Солнечные батареи новая российская технология: Новые технологии повысят КПД солнечной генерации — Российская газета

Содержание

Новые технологии повысят КПД солнечной генерации — Российская газета

Технология изготовления тонкопленочных гибких панелей обещает стать флагманом развития солнечной энергетики как в мире, так и в нашей стране.

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.

Тонкопленочная солнечная энергетика, как ожидается, будет расти на 10 процентов в год

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.

Появление на рынке гибких, тонких и легких солнечных модулей позволит применять их практически на любых поверхностях зданий

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.

Петербургские ученые создали высокоэффективные солнечные батареи

https://ria.ru/20200204/1564243961.html

Петербургские ученые создали высокоэффективные солнечные батареи

Петербургские ученые создали высокоэффективные солнечные батареи

Ученые из Санкт-Петербурга предложили и экспериментально опробовали технологию создания высокоэффективных солнечных батарей на основе полупроводниковых... РИА Новости, 04.02.2020

2020-02-04T15:15

2020-02-04T15:15

2020-02-04T15:15

наука

физика

химия

открытия - риа наука

санкт-петербургский университет информационных технологий

санкт-петербург

энергетика

/html/head/meta[@name='og:title']/@content

/html/head/meta[@name='og:description']/@content

https://cdn22.img.ria.ru/images/152030/94/1520309442_0:160:3072:1888_1920x0_80_0_0_925210923989fb28ca47d040917e8cec.jpg

МОСКВА, 4 фев — РИА Новости. Ученые из Санкт-Петербурга предложили и экспериментально опробовали технологию создания высокоэффективных солнечных батарей на основе полупроводниковых соединений на кремниевой подложке, которые в будущем могут иметь эффективность в полтора раза больше и при этом более низкую себестоимость, чем нынешние фотовольтаические преобразователи. Описание технологии приведено в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.Сегодня ученые все больше внимания уделяют развитию альтернативной энергетики и так называемых "зеленых технологий". Одна из самых популярных среди них — солнечная энергетика. Однако более широкому использованию солнечных батарей препятствует ряд проблем. Ставшие традиционными кремниевые солнечные батареи имеют сравнительно небольшую эффективность — около 20-25 процентов. Более эффективные технологии требуют заметно более сложных полупроводниковых соединений, что значительно повышает цену самих солнечных элементов.Исследователи из Университета ИТМО, Академического университета им. Ж. И. Алферова и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе показали, что полупроводниковые A3B5 структуры — материалы, состоящие из элементов III и V групп Периодической системы — можно вырастить на дешевой кремниевой подложке, что позволит существенно сократить стоимость многокаскадного солнечного элемента. Появление подобной технологии некогда было предсказано нобелевским лауреатом Жоресом Ивановичем Алферовым. "Главная сложность синтеза полупроводниковых соединений на кремниевой подложке состоит в том, что полупроводник должен обладать таким же параметром кристаллический решетки, как у кремния, — приводятся в пресс-релизе слова одного из авторов исследования Ивана Мухина, сотрудника ИТМО и заведующего лабораторией Академического университета. — Грубо говоря, атомы этого материала должны находиться на таком же расстоянии друг от друга, что и атомы кремния. К сожалению, полупроводников, отвечающих этому требованию, немного. К примеру — фосфид галлия (GaP). Однако сам он не очень подходит для создания солнечных элементов, так как плохо поглощает солнечный свет. Но вот если взять фосфид галлия и добавить азот, мы получим раствор GaPN. Уже при малых концентрациях азота данный материал становится прямозонным и хорошо поглощает свет, он может быть интегрирован на кремниевую подложку. При этом кремний является не просто фундаментом, на который синтезируется фотоматериал, но и сам может выступать одним из фотоактивных слоев солнечного элемента, поглощающим света в ИК-диапазоне". В лаборатории ученым удалось получить верхний слой солнечной батареи, интегрированный на кремниевую подложку. Если таких фотоактивных слоев будет больше, то и эффективность солнечной батареи станет существенно выше, так как каждый слой будет эффективно поглощать свою часть солнечного спектра.Пока в лаборатории был создан первый небольшой прототип солнечной батареи на основе элементов А3В5 на кремниевой подложке. Сейчас перед учеными стоит задача создать элементы, имеющие в своем составе несколько фотоактивных слоев. Такие солнечные батареи заметно эффективнее поглощают солнечный свет и генерируют электрическую энергию."Мы научились растить самый верхний слой. Эта система материалов потенциально может быть использована и для промежуточных слоев. Если добавить мышьяк, то получится GaPNAs — из него на кремниевой подложке можно вырастить несколько каскадов, работающих в разных частях солнечного спектра. Как показали наши предыдущие работы, потенциально эффективность таких солнечных батарей может превышать 40 процентов, то есть быть в полтора раза выше, нежели в современных кремниевых технологиях", — отмечает Иван Мухин.

https://ria.ru/20190603/1555149115.html

https://ria.ru/20180717/1524700609.html

санкт-петербург

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn25.img.ria.ru/images/152030/94/1520309442_171:0:2902:2048_1920x0_80_0_0_191c4542b6420dfaedd6499fd590c78b.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

физика, химия, открытия - риа наука, санкт-петербургский университет информационных технологий, санкт-петербург, энергетика

МОСКВА, 4 фев — РИА Новости. Ученые из Санкт-Петербурга предложили и экспериментально опробовали технологию создания высокоэффективных солнечных батарей на основе полупроводниковых соединений на кремниевой подложке, которые в будущем могут иметь эффективность в полтора раза больше и при этом более низкую себестоимость, чем нынешние фотовольтаические преобразователи. Описание технологии приведено в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.

Сегодня ученые все больше внимания уделяют развитию альтернативной энергетики и так называемых "зеленых технологий". Одна из самых популярных среди них — солнечная энергетика. Однако более широкому использованию солнечных батарей препятствует ряд проблем. Ставшие традиционными кремниевые солнечные батареи имеют сравнительно небольшую эффективность — около 20-25 процентов. Более эффективные технологии требуют заметно более сложных полупроводниковых соединений, что значительно повышает цену самих солнечных элементов.

Исследователи из Университета ИТМО, Академического университета им. Ж. И. Алферова и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе показали, что полупроводниковые A3B5 структуры — материалы, состоящие из элементов III и V групп Периодической системы — можно вырастить на дешевой кремниевой подложке, что позволит существенно сократить стоимость многокаскадного солнечного элемента. Появление подобной технологии некогда было предсказано нобелевским лауреатом Жоресом Ивановичем Алферовым.

"Главная сложность синтеза полупроводниковых соединений на кремниевой подложке состоит в том, что полупроводник должен обладать таким же параметром кристаллический решетки, как у кремния, — приводятся в пресс-релизе слова одного из авторов исследования Ивана Мухина, сотрудника ИТМО и заведующего лабораторией Академического университета. — Грубо говоря, атомы этого материала должны находиться на таком же расстоянии друг от друга, что и атомы кремния.

3 июня 2019, 09:00НаукаУченые улучшили элементы новейших солнечных батарей

К сожалению, полупроводников, отвечающих этому требованию, немного. К примеру — фосфид галлия (GaP). Однако сам он не очень подходит для создания солнечных элементов, так как плохо поглощает солнечный свет. Но вот если взять фосфид галлия и добавить азот, мы получим раствор GaPN. Уже при малых концентрациях азота данный материал становится прямозонным и хорошо поглощает свет, он может быть интегрирован на кремниевую подложку. При этом кремний является не просто фундаментом, на который синтезируется фотоматериал, но и сам может выступать одним из фотоактивных слоев солнечного элемента, поглощающим света в ИК-диапазоне".

В лаборатории ученым удалось получить верхний слой солнечной батареи, интегрированный на кремниевую подложку. Если таких фотоактивных слоев будет больше, то и эффективность солнечной батареи станет существенно выше, так как каждый слой будет эффективно поглощать свою часть солнечного спектра.

Пока в лаборатории был создан первый небольшой прототип солнечной батареи на основе элементов А3В5 на кремниевой подложке. Сейчас перед учеными стоит задача создать элементы, имеющие в своем составе несколько фотоактивных слоев. Такие солнечные батареи заметно эффективнее поглощают солнечный свет и генерируют электрическую энергию.

"Мы научились растить самый верхний слой. Эта система материалов потенциально может быть использована и для промежуточных слоев. Если добавить мышьяк, то получится GaPNAs — из него на кремниевой подложке можно вырастить несколько каскадов, работающих в разных частях солнечного спектра. Как показали наши предыдущие работы, потенциально эффективность таких солнечных батарей может превышать 40 процентов, то есть быть в полтора раза выше, нежели в современных кремниевых технологиях", — отмечает Иван Мухин.

17 июля 2018, 09:00НаукаУченые создали "идеальный резонатор" для солнечных батарей

Петербургские ученые предложили технологию, которая может снизить стоимость высокоэффективных солнечных батарей

Группа ученых из Санкт-Петербурга предложила и экспериментально опробовала технологию создания высокоэффективных солнечных батарей на основе А3В5 полупроводниковых соединений на кремниевой подложке, которые в будущем могут иметь эффективность в полтора раза больше и при этом имеют более низкую себестоимость, нежели нынешние фотовольтаические преобразователи с одним каскадом. Появление данной технологии некогда было предсказано нобелевским лауреатом Жоресом Ивановичем Алферовым. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.

Сегодня, когда в мире сокращаются запасы источников углеводородного топлива и все больше растет обеспокоенность общественности относительно экологии, ученые уделяют пристальное внимание развитию так называемых «зеленых технологий». Одной из самых популярных тем является развитие солнечной энергетики.

«Углеводороды как традиционный источник энергии иссякают, их сжигание приводит к выработке углекислого газа, — рассказывает научный сотрудник Университета ИТМО, заведующий лабораторией Академического университета Иван Мухин. — В то же время Солнце является практически неиссякаемым источником энергии для нашей планеты. По оценкам коллег, всего одного процента от количества солнечной энергии, падающей на Землю каждый день, хватило бы, чтобы обеспечить нас с вами электричеством на целый год. Именно поэтому солнечная энергетика в будущем имеет шансы заместить традиционные отрасли энергетики, основанные на сжигании ископаемого топлива».

Иван Мухин

Однако более широкому использованию солнечных батарей препятствует ряд проблем. Ставшие традиционными кремниевые солнечные батареи имеют сравнительно небольшую эффективность — около 20-25%. Более эффективные технологии, основанные на многокаскадных гетероструктурах, требуют использования заметно более сложных соединений, а также развитых методов их синтеза с высоким кристаллическим совершенством, что значительно повышает цену самих солнечных элементов.

