Российские физики представят солнечный элемент на основе нобелевских разработок

Группа ученых физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН занимается разработкой солнечного элемента на основе кристаллического кремния, имеющего очень высокий уровень КПД – 27%.

Солнечная электростанция на Алтае

Солнечная электростанция в алтайском посёлке Яйлу. Фото с сайта strf.ru

В интервью корреспонденту STRF.ru Евгений Теруков, заместитель генерального директора ООО «Научно-технический центр тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ имени А.Ф. Иоффе», в подробностях рассказал, у кого получается приручить энергию солнца и, кто от этого получает выгоду, а также о массе других интересных нюансах.

По словам Евгения Ивановича, в 2010 году на базе института бал создан ООО «Научно-технический центр тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф.Иоффе», который входит в ООО «Хевел». В свою очередь, «Хевел» является совместным проектом ОАО РОСНАНО и ГК РЕНОВА, и имеет свой завод в Новочебоксарске. Деятельность завода непосредственно связана с выпуском солнечных модулей по швейцарской технологии, которая помогает обеспечить мощность 100 МВт в год. Сама технология была передана в рамках контракта от «ОерликонСолар» и, благодаря ей, можно добиться эффективного преобразования солнечного света в электричество на уровне 8,9%. Сегодня перед центром стоит задача по усовершенствованию технологии, повышение эффективности материалов, уровень КПД которых уже сегодня составляет 10% и имеет перспективу достижения 12%.

Параллельно этой задаче, сегодня центр занимается разработкой солнечного элемента, основу которого составляет кристаллический кремень. Ранее гетероконтакт между амфорным и кристаллическим кремнием обнаружил Вальтер Фус, профессорМаргбургского университета. А в 1992 году японская компанияSanyo, усовершенствовав идею,  запатентовали разработку фотоэлектрических модулей в объеме около 1 Гвт в год. В 2012 году срок патента истек, и теперь цент, используя первичные наработки, вплотную занялся новыми разработками.

Нынешний подход основан на замене плазмохимическим осаждением нанопленки аморфного кремния поверх кристаллического кремния процессов диффузии и имплантации, посредством которых и создается p-n-переход, который разделает носители и генерирует ток. Да, звучит сложно, но результат более чем понятен каждому, кто интересуется наукой. Создается новый тип солнечных элементов, который в основе имеет гетероконтакткристаллического и аморфного полупроводников. За подобную разработку в 2000 году Нобелевской премией был награжден физик Жорес Иванович Алферов, которому не так давно исполнилось 85.

КПД данных элементов уже сегодня дает показатель в 25%, а это в два раза выше показателя тонкопленочных элементов. Поэтому, цель производства заключается в дальнейшем переходе на производство эффективныхгетероструктурныхфотопреобразователей, работающих на основе кристаллического кремния.

Каков ход модернизации?

Сегодня на заводе стоят огромные производственные машины, каждая имеет 30 реакторов. Сейчас в них закладывают стекла 110х130 кв.см, на которые наносятся фотоактивные слои, в основе которых микрокристаллический и амфорный кремень. Модернизация заключается в замене стекла на металлические листы, напыляться на которые будет амфорный кремний. Затем будет формироваться токосъем, и, в итоге, получатся преобразователи с 20-% и более КПД.

Уже на промышленных образцах был получен 21% эффективности, тогда как базовой потенциал достигает уровня 27%. Поэтому, прежде чем говорить о модернизации и выпуске новой продукции, центр работает над усовершенствованием самой технологии и улучшения качества используемых материалов.

Что касается спроса на подобную продукцию в России, то прогнозируется, что с годами он будет только расти. Это связано и с изменениями на законодательном уровне, и с тем, что выгода от установки солнечных элементов очевидна.

Для каких регионов такое решение – наиболее выгодное?

