дома обеспечивается солнечным светом и теплом, за счет чего затраты других энергоносителей снижаются на 50–90% (в зависимости от конструкции здания и его местоположения). А «солнечный» дом, оснащенный эффективной тепловой установкой, может полностью удовлетворить запросы его обитателей в тепле и свете даже без использования других источников энергии.

Существуют пассивная и активная системы энергосбережения «солнечного» дома. Первая из них предусматривает использование некоторых архитектурно-строительных приемов на стадии проектирования: ориентация дома по оси юг-север; отсутствие затенения южной стены; наличие северной пологой стены с минимальным количеством окон, наличие остекленной южной стены; усиленная термоизоляция наружных стен; наличие за остекленной южной стеной массивной стены, служащей аккумулятором дневного тепла (стена Тромба); организация в подвальном помещении воздушного теплообменника (в виде ящика с гравием или емкости с водой), аккумулирующего до 80% тепла из выходящего наружу «отработанного» воздуха; использование теплиц и помещений с верхним дневным светом (атриумов), играющих роль тепловых аккумуляторов.

Активная система энергосбережения «солнечного» дома – это тепловые солнечные коллекторы, панели фотоэлектрических элементов (солнечные батареи), регулировочная автоматика, компьютер, управляющий тепловым и световым режимами, и другая высокоэффективная техника для максимального усвоения солнечной энергии.

Рис. 4. Солнечные дома

Реализованных проектов «солнечных» домов, частично или полностью обеспечивающих себя солнечной энергией, в мире довольно много. Их строят не только в теплых краях (Египет, Израиль, Турция, Япония, Индия, США) и в странах с умеренным климатом (Франция, Англия, Германия), но и во многих северных регионах (Швеция, Финляндия, Канада, Аляска). Ежегодно в западных странах вводятся сотни тысяч квадратных метров жилья в энергосберегающих «солнечных» домах. Специализированные предприятия выпускают для них оборудование и материалы, а строительством занимаются крупные фирмы, такие, например, как Concept Construction (Канада) или Enercon Building Corporation (США). Особенно широко внедряются «солнечные» дома в Германии. К сожалению, Россия в вопросе развития «солнечного» домостроения продолжает отставать от индустриального мира, хотя ее климатические условия позволяют строить «солнечные» здания во многих регионах.

Основной проблемой для солнечной энергетики остаётся вопрос об увеличении кпд солнечных элементов, в последнее время удалось добиться значительного успеха в этой сфере, так для солнечных элементов следующего поколения применяются нанотехнологические подходы. Например, солнечные ячейки на основе тонких пленок (толщиной до 1100 нм) из легированных азотом наночастиц двуокиси титана (TiO₂/N) размером до 100 нм с добавлением CdSe квантовых точек разрабатываются совместной группой из University of California, Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo (Мексика) и Tsinghua University (Пекин, Китай).

Это изучение прокладывает путь другим полупроводниковым квантовым точкам (например, PbSe и CdTe) и максимизирует эффективность «сбора излучения» в видимом и УФ диапазонах. Модель, если она окажется корректной, будет иметь важное применение для разработки солнечных ячеек, основанных на наноинженерии материалов.

Рагожин Антон