«Самые распространенные технологии солнечных элементов основаны на кремнии, — продолжает Иван Мухин. — Это относительно дешевый материал, и его материальные запасы значительны. Проблема в том, что кремний является непрямозонным полупроводником и довольно плохо поглощает свет, что вносит ограничения на его применение в качестве базы для создания эффективных солнечных элементов. Существуют другие полупроводниковые материалы, такие как полупроводниковые соединения А3B5, состоящие из элементов третьей и пятой групп таблицы Менделеева. Они существенно лучше поглощают свет, но стоят на порядки дороже кремния, что значительно удорожает создание самих солнечных батарей на их основе. В результате, несмотря на то что КПД такой солнечной батареи выше, производить ее не очень выгодно, так как издержки очень высокие».

Солнечные батареи

Союз А3В5 и кремния

Петербургские ученые предложили возможное решение данной проблемы. Исследователи из Университета ИТМО, Академического Университета и Физико-Технического института им. А.Ф. Иоффе показали, что A3B5 гетероструктуры можно вырастить на дешевой кремниевой подложке, что позволит существенно сократить стоимость самой батареи.

«Наша работа посвящена созданию эффективных солнечных элементов на основе А3В5 на кремниевой подложке, — рассказывает Иван Мухин, являющийся соавтором исследования. — Главная сложность синтеза полупроводниковых соединений на кремниевой подложке состоит в том, что полупроводник должен обладать таким же параметром кристаллический решетки, как у кремния. Грубо говоря, атомы этого материала должны находиться на таком же расстоянии друг от друга, что и атомы кремния. К сожалению, полупроводников, отвечающих этому требованию, немного. К примеру, фосфид галлия (GaP). Однако он сам не очень подходит для создания солнечных элементов, так как плохо поглощает солнечный свет. Но вот если взять GaP и добавить азот N, мы получим раствор GaPN. Уже при малых концентрациях N данный материал становится прямозонным и хорошо поглощает свет, при этом может быть интегрирован на кремниевую подложку. При этом кремний является не просто фундаментом, на который синтезируется фотоматериал, кремний сам может выступать одним из фотоактивных слоев солнечного элемента, поглощающим свет в ИК-диапазоне. Одним из первых идею совмещения A3B5 структур и кремния озвучил Жорес Иванович Алферов».

Жорес Алфёров

В лаборатории ученым удалось синтезировать верхний слой солнечной батареи, интегрированный на кремниевую подложку. Если подобных фотоактивных слоев будет несколько, то и эффективность солнечной батареи станет существенно выше, так как каждый слой солнечной батареи будет эффективно поглощать  свою часть солнечного спектра.

«Мы в лаборатории еще не создали итоговый многокаскадный солнечный элемент, но вместе с коллегами сделали большой шаг вперед по интеграции А3В5 на кремнии для фотовольтаических приложений, — добавляет Мухин. — При этом для роста структуры использовались довольно сложные методы молекулярно-пучковой эпитаксии. Это метод синтеза тонких слоев полупроводника высокого кристаллического совершенства на подложках».

Структура А3В5 полупроводниковых соединений на кремниевой подложке

Перспективы

Пока в лаборатории был создан первый небольшой прототип солнечной батареи на основе элементов А3В5 на кремниевой подложке. Сейчас перед учеными стоит задача создать солнечный элемент, имеющий в своем составе несколько фотоактивных слоев. Такие солнечные батареи заметно эффективнее поглощают солнечный свет и генерируют электрическую энергию.

«Мы научились растить самый верхний слой. Эта система материалов потенциально может быть использована и для промежуточных слоев. Если добавить мышьяк As, то получится GaPNAs — из него на кремниевой подложке можно вырастить несколько каскадов, работающих в разных частях солнечного спектра. Как показали наши предыдущие работы, потенциально эффективность таких солнечных батарей может превышать 40% при концентрации света, то есть быть в 1,5 раза выше, нежели в современных Si технологиях», — отмечает Иван Мухин.

Статья: Liliia N.Dvoretckaia, Alexey D.Bolshakov, Alexey M.Mozharov, Maxim S.Sobolev, Demid A.Kirilenko, Artem I.Baranov, Vladimir Mikhailovskii, Vladimir V.Neplokh, Ivan A.Morozov, Vladimir V.Fedorov, Ivan S.Mukhin,«GaNP-based photovoltaic device integrated on Si substrate», Solar Energy Materials and Solar Cells, 2020

Перейти к содержанию

Города запитают от солнца / Российская Газета

30 июня, 2020

Города запитают от солнца / Российская Газета

Развитие «умных» городов и комфортной городской среды подразумевает не только внедрение разного рода инноваций и технологических ноу-хау, но также использование, так называемой, «чистой» или «зеленой» энергии.

Гибкие солнечные панели. Фото: Пресс-служба «ТехноСпарка»

Пожалуй, самым популярным и, в то же время, наиболее перспективным источником такой генерации является энергия солнца. По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2050 году солнечные электростанции смогут производить до 25% мировой электроэнергии.

Многие эксперты уверены, что несмотря на богатство России углеводородами, в перспективе именно возобновляемые источники энергии, и в том числе солнечная генерация, способны стать доминирующими энергоресурсами. А с развитием технологий себестоимость такой генерации станет не просто низкой, а приносящей сверхприбыли.

Мировые масштабы производства солнечных панелей удваиваются каждые 3 года, себестоимость производства падает, что приводит к снижению цены. И если еще каких-то 15-20 лет назад солнечные панели казались чем-то непостижимым, то сегодня их установка на крышах частных домов уже не вызывает никакого удивления.

Те технологии, которые сейчас активно используются для производства солнечных панелей, специально разработаны, чтобы строить огромные солнечные электростанции на открытых пространствах, но не в самих городах. А значит, в цену электроэнергии включаются услуги сетевых компаний и плата за аренду участка земли для электростанции. Энтузиасты, устанавливающие солнечные панели на частные дома, сталкиваются с рядом трудностей. Традиционные солнечные панели, изготовленные из кристаллического кремния имеют ряд ограничений. В частности, такие панели много весят и довольно хрупки. А это значит, что далеко не на всякую крышу возможно установить кремниевые солнечные панели. Тут важен и материал, из которого изготовлена крыша, и ее конфигурация. Сам процесс установки также довольно трудоемок и дорог. Необходимо спроектировать и смонтировать специальный каркас, на который впоследствии будут закреплены солнечные панели. Поддерживающая конструкция зачастую весит вдвое больше самой панели, достигая 25 кг/м2. Но даже если здание способно выдержать подобную нагрузку, сооружение вряд ли станет украшением дома и сможет гармонично вписаться в облик современного города.

Есть еще один существенный нюанс, о котором не принято широко говорить. Дело в том, что «состав» традиционной солнечной панели на 90% -это стекло, алюминий и кремний — высокоэнергоемкие материалы, производство которых оставляет «жирный» углеродный след. Согласитесь, есть некоторый диссонанс в том, что производство солнечных панелей для «зеленой» генерации, влияет на загрязнение атмосферы. Из-за этих особенностей традиционные кремниевые солнечные батареи не нашли широкого применения в городской среде.

Палатка с гибкими солнечными панелями. Фото: Пресс-служба «ТехноСпарка»

Однако на сегодняшний день существуют технологии, которые способны помочь использовать безграничный солнечный ресурс в городах, сделав его массовым и доступным. Одно из таких решений — гибкие солнечные панели. Тонкие, легкие, практически незаметные, но при этом эффективные. В отличие от традиционных панелей, гибкие создаются на основе технологий тонкопленочной фотовольтаики, где вместо кристаллического кремния в качестве активного слоя используются микрокристаллические или аморфные материалы, нанесенные на гибкую подложку. Такие панели можно устанавливать практически на любую поверхность крыш и фасадов — их легко монтировать, а вес квадратного метра вместе с креплениями — не более трех килограмм. Толщина гибких солнечных модулей составляет около 2 мм, а это значит, что они практически не меняют архитектурный облик зданий и могут легко вписаться в панораму любого города.

Более того, гибкие солнечные панели способны стать частью кровельных материалов. К тому же, такие панели эффективнее работают в пасмурную погоду и в условиях частичного затенения. Тонкость гибких модулей позволяет их устанавливать на стены с низкой несущей способностью, например, из утепленных сэндвич-панелей. Вертикальный монтаж в некоторых регионах даже предпочтительнее. Например, в Якутии. В этом регионе солнца много, однако угол сияния низкий, а зимой преобладает отраженный (от снежного покрова) свет. К тому же, при вертикальной установке солнечные батареи не требуется очищать от снега.

Это могли бы быть фасады с гибкими солнечными панелями. Фото: iStock

Кроме того, полимерные пленки, на основе которых производят такие панели, изготавливаются из продуктов переработки нефти и газа, т.е. углерод в полимере «связывается» и не выбрасывается в атмосферу. А это значит, что производство такого продукта имеет не просто низкий углеродный след, а даже можно сказать — отрицательный.

Новая технология изготовления гибких солнечных панелей позволяет сделать генерацию солнечной энергии по-настоящему общедоступной. Для частных домохозяйств — это возможность не только полностью обеспечивать себя электричеством, но и отдавать излишки в сеть. В городах гибкие солнечные панели могут хорошо вписаться в концепцию комфортной городской среды. Такие панели могут быть использованы, скажем, в ЖКХ. За счет выработки солнечной энергии могут «питаться», например, кондиционеры.

«Необходимость использования солнечных панелей обосновывается не только экономией электроэнергии и уменьшением вреда окружающей среды, но и повышением общего индекса энергоэффективности и высокотехнологичности объекта, — поясняет директор „Проектного бюро 1642“ Андрей Хоменко. — И это уже обоснованные затраты с точки зрения внедрения наилучших доступных технологий. Экономический эффект может оказаться наиболее существенным при капитальных ремонтах фасадов зданий. В этом случае решаются сразу две задачи — утепление здания и экономия на электроэнергии, что в совокупности поможет быстрее окупить затраты на капремонт и впоследствии заметно экономить энергоресурсы».

Городские парки, скверы, детские площадки, различные локации или их элементы, по мнению специалистов, также могут быть переведены на солнечную энергию.

С развитием технологии производства гибких солнечных модулей границы их применения могут быть существенно расширены. Совершенно не обязательно устанавливать такие панели на фасад или крышу здания. Теперь «крышу», можно взять с собой, например, в поход, свернув ее в рулон. Это решает вопрос электроснабжения палаточных городков — больше не нужны огромные запасы топлива. Гибкие солнечные панели сами по себе могут служить тентами или навесами. «Солнечное покрывало» можно использовать и на полигонах ТБО, что, во-первых, защитит их от ветра и осадков, а значит не даст распространиться отходам и запаху по округе, а во-вторых, даст возможность вырабатывать электроэнергию и собирать свалочный газ.