На сегодня солнечная энергетика способна решить две актуальные задачи. Первое – это обеспечение энергией, способной конкурировать с нефтепродуктами, гидроэлектростанциями и пр., индустриальных центров и больших поселков. Второе, что не менее важно, - возможность обеспечить энергией отдаленные населенные пункты без дополнительных временных и бюджетных потерь. К примеру, чтобы провести электричество в отдаленную деревню или поселок, нужно оборудование, столбы, кабеля. Здесь же проблема решается установкой электрического поля, которое не только выгодно с экономической точки зрения, но и более надежно, поскольку «поле» способно противостоять внешним повреждающим факторам. Не понадобится привлекать массу специалистов для обслуживания. Особенно актуально решение этих проблем для южных регионов, Сибири, республики Алтай, которые богаты на экологические зоны и удалены от общей инфраструктуры.

Кстати, при участии ООО «Хевел» именно на Алтае уже функционирует 5-мегаваттная солнечная станция. В текущем году запланировано возведение подобных объектов на территориях Астраханской, Саратовской и Оренбургской областей, а также в Якутии. Всего по плану должно быть введено около 60 мегаватт солнечной энергетики.

Конкретный пример работы солнечной станции

В поселке Яйлу, что на Алтае, находится 50 домов на берегу Телецкого озера. Существующая там ныне станция имеет мощность 100 киловатт при площади 100 на 150 метров. Ранее этот поселок обеспечивался дизель-генератором, который подавал электричество только во время своей непосредственной работы. Т.е., есть человек, который включил генератор – свет появился. В обратном случае – весь поселок в темноте. Теперь же ситуация изменилась в корне: люди могут себе позволить электроприборы, и электричество в домах теперь работает в бесперебойном режиме. С экономической точи зрения генератор тоже – довольно проблематичное устройство. Е всегда ведь удобно в такие районы доставлять топливо. А нет топлива – нет света. Солнечная же энергия накапливается в аккумуляторах, поэтому недостатка в ней практически нет. Ну, а если появляется – для подстраховки есть дизель.

Ошибочным является мнение, что солнечная энергетика подходит только для жарких стран, а поскольку у нас она «холодная», то и развития дальнейшего не предвидится. На самом деле. У нас есть свой юг - Дагестан,Астрахань, и тот же Алтай, а Якутия, несмотря на все предубеждения, имеет солнечную инсталляцию на уровне Испании.

Как правило, подобные мнения появляются из уст тех, кто хочет каким-то образом помешать развитию солнечной энергетики. На самом деле, Россия – солнечная страна. И многие другие страны уже успешно развиты в этом направлении, теперь и наш черед.

Какова стоимость солнечной энергии позволит считать ее альтернативой обычной?

В этом вопросе, как отметил Евгений Теруков, все зависит от производства.  Примеру, в США и Германии солнечная энергия, а точнее, ее стоимость, вполне соизмерима с ценой на обычную энергию. Что касается России, то у нас все поставлено пока не так широко, хотя тенденция наблюдается положительная. Стоимость сейчас может быть около 30 рублей за кВт/час, и это очень близко к цене, которую платят некоторые регионы за использование дизель-генераторов. И если в мире производится около 160 гигаватт за год, то у нас только к 2020 году планируется выйти на показатель 1,5 гигаватта. К тому же, мы еще богаты на нефть и газ, поэтому развитие этих отраслей также необходимо.

Имитация сонесного излучения

Установка имитации солнечного излучения для тестирования солнечных модулей. Фото с сайта strf.ru

Что сегодня предлагает мировой рынок, и смогут ли эти предложения удовлетворить потребности в солнечной энергии?

На сегодня, есть как монокристаллические кремниевые элемент с КПД 18–20%, так и тонкопленочные с показателем 10 %. Наибольшим спросом пользуются мультикристаллические элементы на основе кремния с КПД 14–16 %, всего лишь 2 фирмы выпускают гетероструктурные элементыс показателем в 22% и потенциалом в 27-28%.

Если говорить о потребностях – то они будут расти вместе с эффективностью элементов. Ведь, чем выше КПД – тем меньше понадобится и оборудования, и обслуживающего персонала, и площади для установки станций. А чем меньше расходов – тем дешевле энергия, а следовательно – больший спрос.

Автор: Быкова Татьяна