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

Благодаря снижению стоимости, увеличению производства и государственным дотациям годовой рынок фотоэлементов вырос с 0,6 ГВт в 2003 г. до 42 ГВт с лишним в 2014 г. К концу 2014 г. совокупная мощность установленных в мире солнечных батарей составила около 200 ГВт, причем большинство из них появилось в последние несколько лет. В 2014 г. в развитие индустрии солнечных батарей в мире было инвестировано примерно $100 млрд. При этом стоимость солнечных батарей значительно снизилась — на 85% с 2006 г. Однако во все расчеты следует включать также стоимость установки. В целом стоимость солнечной электроэнергии в большинстве стран мира по-прежнему превышает стоимость электроэнергии из традиционных источников. Резкое падение стоимости фотоэлементов связано с двумя факторами. Цена кремния, исходного материала для солнечных батарей, снизилась более чем на 90% в результате наращивания производственных мощностей. А потом мощности по производству самих батарей стали превышать рыночные потребности, особенно в Китае, что привело к агрессивной ценовой конкуренции. Сегодня производители начинают увеличивать свою норму прибыли, так как мировой спрос идет в гору. Перспективы роста индустрии зависят как от государственной поддержки, так и от темпов снижения стоимости фотоэлементов19.

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.

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.

Компании и технологии конкурируют друг с другом, стремясь к одной и той же цели. «Цель — более высокая эффективность при снижении стоимости, — сказал Дэвид Карлсон, ведущий ученый BP Solar. — Именно на это направлены усилия всех участников игры». Карлсон знает, о чем говорит — ведь именно он в 1974 г. изобрел аморфный тонкопленочный кремний, работая в RCA Labs. «Было время, когда мы думали, что все будет развиваться очень быстро. Но на то, чтобы выстроить основу, требуется время. Это не компьютеры и не интегральные схемы, где быстродействие удваивается каждые 18 месяцев в соответствии с законом Мура, — заметил Карлсон. — Фотоэлектрические преобразователи развиваются хаотичнее. Есть более эффективные способы использования солнечного света, существует множество различных подходов, но такого, который выделялся бы на фоне других, нет. Люди склонны недооценивать время, которое требуется для внедрения совершенно новых подходов. Вы должны создать научную базу, затем техническую базу, а после — всю инфраструктуру»20.