Интеграция гибких солнечных панелей в кровлю и окна. Фото: Пресс-служба «ТехноСпарка»

Российская компании Solartek, которая входит в Группу «ТехноСпарк» из инвестиционной сети Фонда инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО, занимается разработкой и локализацией лучших технологий, существующих на сегодняшний день в сфере производства гибких тонкопленочных солнечных панелей и, в том числе, создает решения для солнечных крыш — гибкую черепицу, мягкие кровельные материалы, облицовочную плитку со встроенными тонкопленочными фотовольтаическими панелями. Уже в ближайший год компания Solartek в партнёрстве с Центром нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия запустит в Саранске первый в России завод по производству гибких солнечных панелей, которые будут выпускаться под маркой SteelSun. Завод будет производить солнечные ячейки и модули по технологии CIGS (диселенид галлия-индия-меди). Средний КПД таких модулей около 15%, они смогут работать также в условиях рассеянного света и частичного затемнения. Это станет первым в России производством по технологии некремниевой фотовольтаики.

«Мы рассчитываем на долгосрочный спрос на интегрированные солнечные крыши со стороны коммерческого сектора: именно бизнесу нужна дополнительная электроэнергия днем в рабочие часы, когда тарифы на нее наиболее высоки, — говорит руководитель Группы компаний Solartek Дмитрий Крахин. — Мы уже разработали решения по интеграции тонкопленочных солнечных панелей для наиболее популярных в России типов кровли — мягкой кровли, фальцевой, гибкой черепицы».

Развитие технологий, подобно тем, которые локализует российская компания Solartek, все больше будет подталкивать развитие «зеленой» генерации, а значит снижать зависимость от углеводородов не в отдаленном будущем, а уже в обозримом «завтра».

Источник: Российская Газета

: Технологии и медиа :: РБК

Tesla Motors объявила о переключении острова в Американском Самоа (территория США в южной части Тихого океана) на солнечные батареи. Об этом компания сообщила на своей странице в Twitter.

«Остров в Американском Самоа переведен почти на 100%-е обеспечение солнечной энергией благодаря более чем 5,3 тыс. солнечных панелей и 60 аккумуляторов Tesla», — говорится в сообщении.

Сеть солнечных панелей и батарей для хранения энергии, которые обеспечивают почти 100% потребностей острова Тау за счет солнечной энергии, была построена в течение года, говорится в блоге SolarCity. Население острова составляет около 600 человек.

Новая сеть солнечных панелей и батарей для хранения энергии позволит острову экономить 109,5 тыс. галлонов (около 414 тыс. л. — РБК) дизельного топлива ежегодно, сообщается в блоге.

В июне этого года компания Tesla Motors предложила выкупить американскую энергетическую компанию SolarCity по цене от $26,5 до 28,5 за акцию. Цель данной сделки — интеграция продукции обеих компаний. Как отмечал глава американского производителя электромобилей Илон Маск, ​многие клиенты Tesla часто интересуются солнечной энергией. После слияния компаний в магазине Tesla появятся батареи для солнечных моделей. Кроме того, объединение SolarCity и Tesla поможет сократить расходы на $150 млн в первый год совместной работы, уверен Маск.

Акционеры Tesla Motors одобрили сделку по покупке SolarCity 18 ноября. Об этом сообщал Reuters со ссылкой на Илона Маска. Агентство уточняло, что покупка энергетической компании обойдется Tesla в $2 млрд.

Компания SolarCity существует с 2006 года. Она занимается проектированием и установкой солнечных энергосистем.

Органическая добавка увеличила срок службы перовскитных солнечных батарей

Добавив органическое вещество поливинилкарбазол в гибридный перовскит – перспективный материал для солнечных батарей, российские ученые увеличили срок работы таких батарей на 500 часов. Результаты работы опубликовал Journal Physical Chemistry Letters, кратко об этом пишет пресс-служба Российского научного фонда (работа поддержана грантами РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

Название гибридным перовскитам дал природный минерал – соединение титана и кальция, который впервые нашли на Урале в 1839 году. У природных и гибридных перовскитов схожая структура. Именно благодаря ей последние обгоняют по эффективности традиционные в солнечной энергетике батареи на основе поликристаллического кремния: за последние годы КПД батарей на основе гибридных перовскитов вырос с 3% до 25,2%, тогда как у поликристаллических кремниевых КПД в среднем около 11%. Кроме того, перовскитные батареи гораздо экологичнее кремниевых.

Однако у этих материалов есть ряд недостатков. В частности, перовскитные солнечные батареи могут работать гораздо меньше кремниевых: примерно 2 тыс. часов (чуть меньше трех месяцев) против примерно 25 лет. Поэтому ученые работают над тем, чтобы увеличить долговечность таких батарей.

В новой работе ученые из Российской академии наук, Сколковского института науки и технологий и Уральского федерального университета добавили к одному из перовскитов органическое соединение поливинилкарбазол. У них получилась ячейка с КПД в 18,7 %. При этом срок ее работы на 500 часов больше, чем у современных перовскитных солнечных батарей.

"Мы не останавливаемся на достигнутом: так, замечено, что наилучшее сочетание эффективности и термостабильности дают смеси брома и йода в различных сочетаниях. Еще одна задача — либо совсем исключить использование в наших материалах токсичного свинца, либо снизить его присутствие до приемлемого уровня. Конечная цель — создание высокопродуктивных, простых и недорогих в изготовлении, долговечных солнечных батарей, энергия которых будет в разы и десятки раз дешевле, чем полученная с помощью кремниевых батарей", – заключил один из авторов работы, доцент УрФУ Иван Жидков.


Лаборатории

Научные результаты:

  • Разработаны трехпереходные (имеют три p-n перехода) солнечные элементы, построенные на основе квантовых точек, с рекордным значением прироста тока среднего каскада.
  • Разработаны основы технологии роста методом МОС-гидридной эпитаксии метаморфных гетероструктур в системах In-Ga-As и Al-(Ga)-In-As на подложках GaAs. На основе метаморфных гетероструктур созданы ФЭП, показавшие наибольшую (согласно литературным данным) эффективность преобразования монохроматического излучения (1064 нм), более 40%.
  • Разработана воспроизводимая технология изготовления омических контактов к GaAs n- и p-типа с переходным сопротивлением порядка 10-6 и 10-5 Ом∙см2 соответственно.
  • Разработаны методики фотоэлектролюминесцентной бесконтактной диагностики фотоэлектрических и резистивных параметров каскадных ФЭП. Разработана методика определения абсолютных значений спектральной чувствительности субэлементов, входящих в состав каскадных ФЭП с ярко выраженной люминесцентной связью.
  • Изготовлены концентраторные фотоэлектрические модули с использованием двух типов линз Френеля и многопереходными ФЭП с КПД 42%. Величина КПД исследуемых модулей составила 35,2%, что соответствует наивысшему мировому уровню.

Внедрение результатов исследования:

Высокоэффективные солнечные элементы на основе материалов А3В5 могут использоваться как для питания космических аппаратов, так и в наземных условиях – в модулях, концентрирующих солнечный свет.

Образование и переподготовка кадров:

  • Защиты: 2 кандидатские диссертации.
  • На базе ФТИ им. А.Ф. Иоффе проводятся школы молодых ученых по теме «Высокоэффективные солнечные фотоэнергосистемы» (2017, 2018 г.).

Сотрудничество:

Санкт-Петербургский национальный исследовательский академический университет РАН (Россия), Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий механики и оптики (Россия), Институт физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН (Россия), Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Россия): совместные исследования


российских ученых представили новый процесс производства солнечных элементов III-V - pv magazine International

Исследователи интегрировали полупроводники A3B5 на кремниевую подложку в прототип солнечного элемента и утверждают, что этот метод может позволить производить солнечные элементы III-V с эффективностью преобразования около 40%.

Эмилиано Беллини

Исследователи из Российского университета ИТМО в Санкт-Петербурге испытывают полупроводниковые соединения A3B5 при производстве многопереходных солнечных элементов III-V.

Материалы A3B5 представляют собой семейство полупроводников, включая арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), фосфид галлия (GaP), фосфид индия (InP), антимонид галлия (GaSb) и антимонид индия (InSb), которые используются в качестве основных материалы для электронных и оптоэлектронных приложений.

Команда Университета ИТМО сообщает, что они впервые изготовили верхний слой небольшого лабораторного прототипа солнечного элемента, который из материалов A3B5 интегрирован на кремниевую подложку.Они утверждают, что это нововведение может привести к созданию высокоэффективных солнечных элементов при значительно более низких затратах, поскольку кремниевая подложка, используемая в их устройстве, была намного дешевле, чем материалы, используемые в солнечных элементах IIV-V, названных так в честь групп периодической таблицы соответствующих элементов. занимать.

Идеальное соответствие

Исследователи заявили, что эпитаксиальный синтез на кремниевой подложке - сложный производственный процесс, поскольку осажденный полупроводник должен иметь тот же параметр кристаллической решетки, что и кремний.«Грубо говоря, атомы этого материала должны находиться на том же расстоянии друг от друга, что и атомы кремния», - сказали они.

GaP - полупроводник, отвечающий этим требованиям, но исследователи заявили, что его свойства по улавливанию света ограничены. Однако соединение фосфида галлия в сочетании с азотом проявляет свойство прямой полосы и сильные свойства улавливания света, а также подходит для интеграции на кремниевую подложку. «При этом кремний не просто служит строительным материалом для фотоэлектрических слоев - он сам может выступать в роли одного из фотоактивных слоев солнечного элемента, поглощая свет в инфракрасном диапазоне», - отмечает команда Университета ИТМО. сказал.

Добавление слоев

Ученые заявили, что эффективность их солнечных элементов повышается по мере добавления дополнительных фотоактивных слоев, и они утверждают, что полупроводник A3B5 также может использоваться для промежуточных слоев. Они считают, что потенциальная эффективность таких солнечных элементов может превысить 40%, если они будут использоваться с концентрирующей фотоэлектрической технологией.

Результаты были представлены в статье Фотоэлектрическое устройство на основе GaNP, интегрированное на подложку Si , опубликованном в Solar Energy Materials and Solar Cells , а также на веб-сайте ScienceDirect.

Арсенид галлия и другие материалы III-V являются одними из наиболее известных с точки зрения потенциала эффективности для солнечных элементов, но до сих пор стоимость ограничивала их нишевыми приложениями, такими как питание спутников и дронов.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected]

Старая скала может привести к солнечным элементам нового поколения

После 170-летней задержки открытие странной металлической породы, обнаруженной на Урале в России в 1839 году, вызвало мировую гонку технологий за дешевизну. , более эффективный солнечный элемент.Это может серьезно подорвать мировой рынок солнечной энергии, на котором в настоящее время доминирует Китай.

