В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики

Низкую стоимость солнечных батарей First Solar обеспечивает новаторская тонкопленочная технология. Большинство участников индустрии еще со времен Solarex отдают предпочтение подложке из кристаллического кремния. Тонкопленочная технология – это процесс массового производства с использованием некремниевых подложек. В целом тонкопленочные солнечные батареи имеют меньшую эффективность, но их себестоимость гораздо ниже.

Также First Solar занимается реализацией проектов по использованию солнечной энергии. В 2009 г. First Solar заключила контракт на строительство в китайской провинции Внутренняя Монголия крупнейшей в мире солнечной электростанции мощностью 2 ГВт, площадь поверхности которой составит около 64 кв. км, что чуть больше площади Манхэттена. «По своим масштабам она вполне сопоставима с АЭС», – заявил генеральный директор First Solar²⁰.

Меню солнечных технологий

Прошло уже больше столетия с тех пор, как Альберт Эйнштейн, работая в патентном бюро, изложил принцип действия фотоэлектрических преобразователей. Но только в начале XXI в. сфера применения солнечных батарей перестала ограничиваться отдаленными районами.

Благодаря снижению стоимости, увеличению производства и государственным дотациям годовой рынок фотоэлементов вырос с 0,6 ГВт в 2003 г. до 30 ГВт в 2012 г. К концу 2012 г. мощность установленных в мире солнечных батарей составила около 100 ГВт, причем большинство из них появилось в последние несколько лет. В целом в 2012 г. в развитие индустрии солнечных батарей в мире было инвестировано примерно $76 млрд. Резкое падение стоимости фотоэлементов связано с двумя факторами. Цена кремния, исходного материала для солнечных батарей, снизилась на 90 % в результате наращивания производственных мощностей. А потом мощности по производству самих батарей стали превышать рыночные потребности. Все это привело к агрессивной ценовой конкуренции. Перспективы роста индустрии зависят как от государственной поддержки, так и от темпов снижения стоимости фотоэлементов²¹.

Так или иначе, рост индустрии нестабилен, даже в большей мере, чем рост других составляющих сектора возобновляемых источников энергии. Настроения в среде производителей солнечных батарей и инвесторов быстро меняются, главным образом в результате появления, корректирования или сворачивания стимулов.

По мере роста индустрии солнечных батарей растет и заинтересованность венчурных капиталистов в инвестировании в нее и, как следствие, объем финансирования. Сегодня практически все компании – как известные, так и стартапы, финансируемые венчурными капиталистами, – пытаются снизить стоимость и повысить эффективность²².

Меню технологий производства фотоэлементов довольно велико. У каждой из этих технологий есть свои плюсы и минусы, которые в целом характеризуются соотношением стоимость/эффективность. Одни типы фотоэлементов дешевле в производстве, но менее эффективны с точки зрения преобразования солнечного света в энергию. Другие более затратны, но преобразуют солнечный свет в энергию с меньшими потерями.

Это меню включает солнечные батареи из кристаллического кремния. Использование монокристаллического и поликристаллического кремния – два основных производственных процесса, которые впервые были освоены Solarex.

Также существуют солнечные батареи на основе тонкопленочной технологии – нанесения на поверхность очень тонкого слоя фотоэлектрического материала. Эта технология, по крайней мере потенциально, позволяет снизить стоимость. Один из подходов предполагает использование аморфного кремния, который не требует такой обработки, как кристаллический кремний. Однако эффективность солнечных батарей, изготовленных таким образом, ниже, чем у батарей, изготовленных другими методами. Еще одна тонкопленочная технология предполагает использование теллурида кадмия, а не кремния: на лист стекла наносится тонкая пленка теллурида кадмия, которая и дает фотоэлектрический эффект. Именно эту технологию применяет First Solar. Третья тонкопленочная технология, которая привлекает значительные инвестиции, называется CIGS (селенид меди-индия-галлия). Она позволяет производить гибкие батареи, которые легче объединяются со строительными материалами.

Ученые работают и над другими инновационными технологиями изготовления солнечных батарей. Одни хотят при помощи нанотехнологий создать материалы, которые можно наносить на поверхность почти как чернила или краску. Другие занимаются разработкой систем, которые позволят встраивать фотоэлектрические преобразователи в кровлю и даже в стены.