Особенности породы привели к пониманию того, что речь идет не о конкретном минерале, а о классе минералов, которые имеют общую кристаллическую структуру кубов и алмазоподобных форм. Структура была названа в честь Льва Перовского, российского специалиста по минералам, который первым ее изучил. Он умер в 1856 году. Позже исследователи обнаружили, что месторождения полезных ископаемых, содержащие структуры перовскита, были дешевыми и широко распространенными во всем мире.

Но ученые не знали, что с ними делать до 2009 года, когда японский исследователь обнаружил, что перовскит может поглощать солнечный свет и превращать его в электричество. Он был очень похож на готовые кремниевые элементы. Только перовскитные ячейки отбирали более сильные фотоны солнечного света и обещали быть намного дешевле в приготовлении, чем кремниевые ячейки, для производства которых требуется 14 этапов, включая приготовления, требующие использования высокой температуры, дорогостоящей автоматизации и чистых помещений.

Потенциально более дешевая стоимость материалов и производства привела к первой волне коммерческих предприятий по производству перовскита, в том числе по крайней мере два, которые формируются в Соединенных Штатах.Они нацелены на продукты, которые могли бы бросить вызов доминированию Китая на мировом рынке солнечной энергии и помочь распространить производство по всему миру.

«Удивительно, насколько быстро это произошло», - сказал Мэтью Бирд, химик и старший научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Боулдере, штат Колорадо, одного из по меньшей мере 20 исследовательских центров и университетов по всему миру, которые работают с перовскитом. .

Он сказал, что, хотя экспериментаторы все еще борются с проблемой стабильности перовскитных солнечных элементов, которая до сих пор давала им более короткий срок службы, чем кремниевые солнечные элементы, есть способы решить эту проблему.Бирд и другие исследователи NREL считают, что новые кристаллические материалы могут стать основой для более конкурентоспособной промышленности США и связанных с ней рабочих мест.

По данным NREL, в настоящее время солнечная промышленность в США, которая изобрела фотоэлектрическую (PV) электроэнергию на солнечных батареях, создает в США 73000 рабочих мест, а уровень найма в ней растет в 17 раз быстрее, чем экономика США.

Но Китай, после шестилетнего финансового спринта по предоставлению щедрых государственных субсидий своему рынку солнечной энергии и своей промышленности, остается далеко впереди.Его солнечные продукты на основе кремния стали достаточно дешевыми и надежными, чтобы контролировать 70 процентов мировой торговли солнечными модулями. Между тем, согласно новому исследованию Стэнфордского университета ( Climatewire , 22 марта), Соединенные Штаты производят около 1 процента.

В исследовании также отмечалось, что перовскитовый солнечный элемент «вызвал огромный интерес среди исследователей солнечной энергии за последние четыре года» и что его эффективность в производстве электричества из энергии солнечного света - на основе лабораторных экспериментов - выросла с 15% до более 22% всего за три года, достигнув уровня, конкурентоспособного с модулями, произведенными в Китае.

Kodak перепрофилирован

В интервью E&E News Борода из NREL сказал, что одним из «критических факторов» этой надвигающейся рыночной встряски «является возможность быть дешевле кремния». Еще он отметил, что химики, как и он сам, видят множество потенциальных способов настроить перовскитные клетки на более высокий уровень эффективности.

Третий новый фактор, разрабатываемый исследователями из Стэнфордского университета и других организаций, - это использование перовскитных ячеек для работы в «тандеме» с коммерческими кремниевыми ячейками, спаривая их вместе, чтобы быстро повысить их эффективность.

Возможно, самое амбициозное предприятие США по производству перовскита выросло из оборудования, первоначально разработанного Eastman Kodak, - для нанесения на фотопленку тонких покрытий, которые образовывали мили целлулоидной пленки, чувствительной к свету. Технология высокоскоростной печати «с рулона на рулон», которую компания Kodak первой использовала для доминирования на мировом рынке фотопленок, используется компанией для покрытия пластиковых пленок тонким слоем материалов на основе перовскита.

Как только его компания в лабораторной лаборатории определила, что элементы на основе перовскита будут работать, Стефан ДеЛука, президент и генеральный директор Energy Materials Corp., расположенная в Рочестере, штат Нью-Йорк, в бизнес-парке Eastman, ранее называвшемся Kodak Park, где начинающие компании используют бывшие производственные мощности и здания Kodak для разработки новых продуктов.

Когда-то в Kodak работало 15 000 человек. Компания ДеЛуки имеет доступ к своим машинам для разработки производственного процесса по производству наиболее распространенного солнечного продукта - квадратных солнечных модулей, устанавливаемых на крышах домов, магазинов и промышленных крыш.

Как объяснил ДеЛука, оборудование ускорит процесс изготовления основного перовскитового материала для превращения солнечного света в электричество.Затем он будет покрыт защитным стеклом и инкапсулирован для защиты от воды и других веществ.

«Я бы сказал, что если вы сделаете их правильно, они будут стабильными», - сказал он, отметив, что кремниевые солнечные модули также должны быть тщательно изготовлены и защищены. «Вы должны быть обеспокоены взаимодействием с другими материалами».

ДеЛука сказал, что, насколько ему известно, ни одна компания не начала коммерческий процесс использования перовскита для производства модулей в больших количествах.«Мы еще не достигли этого, но мы находимся в процессе расширения».

Но он полон надежд, потому что «оборудование, которое вам нужно, намного дешевле, чем то, что вам нужно для кремния. Это значительно снизит стоимость ватта ».

Компания ДеЛука разработала этот процесс совместно с Цзиньсонгом Хуангом, доцентом кафедры механики и обработки материалов в Университете Небраски. Хуанг возглавляет группу исследователей, которые разрабатывают недорогие технологии изготовления перовскитных модулей.

Хуанг, получивший гранты от Министерства энергетики и Национального научного фонда, объяснил, что его конечная цель - не конкурировать с кремниевыми модулями, а создать продукт, достаточно дешевый, чтобы конкурировать с ископаемыми видами топлива, такими как уголь и природный уголь. газ.

«Кремний слишком дорог, чтобы конкурировать с ископаемым топливом и углем», - сказал он недавно в интервью изданию Nebraska Today , опубликованному Университетом Небраски. «Прежде чем солнечные элементы получат широкое распространение, нам необходимо снизить стоимость вдвое, чтобы быть конкурентоспособными с другими источниками энергии.”

Хуанг, который переводит свои исследования в Университет Северной Каролины, подсчитал, что дальнейшие разработки могут поднять уровень эффективности пленок с перовскитным покрытием до 25 процентов «в течение трех-пяти лет».

Добавление перовскита в кремний

Прошлым летом на базе лабораторий Стэнфордского университета было создано второе коммерческое предприятие в США. Он называется Iris PV, и его управляющий директор Колин Бейли считает, что его компания может быстрее достичь более высокой солнечной эффективности, сочетая перовскитные солнечные элементы со стандартными кремниевыми элементами.Работая в тандеме, два устройства могут извлекать больше энергии из солнечного света. Одна австралийская лаборатория недавно объявила, что эффективность такого массива достигает 26,4%.

Прыгнув с 10 процентов до этого уровня эффективности за семь лет, по его словам, перовскит стал самой быстро совершенствующейся фотоэлектрической технологией в истории. «Это определенно очень близко к тому, на что способен лучший кремний», - сказал Бейли, который разрабатывает бизнес-модель, нацеленную на использование тандемных модулей в качестве пути к более дешевой солнечной энергии.

Изготавливая перовскитные элементы в своей лаборатории, он надеется произвести линейку более мелких, нишевых продуктов, таких как тандемные солнечные элементы для питания спутников, и удовлетворить потребности военных США в более мелких и легких системах генерации энергии на местах.

Если это предприятие сработает, Iris PV стремится изменить индустрию солнечных модулей, покупая дешевые коммерческие кремниевые солнечные элементы, предназначенные для модулей, которые в настоящее время устанавливаются на крышах домов. Компания завершила бы модули, вставив второй слой перовскитного материала, тонкое покрытие, напечатанное на стеклянной панели, которое будет служить внешней капсулой для тандемного солнечного элемента.По мнению Бейли, два слоя, работающие вместе, будут конкурировать с наиболее эффективными кремниевыми элементами на коммерческом рынке за небольшую часть их стоимости.

Готовый продукт, упакованный вместе на небольшом, относительно простом модульном заводе, расположенном недалеко от места установки модулей, будет беспроигрышным предложением. Как объяснил Бейли, они помогут производителям солнечных модулей конкурировать с ископаемым топливом, предоставят установщикам панелей более дешевые продукты для продажи и помогут распространить растущую солнечную промышленность в США.С. и во всем мире.

«Это наше долгосрочное видение», - сказал Бейли.

Есть и другие игроки, которые разделяют схожие взгляды на глобальный бизнес по производству солнечной электроэнергии на основе перовскита. Одним из них является Oxford Photovoltaics Ltd., компания, возникшая из Оксфордского университета в Англии, которая недавно заключила соглашение с производителем солнечных панелей об открытии коммерческого предприятия по производству солнечных панелей, работающих на перовските, в Германии.

Это предприятие получило финансовую поддержку от Statoil Energy Ventures, дочерней компании норвежской Statoil ASA, которая является одним из крупнейших производителей нефти и газа в мире.

Гарет Бернс, управляющий директор дочерней компании, сказал, что компания хочет дополнить свой нефтегазовый портфель «прибыльными возобновляемыми источниками энергии». В заявлении для прессы он описал это предприятие как «прекрасную возможность стать частью технологического развития, которое может повлиять на следующее поколение солнечных элементов».

Перепечатано с сайта Climatewire с разрешения E&E News. E&E ежедневно освещает важные новости энергетики и окружающей среды на сайте www.eenews.net.

Гетеропереходная солнечная технология развертывается на Сибирской площадке

Совместное предприятие двух российских компаний построило проект солнечной энергетики на юге Сибири, основанный на технологии гетероперехода (HJT), которая рекламируется как концепция высокоэффективных солнечных элементов. Исследователи заявили, что фотоэлектрические (PV) системы, использующие солнечные модули HJT, обеспечивают более высокий выход энергии, чем другие фотоэлектрические системы, что снижает стоимость производства солнечной энергии.

Группа компаний «Хевел», совместное предприятие ГК «Ренова» и «Роснано», отвечает за строительство нового солнечного парка (рис. 1), расположенного в Горно-Алтайске в Республике Алтай.ГК «Ренова» - это частная бизнес-группа, в которую входят управляющие компании, инвестирующие в энергетику, горнодобывающую, металлургическую, химическую и другие отрасли в России и за рубежом. Роснано - это московская государственная компания, которая финансирует коммерческие разработки в области нанотехнологий.

1. Высокоэффективная солнечная батарея. Солнечная установка, построенная Группой «Хевел» в Горно-Алтайске, столице Республики Алтай в России, спроектирована с использованием технологии гетероперехода, которая хорошо работает в условиях низкой освещенности. Предоставлено: Hevel Group

Анастасия Бердникова, пресс-секретарь Группы Хевел, сообщила POWER в конце августа, что строительство солнечной электростанции Майма началось в мае 2017 года, а установка была введена в эксплуатацию 19 сентября 2017 года. Проект мощностью 20 МВт производился на производственном предприятии «Хевел» в Новочебоксарске, примерно в 600 км к востоку от Москвы, в Чувашской Республике.

«Ранее, в марте этого года, Группа компаний« Хевел »завершила модернизацию своей линии производства тонкопленочных фабрик и перевела ее на производство по технологии гетероперехода.Эта технология гарантирует эффективную работу солнечных модулей при высоких и низких температурах, а также при затенении и рассеянном свете, тем самым значительно расширяя географический потенциал солнечных энергетических установок », - сказала Бердникова.

Генеральный директор Группы компаний «Хевел» Игорь Шахрай в конце августа сообщил российским СМИ, что стоимость проекта оценивается в 2 миллиарда рублей (33,9 миллиона долларов).

Согласно Meyer Burger, немецкой глобальной технологической компании, специализирующейся на солнечной энергии, HJT «сочетает в себе преимущества солнечных элементов на основе монокристаллического кремния (c-Si) с хорошим поглощением и превосходными пассивирующими характеристиками аморфного кремния (a-Si), известных из Технология тонких пленок a-Si с использованием легкодоступных материалов.«HJT был первым массовым производством Sanyo (ныне Panasonic) более десяти лет назад, но патент на базовую технологию был прекращен в 2010 году, что открыло системы для более широких исследований.

Гетеропереходные солнечные модули работают лучше, чем другие фотоэлектрические технологии в условиях низкой и рассеянной освещенности, а также хорошо себя чувствуют как в условиях высокой, так и низкой температуры воздуха.

«Хевел» уже управляет тремя сетевыми солнечными электростанциями в регионе, каждая мощностью 5 МВт. Он планирует увеличить свои региональные солнечные генерирующие мощности до 90 МВт в течение следующих двух лет.Ранее «Хевел» ввел в эксплуатацию солнечную дизельную гибридную электростанцию ​​мощностью 100 кВт в этом районе в 2013 году, обеспечивающую электроэнергией Яйлю в Республике Алтай на Телецком озере.

Группа компаний «Хевел» удвоила годовую производственную мощность своего завода в Новочебоксарске в Чувашской Республике до 160 МВт солнечных модулей, что, по ее словам, достаточно для покрытия половины годовой потребности российского рынка солнечной энергии. Шахрай сообщил СМИ, что наращивание объемов производства компании «открывает широкие перспективы с точки зрения масштабных проектов в России и за рубежом.”

- Даррелл Проктор - младший редактор POWER.

солнечных панелей - Kinect Solar

(Часть I) - Чтение за 5 минут

В выпуске Kinect Solar Coaster / Election Coaster на этой неделе мы с Куртом рассмотрим двусторонние модули. Если в течение последних нескольких недель вы не занимались ничем, кроме запоя, наблюдая за Cobra Kai (и кто мог бы вас в этом винить), вы, вероятно, слышали, что двухстороннее освобождение от тарифов было отменено президентом Трампом.Вот судья Кацманн из Международного торгового суда США, который заблокировал это заявление и издал двухнедельный запретительный судебный приказ против президента. Кто знал, что это вообще что-то? Таким образом, двусторонние модули останутся освобожденными от тарифов, по крайней мере, на некоторое время. К счастью, этот блог не о тарифах или политике, так что давайте углубимся.

Краткая и неполная история двусторонних модулей

Как и многие великие изобретения, которые сильно повлияли на нашу жизнь, включая микрочипы, штрих-коды и большие автомобили с хвостовыми плавниками, двусторонние солнечные элементы ведут свою историю с 1950-х годов.Первый солнечный элемент, разработанный Bell labs и представленный публике в 1954 году, был двусторонним - двусторонний солнечный элемент n-типа с встречно-штыревыми контактами, если вам интересно. Двусторонние модули были с нами с тех пор в той или иной степени. Российские спутники внедрили двустороннюю технологию в 70-е годы. Швейцарцы использовали двусторонние модули, начиная с 90-х годов, чтобы служить двойной цели производства энергии и создания шумозащитных барьеров вдоль дорог. А кто мог забыть двухсторонние двухсторонние модули Sanyo HIT Double с начала года? Довольно впечатляющие панели при огромных 200 Вт примерно в 2008 году, и это было до прироста тыльной стороны! В последние несколько лет, благодаря освобождению от тарифов и снижению производственных затрат, которые способствовали их популярности, двусторонние модули стали самостоятельными.Крупные девелоперы привлекают их к проектам коммунального масштаба, чтобы воспользоваться преимуществами увеличения выработки энергии и потенциально более низкой приведенной стоимости энергии (LCOE). Между тем производители и 3 -е партийные организации, такие как NREL, пытались точно измерить двустороннюю производительность, чтобы определить, как эти модули работают в капризах реальных условий.

Двухсторонняя технология для начинающих

Проще говоря, двусторонние модули изготавливаются таким образом, чтобы обе стороны солнечных элементов могли подвергаться воздействию света и вырабатывать энергию.Стеклянный или прозрачный задний лист заменяет непрозрачный задний лист и алюминиевую основу для ячеек, которые есть на большинстве монолицевых модулей. Обычно лицевая сторона поглощает прямой солнечный свет, а задняя сторона - солнечный свет, отраженный землей, крышей, облаками, другими солнечными модулями и т. Д.

В модулях

Bifacial используется технология PERC, а также технология PERT и Hetero-Junction, как в типичных современных монофациальных панелях. Они могут быть поли или монокристаллическими, но, следуя отраслевым тенденциям, в наши дни, как правило, в основном монокристаллические.Подобно монофациальным модулям, двусторонние имеют рейтинг STC или паспортную табличку, основанный на идеальных условиях лабораторных испытаний. Поскольку рейтинги STC учитывают только добычу на передней стороне, дополнительная оценка присваивается на основе процентного прироста на задней стороне.

Таким образом, двусторонние изображения не являются экзотикой или даже новой технологией, но стоит отметить, что они приносят реальный и потенциально значительный прирост производства. Однако при точном измерении этих достижений история становится немного сложнее.Прежде чем мы перейдем к липкой калитке (да, это метафора крикета) прогнозирования выигрыша на обратной стороне, давайте рассмотрим некоторые преимущества, которые могут иметь двусторонние модули по сравнению с моноличными модулями, и некоторые из потенциальных недостатков.

Двусторонние преимущества

Вот некоторые из причин, по которым вам следует рассмотреть двусторонние модули:

  • Эстетика : Как и почти все, что связано с солнечной энергией, красота находится в глазах смотрящего, ассоциации домовладельцев, коммунальной компании и т. Д.Лично для меня двойные стеклянные двусторонние модули действительно могут добавить эстетической привлекательности световому окну, беседке на заднем дворе или иному мягкому навесу для машины.
  • Более высокая эффективность : Более высокий выход энергии становится реальностью с двусторонними модулями и может достигать более 30% в идеальных условиях. Согласно спецификации (и сложному математическому доказательству с моей стороны) двухсторонний модуль Trina мощностью 400 Вт с усилением тыльной стороны 25% становится модулем на 500 Вт. Не слишком потертый! Имейте в виду, что эти достижения сильно зависят от целого ряда переменных, которые мы рассмотрим во второй части.
  • Дополнительные варианты установки : Двусторонние модули могут быть установлены любым способом, каким могут быть монофациальные модули, но также отличаются нетрадиционными способами. Например, швейцарская шоссейная звукоизоляция / фотоэлектрическая установка, о которой мы говорили, ранее использовавшиеся вертикально установленные модули.
  • Простая замена : В двусторонних модулях используется практически та же технология, что и в стандартных монофациальных модулях, и они имеют очень похожие механические и электрические характеристики. Таким образом, замена монолицетов на двусторонние часто представляет собой простой процесс, требующий не более чем нескольких дизайнерских изменений.
  • Более высокая производительность и плотность энергии : С увеличением задней стороны производительность увеличивается и становится возможным больше энергии на квадратный фут. Очевидно, что это критично в районах с ограниченным недвижимым имуществом для фотоэлектрических систем.
  • Повышенная прочность : Поскольку большинство двусторонних модулей изготавливаются с использованием стекла с обеих сторон, модули, как правило, прочнее и долговечнее. Это равносильно более низкой скорости разрушения и более высокому долгосрочному выходу энергии в течение всего срока службы установки.
  • Снижение LCOE : Прирост производства (более высокая мощность кВтч / кВтп по сравнению с монолинии), а также повышенная долговечность в конечном итоге приравниваются к более низкой LCOE - святому Граалю солнечных проектов, особенно в масштабах коммунальных услуг. Это приводит к увеличению прибыли, и кто не мог этим воспользоваться в наши дни.

Двусторонние вызовы

Как и все самое лучшее в жизни, двустороннее лицо имеет некоторые недостатки. Вот несколько причин, по которым двусторонние модули могут не подходить для вашего следующего проекта:

  • Цена : Самый существенный недостаток двусторонних модулей - цена.Материалы и процессы, используемые для изготовления двусторонних модулей, просто дороже. Эта добавленная цена помешала двухсторонним лицам быть более заметными, даже несмотря на то, что технологии более 60 лет. Однако освобождение от тарифов (если оно сохраняется) и уменьшение разницы в ценах между монофасциальными модулями делают это лишь небольшим противником, если вообще в некоторых случаях.
  • Стеллажи : Специализированные стеллажи необходимы, чтобы обеспечить максимальное усиление тыльной стороны. Это означает, что стеллажи необходимо переместить к краям модуля, чтобы свет падал на всю заднюю часть.Одноосные трекеры, в которых двусторонние устройства могут действительно отличаться, должны оставлять значительное пространство между стойками модуля, чтобы торсионная трубка не «затеняла» заднюю часть модуля (см. Рисунок 2). Многие производители стеллажей, особенно те, которые специализируются на наземном креплении, имеют изделия, специально разработанные для двусторонних. Обратной стороной является то, что это может увеличить цену. Несмотря на то, что большинство двусторонних накладок теперь поставляется с рамкой, на рынке все еще есть такие, которые не имеют, и для них требуются специальные зажимы для защиты модуля.
. Рис. 2
  • Дизайн системы : Ранее мы упоминали, что двусторонние модули могут довольно легко заменить монолица. Но проектировщики и инженеры должны быть осторожны и учитывать более высокие токи и напряжения. Большинство инверторов разработаны с учетом повышенной мощности двусторонней системы, особенно в коммерческих и коммунальных масштабах. Однако проектировщикам необходимо проявлять осторожность и учитывать увеличение мощности при выборе инверторов, проводки и другого оборудования BOS.
  • Установка : Из-за этих двух листов стекла двусторонние модули тяжелее, что затрудняет установку и обращение с ними. Управление проводкой также становится критически важным, чтобы не блокировать заднюю часть модуля, что может увеличить время и сложность установки. Хорошей новостью является то, что производители скорректировали конструкцию своих модулей, добавив такие функции, как более короткие кабели, которые практически исключают организацию проводов.
  • Задние препятствия : При установке на крыше, MLPE, необходимый для выполнения требований к быстрому отключению, к сожалению, будет препятствовать выигрышу в задней части, и большинство стеллажей на крыше не рассчитаны на двухсторонние элементы.Представьте себе рельсы, проходящие через переднюю часть модуля, и вы поймете идею. На самом деле, любая проводка или другое оборудование, которое висит вокруг задней стороны модуля, может ограничить усиление задней стороны почти до нуля.
  • Производственное моделирование : Прогнозирование производства монофациальной фотоэлектрической матрицы стало довольно простым с помощью таких инструментов, как PV Syst и Helioscope. Но обратная выгода основана на очень многих переменных, которые не так-то легко учесть. Следовательно, точное прогнозирование годового производства двусторонней фотоэлектрической системы становится более трудным и потребует своевременных и дорогостоящих ручных расчетов вашей проектной и инженерной группой.

Расставания

В конечном счете, двусторонние модули никуда не денутся, и некоторые производители и отраслевые аналитики предсказывают, что они в конечном итоге вытеснят монолица в качестве основной технологии. Итак, важно узнать об этой технологии уже сегодня.

Во второй части мы рассмотрим ситуации, в которых преобладают двусторонние движения, и какие факторы способствуют их успеху. Мы также попытаемся определить возможный выигрыш на основе характеристик установки.

До следующего раза, спасибо за чтение и оставайтесь солнечной планетой Земля.

Future Tech: Горячие солнечные элементы | ОРЕЛ

Solar официально вступает во владение. Согласно Bloomberg New Energy Finance, солнечная энергия будет самым дешевым способом производства энергии в ближайшие 15 лет. Прогуливаясь по моему родному городу Сан-Диего, Калифорния, вы можете увидеть солнечные батареи повсюду, усеивая пригородные дома, офисные здания и даже парковки. В этом городе с его обилием солнечного света есть смысл воспользоваться преимуществами солнечной энергии.Но как насчет городов с менее стабильной погодой? Когда накатываются облака, обычно свет гаснет из-за солнечной энергии. Новая технология горячих солнечных элементов, разрабатываемая исследователями из Массачусетского технологического института, может полностью изменить эту историю.

Предел Шокли-Кайссера

Кремний, используемый в сегодняшних солнечных элементах, ужасно неэффективен, улавливая визуальный свет только в фиолетовом и красном спектре. Это всегда была известная проблема. Поскольку солнечные элементы были впервые представлены в 1960-х годах, на их эффективность был наложен теоретический предел, названный пределом Шокли-Кайссера.Этот предел указывает на то, что однослойный элемент из кремния имеет максимальную теоретическую эффективность 32%. Имейте в виду, что это теоретически, а фактическая эффективность преобразования в практических приложениях намного ниже, около 15 процентов.

(Источник изображения)

Итак, сколько неэффективных солнечных панелей вам нужно привязать к дому, чтобы сделать его энергонезависимым? По данным Массачусетского технологического института, для дома в Аризоне вам понадобится около 574 квадратных футов панелей для удовлетворения ежедневных потребностей в энергии.Для Вермонта на тот же дом потребуется 861 квадратный фут. Все это при условии, что вы получаете в среднем 15-процентную эффективность преобразования.

Представьте себе солнечную технологию, для которой не требуется вся крыша! (Источник изображения)

Дело в том, что сегодняшние фотоэлектрические технологии привели нас туда, где мы находимся сегодня, но они нуждаются в модернизации, чтобы переместиться в будущее.

Горячие солнечные элементы популярны

Команда ученых Массачусетского технологического института строит иную историю для будущего солнечных технологий.Используя некоторые инновационные инженерные и материаловедческие методы, они смогли разработать так называемые горячие солнечные батареи. Это устройство работает на той же самой основе - преобразовании солнечного света в электричество с небольшими изменениями. Если сначала преобразовать солнечный свет в тепло, а затем снова превратить его в свет, эффективность солнечных элементов резко возрастет.

Взгляд внутрь горячего поглотителя солнечных батарей (Источник изображения)

Эта термофотоэлектрическая технология настолько многообещающая, что была названа одной из 10 прорывных технологий MIT 2017 года.Посмотрим, как это работает.

Двумя ключевыми компонентами системы горячих солнечных элементов являются углеродные нанотрубки и нанофотонные кристаллы. Углеродные нанотрубки обеспечивают почти идеальный способ поглощения всего цветового спектра солнечного света. Когда этот захваченный свет преобразуется в тепло, структура нанофотонных кристаллов может излучать тепло в точно определенных длинах волн, которые соответствуют максимальной эффективности фотоэлектрического элемента.

Нанофотонные кристаллы могут излучать свет с точной длиной волны.(Источник изображения)

Основная проблема однослойных кремниевых элементов - это количество солнечной энергии, теряемой за счет тепла. Горячие солнечные элементы решают эту проблему, устанавливая поглотитель-эмиттер поверх элемента. Это устройство действует как своего рода воронка, которая улавливает энергию солнечного света и преобразует ее в тепло с помощью нанофотонных кристаллов, встроенных в углеродные нанотрубки.

Углеродная нанотрубка, расположенная поверх слоя поглотителя-эмиттера. (Источник изображения)

Когда захваченное тепло достигает температуры 1000 градусов Цельсия, нанофотонные кристаллы излучают тепло обратно в виде света.Этот свет фокусируется в определенных диапазонах длин волн, которые фотоэлектрические элементы могут поглощать с максимальной эффективностью.

И самое лучшее - любые непригодные для использования фотоны, которые не поглощаются фотоэлектрическим элементом, затем отражаются обратно через оптический фильтр. Этот фильтр отправляет свет обратно через процесс поглотитель-излучатель, который эффективно перерабатывает неиспользованные фотоны для получения большего количества тепла.

Будущее горячих солнечных батарей

На сегодняшний день эта технология все еще находится на стадии прототипирования и работает только на 6.КПД 8 процентов. Однако исследователи из Массачусетского технологического института уверены, что некоторые усовершенствования сделают его вдвое более эффективным, чем традиционные фотоэлектрические элементы.

В то время как исследовательская группа продолжает повышать эффективность, они также ищут способы добавить систему хранения тепла. Это позволит подавать любое избыточное тепло, генерируемое горячим устройством солнечных элементов, в систему хранения. Это накопленное тепло затем будет действовать как своего рода батарея, позволяя производить электричество даже при отсутствии солнечного света.Если это удастся, мы можем увидеть постоянно включенную солнечную батарею, которая работает в любой климатической среде.

Команда уже доказала, что эта концепция системы хранения работает в ходе пробных испытаний. Они запустили систему под прямыми солнечными лучами, а затем заблокировали солнце, поэтому использовались только излучения нанофотонного кристалла. В обоих случаях производительность соответствовала ожидаемому поведению и обеспечивала непрерывное производство электроэнергии.

Преодолевая предел Шокли-Кайссера

Поскольку потребность в более устойчивых источниках энергии продолжает расти, наши нынешние неэффективные солнечные решения просто не помогут.Горячие солнечные элементы выглядят многообещающей альтернативой для расширения нашего энергонезависимого будущего. Разрушат ли горячие солнечные элементы предел Шокли-Кайссера и станут ли они новым стандартом в солнечной энергии? Мы с нетерпением ждем, как будет развиваться развитие этой технологии в 2018 году.

Хотите создать собственное электронное устройство на солнечной энергии? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Энергетический переход в России | SpringerLink

Глобальные драйверы «трех D» работают по-разному в разных странах, и Россия является хорошим примером всего лишь «1.5 D »: как было показано выше, климатическая повестка дня не актуальна для России, а конкурентоспособность национальной экономики и энергетическая безопасность уже обеспечиваются обилием дешевых углеводородов (в первую очередь природного газа). Таким образом, для России технологическая политика и желание предотвратить появление большого технологического разрыва являются единственными действительно важными драйверами энергетического перехода. Что касается трех столпов D, декарбонизация и, отчасти, децентрализация в настоящее время неприемлемы для руководства страны и основных заинтересованных сторон, оставляя это в основном за цифровизацией, которая действительно недавно стала основным направлением инвестиций в российский энергетический сектор.

Тем не менее, несмотря на эту ограниченную мотивацию для продвижения энергетического перехода в России, есть некоторые области, где потенциальные выгоды огромны и которые могут создать реальную ценность для российской экономики и привлечь инвестиции при наличии надлежащего регулирования. Этими ключевыми областями являются:

Энергоэффективность

Факторы, связанные с холодным климатом России, огромными расстояниями, чрезмерной структурой сырья, плохой экономической организацией и значительной технологической отсталостью, привели к ее энергоемкому ВВП - 1.В 5 раз выше среднемирового показателя и США, и вдвое больше, чем у ведущих европейских стран [4]. Практически во всех промышленных технологиях наблюдается значительный разрыв в энергоэффективности, причем не только в отношении наилучших доступных технологий, но и в отношении «фактического потребления за рубежом». Даже при сравнительно низких ценах на топливо и энергию доля затрат на топливо и энергию в процентах от общих производственных затрат в России выше, чем в развитых и многих развивающихся странах [20]. До экономического кризиса 2009 года Россия была одним из мировых лидеров по снижению энергоемкости ВВП, и разрыв между Россией и развитыми странами резко сокращался - с 1998 по 2008 год было достигнуто снижение энергоемкости ВВП на 40%; однако с 2009 года это сокращение замедлилось и даже обратилось вспять.По данным Башмакова [19, 21], энергоемкость ВВП в России в 2017 году была всего на 10% ниже, чем в 2007 году (при этом первоначальная цель по энергоэффективности, установленная в 2008 году, заключалась в снижении энергоемкости ВВП на 40% к 2020 году). . Были выделены значительные субсидии из федерального бюджета, но произошли очень ограниченные изменения, в результате чего первоначальная цель была значительно снижена до 9,41%, а федеральное финансирование было прекращено [22].

Очевидно, что для такой энергоемкой экономики такие вопросы, как энергоэффективность и энергосбережение, являются ключевыми проблемами при переходе на энергоносители: согласно анализу МЭА, 30% потребления первичной энергии в России и огромное количество углеводородов (180 млрд куб. М газа, 600 КБ / сутки нефти и нефтепродуктов и более 50 млн у.т. угля в год) можно было бы сэкономить, если бы применялись меры повышения эффективности, сопоставимые с целями ОЭСР [23].Основную роль в снижении роста энергопотребления могло бы сыграть структурное энергосбережение (изменение производственной и продуктовой структуры экономики) с увеличением доли неэнергетических производств и продуктов. Следующим по важности фактором, сдерживающим рост энергопотребления, является техническое энергосбережение, которое может обеспечить общую экономию энергии на 25-40%. Однако ликвидировать этот разрыв со странами ОЭСР будет чрезвычайно сложно - он фактически увеличивается из-за отсутствия инвестиционного потенциала для быстрого обновления активов и финансирования энергоэффективности.Если к этому добавить сохраняющиеся административные барьеры и, что наиболее важно, отсутствие «длинных денег» и кредитов на проекты в области энергоэффективности для мелких участников рынка вкупе с сохранением относительно низких цен на природный газ в долгосрочной перспективе, Россия останется в тупике. в состоянии высокой энергоемкости. Чтобы изменить эту модель, необходима жесткая политика, сопровождаемая значительным повышением цен на энергоносители; Потенциальные выгоды. однако не менее важны.

Возобновляемые источники энергии

В энергетическом балансе России преобладают ископаемые виды топлива, при этом на природный газ приходится 53% общего спроса на первичную энергию, а на уголь и жидкое топливо на основе нефти приходится 18%.Безуглеродные источники энергии представлены в основном крупной гидро- и атомной энергетикой (пользующейся сильной государственной поддержкой). Общая доля возобновляемых источников энергии (включая гидроэнергетику, солнечную энергию, ветер, биомассу и геотермальную энергию) составляла всего 3,2% от потребления первичной энергии в России в 2015 году. К концу 2015 года общая установленная мощность возобновляемых источников энергии составляла 53,5 ГВт, что составляет около 20%. от общей установленной мощности производства электроэнергии в России (253 ГВт), при этом гидроэнергетика обеспечивает почти всю эту мощность (51.5 ГВт), затем идет биоэнергетика (1,35 ГВт). Установленная мощность солнечной энергии и берегового ветра по состоянию на 2015 г. составила 460 МВт и 111 МВт соответственно [24].

Согласно проекту Энергетической стратегии России на период до 2035 года [14], доля возобновляемых источников энергии в общем потреблении первичной энергии в России должна увеличиться с 3,2 до 4,9% к 2035 году. фотоэлектрические (PV), береговые ветровые и геотермальные мощности до 5,9 ГВт к концу 2024 года.Основой для роста использования возобновляемых источников энергии в России является Указ 449, принятый в 2013 году, который создал правовую основу для создания системы мощностей возобновляемых источников энергии в стране. Указ призван стимулировать развитие возобновляемых источников энергии, уделяя особое внимание ветровым и солнечным фотоэлектрическим элементам и, в меньшей степени, малой гидроэнергетике. Законодательство устанавливает условия участия на рынках мощности возобновляемых источников энергии страны. В рамках этой системы разработчики энергетических проектов мощностью не менее 5 МВт могут участвовать в ежегодных тендерах на заключение контрактов на поставку мощности с российским администратором торговой системы.Поставщикам-победителям платят как за мощность, которую они добавляют в энергосистему, так и за поставляемую ими энергию на основе долгосрочных 15-летних контрактов с фиксированными тарифами. Этот регламент устанавливает правовую и нормативную среду, которая позволяет разработчикам коммерциализировать мощность как отдельный товар от самой мощности, и обеспечивает экономическую привлекательность этих проектов для инвесторов. В свою очередь, разработчики возобновляемых источников энергии должны гарантировать, что они могут предоставить обещанную мощность в нужные сроки и с достаточной локализацией оборудования [25].

С тех пор ежегодный прирост возобновляемых мощностей вырос с 57 МВт в 2015 году до 376 МВт в 2018 году (320 МВт солнечная энергия, 56 МВт ветровая). Что еще более важно, так это значительное снижение капитальных затрат на аукционы по возобновляемым источникам энергии за последние 2 года, на 35% для ветра и 31% для солнечной энергии, по данным Министерства энергетики [24]. Этот процесс не был гладким; в некоторых раундах аукционов мощности не удалось привлечь заявки по ряду причин: в период с 2013 по 2016 год на торгах было присуждено чуть более 2 ГВт возобновляемой мощности, в то время как на аукционе 2017 года их было всего 2.2 ГВт ветровой, солнечной и малой гидроэнергетики было выделено за один раунд, а в 2018 году 1,08 ГВт мощности было распределено между 39 проектами. В 2017 году в схему рынка мощности также были включены пять проектов по переработке энергии из отходов, общей мощностью 335 МВт. Но в 2018 году тендер на поставку мощностей по утилизации отходов не прошел из-за новых жестких требований к участникам конкурса по предоставлению гарантий производительности.

Поскольку технологическая политика является основным двигателем интереса России к возобновляемым источникам энергии, страна сосредоточена, прежде всего, на создании собственных мощностей по производству возобновляемых источников энергии.Россия установила довольно высокий уровень местного содержания, необходимый для получения самых высоких тарифных ставок, что является важным компонентом долгосрочной осуществимости многих российских проектов в области возобновляемых источников энергии. Процентная доля оборудования российского производства, необходимого для избежания штрафных санкций, была относительно скромной в первые дни аукционной системы, но теперь она выросла до 65% для ветряных электростанций и малых гидроэлектростанций и 70% для солнечной энергии до 2020 г. план локализации установлен правительством на уровне 80%. Эти высокие уровни стали причиной проведения нескольких тендеров, особенно в области строительства ветряных электростанций, для которых практически не было оборудования российского производства.Требования побудили иностранные фирмы сотрудничать с российскими энергетическими компаниями и производителями. Было создано несколько международных совместных предприятий, в том числе Fortum и государственный технологический инвестор Роснано, инвестиционный фонд ветроэнергетики, и WRS Bashni, партнерство испанского девелопера Windar Renovables, Роснано и российской сталелитейной компании Северсталь. Ветровое оборудование было локализовано Vestas Manufacturing Rus в Нижегородской области, в то время как Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE) и Lagerwey также выходят на российский рынок [25].

Проблема в том, что текущий механизм поддержки истечет в 2024 году - к этому времени будут почти выполнены не амбициозные целевые показатели доли возобновляемых источников энергии в России и амбициозные цели локализации - и приток иностранных разработчиков возобновляемых источников энергии может прекратиться, если не будут созданы новые стимулы для возобновляемых источников энергии. Однако, чтобы создать эти стимулы, российское правительство должно сначала определить долгосрочную роль возобновляемых источников энергии в своем энергетическом балансе, что довольно сложно обойтись без программы декарбонизации: как страны с крупнейшими в мире запасами природного газа и Россия, занимающая второе место по запасам энергетического угля, не видит реальной ценности в переходе от ископаемого топлива к источникам энергии с нулевым выбросом углерода.Несмотря на огромный потенциал страны в области ветровых и солнечных ресурсов и практически безграничные земли, доступные для развития, наличие нефти, газа и угля сдерживает развитие чистой энергии. Диверсификация этого энергобаланса в сторону безуглеродных источников энергии является сложной задачей: низкие цены на углеводороды и неблагоприятное географическое распределение потенциальных возобновляемых ресурсов от точки их использования (в основном сосредоточенных в безлюдных районах с большим расстоянием до центра потребления) , вместе с их сравнительно высокой стоимостью (например,грамм. низкий спрос на новые возобновляемые мощности и высокие требования к локализации, приводящие к высокой, неконкурентоспособной удельной стоимости) препятствуют развитию этих источников энергии в России.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) [23], Россия теоретически может увеличить свою долю возобновляемых источников энергии с 4,9 до 11,3% от общего потребления первичной энергии к 2030 году. Однако без переоценки приоритетов своей энергетической стратегии и Более широкая трансформация его энергетической системы может оказаться труднодостижимой.

Децентрализация и потенциал распределенных энергоресурсов в централизованной энергосистеме России

Исторически российская энергосистема развивалась чрезвычайно централизованно: в России существует одна из крупнейших в мире национальных централизованных энергосистем с единым диспетчерским управлением - по состоянию на 2017 г. общая протяженность магистральных сетей составила более 140 000 км, распределительных сетей - более 2 млн км, установленная мощность электростанций - 246,9 ГВт. Эта энергетическая система создавалась и развивалась на иерархической основе с централизованными органами долгосрочного планирования.Централизованная модель была основой энергетической стратегии на протяжении десятилетий, в то время как распределенные энергоресурсы (DER), включая микросети на возобновляемых источниках энергии, развиваются медленно и только в отдаленных и изолированных районах. Значительная роль распределенной генерации была значима только в отдаленных районах Дальнего Востока, Сибири и Арктики, которые слишком дороги для подключения к единой национальной сети. Однако, как и повсюду в мире, началось включение DER в централизованную систему.

Децентрализация электроэнергетики началась, когда экономия от масштаба в производстве электроэнергии перестала быть значительной в глобальном масштабе из-за технологических усовершенствований. Катализатором этих изменений стало появление в 1980-х годах технологий газовых турбин и поршневых газовых двигателей. Мировой рынок поршневых газовых двигателей демонстрировал устойчивый рост (среднегодовой темп роста [CAGR] 17%) до конца 2000-х годов [26]. Например, в США распределенная генерация играет важную роль в электроэнергетическом секторе в течение нескольких десятилетий [27].Исторически эти DER состояли из диспетчерских ресурсов; однако недавнее увеличение неуправляемых фотоэлектрических мощностей знаменует собой изменение этой тенденции. Прогноз Bloomberg New Energy Finance (BNEF) показывает, что к 2040 году коэффициент децентрализации превысит 15% в восьми странах (как это было в Германии в 2017 году) [28]. Глобальные ежегодные приросты распределенных генерирующих мощностей уже превысили централизованные, а негенерационные типы DER имеют даже больший потенциал, чем распределенная генерация (в США в 2014 году реакция спроса и потенциал энергоэффективности [37 ГВт] был выше, чем у ТЭЦ [18 ГВт] ] и солнечная [8 ГВт]) [27].Как и в других странах, интеграция РЭЭ в российский электроэнергетический сектор была заметна в 2000-х годах, но в последние 17 лет она ограничивалась только распределенной генерацией. Развитие этого процесса в России обусловлено не глобальной климатической повесткой дня или соображениями энергетической независимости, а экономическими соображениями крупнейших потребителей электроэнергии. Практически все крупные российские промышленные компании (включая лидеров нефтегазовой отрасли, такие как «Газпром», «Роснефть», «Лукойл», «Новатэк» и «Сахалин Энерджи») разрабатывают собственные проекты распределенной генерации, чтобы получить более доступное энергоснабжение.

Микрогенерация с использованием возобновляемых источников энергии для домашних хозяйств в России по-прежнему в основном ограничивается энтузиастами. В нескольких регионах имеется всего несколько дел, и все они почти полностью обусловлены факторами экономической целесообразности.

Негенерационные типы РЭД в России находятся на очень ранней стадии развития. Технологии реагирования на спрос начали появляться в 2016–2017 годах, но затронула лишь небольшая часть энергопотребления (54 МВт во второй ценовой зоне оптового рынка электроэнергии, или 0.1% от общей мощности в этой зоне). Реагирование спроса на розничном рынке электроэнергии находится в экспериментальной стадии.

Однако потенциал DER в России значителен. Согласно исследованию Энергетического центра Сколково [29], этот потенциал может легко покрыть более половины потребности в генерирующих мощностях (около 36 ГВт к 2035 году). Наиболее перспективным видом РЭД в России является распределенная когенерация (~ 17 ГВт). Установки собственной генерации для потребителей электроэнергии могут обеспечивать дополнительно ~ 13 ГВт, реагирование на спрос до 4 ГВт, энергоэффективные технологии 1.5 ГВт, а фотоэлектрические системы на крыше - 0,6 ГВт. Полное использование сценария DER показывает возможность ликвидации всего разрыва к 2035 году.

Для стимулирования максимального использования технологий DER в российском электроэнергетическом секторе необходимы изменения системной архитектуры и политики, уравновешивающие интересы новых игроков с существующая модель. Последовательное разумное сочетание централизованной генерации и DER кажется наиболее эффективным подходом. Для реализации такого сочетания необходимо разработать принципы и рыночные механизмы интеграции централизованной и децентрализованной частей и обеспечить их надежную совместную работу.

Цифровизация как приоритет правительства

Цифровизация энергетического сектора в целом и электроэнергетики в частности является частью глобальной тенденции, а это означает, что быстро развивающиеся цифровые технологии проникают в экономику. Для энергетического сектора это создает новые возможности - в конце концов, становится все труднее управлять энергосистемами с высокой долей периодически возобновляемых источников энергии. По данным МЭА, инвестиции в цифровые технологии во всем мире выше, чем в производство электроэнергии на газе [30].

Российские власти рассматривают цифровую трансформацию энергетического сектора как ключевой технологический вызов (также учитывая высокую зависимость от импорта всего высокотехнологичного оборудования и потенциальную угрозу санкций, которые могут создать серьезные риски для национальной энергетической безопасности) , поэтому цифровизация стала основным двигателем перехода России в энергетический сектор. В 2018 году Владимир Путин подписал указ о создании специальной государственной программы «Цифровая экономика», в которой энергетическая инфраструктура упоминается в качестве ключевого компонента.Минэнерго также разработало специальный проект «Цифровая энергия», ориентированный в первую очередь на цифровизацию регулирования, координации и создания всей институциональной базы для широкомасштабного внедрения цифровых технологий в энергетическом секторе. Согласно «Стратегии цифровой трансформации» государственной электросетевой компании «Россети», повышение надежности электроснабжения потребителей и повышение доступности электросетевой инфраструктуры относятся к числу эффектов цифровой трансформации.

Систематическая и последовательная цифровая трансформация сокращает время и облегчает процесс технологического присоединения, снижает затраты на обслуживание и ремонт, повышает эффективность управления сетью, сокращает количество и продолжительность отключений, увеличивает срок службы оборудования. Такое улучшение возможно за счет более эффективного предотвращения аварий и быстрого реагирования на инциденты за счет точной информации об их локализации, обслуживании оборудования и оптимизации режимов работы оборудования в штатном и аварийном режимах, обеспечивающих оперативное восстановление электроснабжения, в том числе выборочной технологии.Значительные бюджеты выделяются на исследования и разработки (НИОКР) и локализацию оборудования, а также на разработку планов модернизации существующих электрических сетей, но этот процесс все еще находится на очень ранней стадии, и трудно оценить его реальные результаты.

Водород

Россия остается изолированной от международного сообщества и партнерских отношений между странами в развитии водородных технологий. В первую очередь, как упоминалось ранее, это объясняется тем, что повестка дня по изменению климата и декарбонизация по-прежнему играют второстепенную роль в энергетической стратегии России, что существенно тормозит развитие всех низкоуглеродных технологий (возобновляемые источники энергии, энергоэффективность, электротранспорт). , так далее.). В то же время Россия обладает обширными ресурсами для производства водорода, и в этой области ведутся некоторые исследования и разработки (в основном, однако, далекие от коммерциализации), а также существуют перспективные ниши внутреннего спроса на водород.

Переживет ли Россия приближающийся энергетический переход?

Возникает новая глобальная энергетическая реальность. Эра углеводородов, которая подтолкнула человечество через вторую стадию промышленной революции, за пределы угля и в космос, подходит к концу.Каменный век закончился не потому, что у нас закончились камни. То же самое с нефтью и газом.

Теперь мы вступили в эру возобновляемых источников энергии, при которой электричество с нулевым уровнем выбросов генерируется за счет почти неограниченных поступлений (солнечное излучение, ветер, приливы, водород и, в конечном итоге, дейтерий). Ультрасовременные интеллектуальные электрические сети, хранилища коммунальных услуг и беспилотные электромобили, питаемые всем, от литий-ионных аккумуляторов до водородных топливных элементов, являются важнейшими элементами этого исторического перехода к энергетике.

Каждая из этих технологических тенденций вытеснит спрос на основной источник доходов бюджета России: ископаемое топливо.

Переход будет иметь серьезные последствия для лидеров статус-кво углеводородной эпохи: от Москвы до Каракаса и от Тегерана до Эр-Рияда. Российская Федерация, которая сегодня является крупнейшим в мире экспортером газа и вторым по величине производителем нефти, является одним из таких игроков, который должен «адаптироваться или умереть» в течение следующих 15-20 лет. Действительно, Россия получает 40% своих доходов от продажи нефти и газа, что делает ее де-факто нефтегазовым государством.Он и другие страны, зависящие от доходов от углеводородов, должны принять свою новую реальность и решительно отреагировать, если они надеются выжить в эпоху возобновляемых источников энергии.

Это означает, что нынешняя стратегия Кремля по повороту на Восток в сторону энергоемких азиатских рынков - как мы видим на примере их газопровода «Сила Сибири» в Китай и трубопровода Восточная Сибирь - Тихий океан (ВСТО) в большую часть Азиатско-Тихоокеанского региона - близорука. Лучший. Поскольку Китай присоединяется к развитым странам и пытается сократить выбросы, он ограничит импорт российских углеводородов.

Даже Германия, которая принимает на себя спорный российский газовый мегапроект «Северный поток-2», уже заявила, что закупки российского газа начнут снижаться через 10 лет в соответствии с ее национальной программой трансформации энергетики. Так называемая политика Energiewende направлена ​​на сокращение выбросов парниковых газов (ПГ) примерно на 40% к 2020 году, на 55% к 2030 году и до 95% в 2050 году по сравнению с уровнями 1990 года. Это не сочетается с увеличением импорта ископаемого топлива из России.

Надвигающийся энергетический переход

По лучшим оценкам отрасли, мировой пик спроса на углеводороды приходится на период с 2030 по 2040 год, после чего мы станем свидетелями резкого сокращения потребностей в нефти и газе. В Европе, являющейся основным экспортным рынком углеводородов России, пик спроса на ископаемое топливо уже позади.

Евростат 2018

Как мы уже видели в Европе, спрос на углеводороды будет определяться снижением затрат на возобновляемые источники энергии, государственной политикой, новыми технологиями и изменениями в стратегиях компаний по подготовке к новой энергетической эре.Соответственно последуют структурные изменения в предложении ископаемого топлива, спросе, структуре энергопотребления и ценах.

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания, на которые приходится более 50% мирового спроса на нефть, каждый год уступают долю рынка электромобилям (электромобилям). В 2017 году на долю электромобилей приходилось 1,3% мирового автомобильного рынка - по сравнению с 0,8% в 2016 году. Прошлый год стал первым годом, когда было продано более 1 миллиона единиц электромобилей. Падение затрат на технологию аккумуляторов в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная и ветровая, привело к конкурентоспособной по стоимости выработке электроэнергии в диапазоне от 20 до 40 кВт / ч на основе LCOE (приведенной стоимости электроэнергии), что позволило уравнять их. с установками на природном газе с комбинированным циклом и даже , превзойдя большей части ядерной энергетики.

Согласно исследованию Wood Mackenzie, к 2035 году около 20% мировых потребностей в электроэнергии будет удовлетворяться за счет солнечной или ветровой энергии, что вытеснит потребность в газе, эквивалентную примерно 100 миллиардам кубических футов в день. К 2040 году спрос на нефть, вытесняемый электромобилями, удвоится и составит почти 6 миллионов баррелей в день. Стоит отметить, что с 2010 года затраты на солнечную фотоэлектрическую энергию упали на 80%, в то время как в то же время более зрелые технологии, такие как береговая ветровая энергия, снизили затраты примерно на 30%.

Wood Mackenzie также прогнозирует, что после 2035 года растущее внедрение возобновляемых источников энергии и электрифицированного транспорта сделает их выбором по умолчанию во многих энергетических системах по всему миру.В самом деле, половина всех новых электростанций, построенных в мире, будет либо солнечной, либо ветровой, либо комбинированной с накоплением энергии. Вдобавок к этому 50% всех дополнительных миль, пройденных по дороге, будут использоваться электромобилем. Слияние других технологий, таких как автономное и совместное вождение, ускорит этот быстрый рост.

Сегодняшние энергетические проблемы России

Даже в отсутствие надвигающегося энергетического перехода Россия страдает от ряда серьезных угроз, вызванных глобальными тенденциями в производстве энергии.Увеличение мировых запасов углеводородов, нефтегазовый бум, вызванный сланцевым штормом в Америке, и падение спроса на энергоносители в странах ОЭСР оказывают сильное давление на экономику ископаемого топлива в России.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *