«Маск не смог сделать то, что получилось у нас»

Каковы перспективы использования солнечной энергетики в России

Randy Plett/Getty Images

Где Илон Маск потерпел неудачу, как меняются «модные» тенденции в производстве солнечных элементов и о мифотворчестве в энергетике мы поговорили с генеральным директором НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике Дмитрием Ореховым и его заместителем по научной работе Евгением Теруковым.

— В России не самые подходящие климатические условия для масштабного использования солнечной энергетики. Какой процент от всей потребляемой энергии в нашей стране реально получать от солнечных модулей?

Д.О.: Это очень распространенный взгляд, но с точки зрения науки это не так. У России огромный потенциал в солнечной энергетике – объем солнечной энергии, поступающей на территорию России за три дня, сравним с объемом годового производства электроэнергии в стране. Уровень инсоляции у нас варьируется от 810 кВт⋅ч/м2 в год в отдаленных северных районах до 1400 кВт⋅ч/м2 в год в южных районах, в Сибири и на Дальнем Востоке. Большая часть территории России обладает уровнем инсоляции, который сравним с Японией или странами Южной Европы, где солнечная энергетика активно развивается. Для выработки солнечной электроэнергии не нужно тепло, нужен солнечный свет. Поэтому, например, в той же Сибири график выработки в целом по году более равномерный за счет солнечных — хоть и морозных — зим.

— Как решается проблема естественного загрязнения солнечных модулей? На них попадает пыль, песок. Нужно ли все это смывать?

Е.Т.: Нет, специально бороться с естественным загрязнением не нужно. Допустим, на крыше нашего здания стоят модули, и в межсезонье эффективность действительно может упасть на 10%. Потом проходит дождь, и у нас снова чистая поверхность. Конечно, есть фирмы, которые предлагают механизмы очистки всего этого, но это, как правило, излишне увеличивает стоимость солнечной электроэнерии.

У нас есть опыт эксплуатации станций от Сибири и Урала до южных регионов. Например, в Астрахани есть степная пыль, которая высоко поднимается в воздух и, естественно, попадает на модули. В Астраханской области построено три станции совокупной мощностью 135 МВт, и коллеги из отдела эксплуатации проводили исследование. Они представляли данные о том, что если панели помыть, то следующий же сухой день создает пленку из грязи, которую смыть уже практически невозможно. Модули изначально предназначены для уличной эксплуатации, и случающееся из-за загрязнения падение мощности выработки характерно для определенных сезонов. Электроэнергия и затраты, которые можно потратить на очистку модуля, оправданы только в микромасштабах, если у вас солнечная панель стоит на крыше дома, и вы снабжаете энергией собственное хозяйство.

— С пылью все ясно, а как решается вопрос со снегом? Он тает самостоятельно?

Е.Т.: Да. Например, в Сибири у нас построено несколько станций мощностью 65 МВт. Там часто идет тяжелый снегопад, и за ночь модули покрываются снегом, особенно если он липкий. В течение 10—150 минут после восхода солнца снег тает. Единственный случай, когда надо заниматься очисткой, касается не модулей, а земли под ними — после сильных снегопадов длительностью в несколько недель. Солнечные модули устанавливаются на сваях высотой около 1,5 м, и их может завалить снегом снизу. Вот тогда прочищают ряды между модулями.

Нами также разработан двухстороний модуль. Отраженный от земли свет поступает на модуль, покрытый снегом. Происходит разогрев модуля и снег тает. Этот эффект работает даже при толстом слое снега на модуле.

— Расскажите про перовскитные солнечные элементы. Сейчас эта технология только испытывается. Понятно ли, насколько она перспективна?

Е.Т.: Это модная тематика, которая возникла буквально пять лет назад, тогда были продемонстрированы очень убедительные (правда, лабораторные) результаты по высокой эффективности перовскитных солнечных элементов. Но нужно иметь в виду несколько факторов. Первое – это результаты, полученные на образцах с площадью меньше одного квадратного сантиметра. Второе – неизвестно время стабильности этих материалов, этот вопрос не исследован до конца. Третье – перовскиты не такие безвредные, какими кажутся. В их состав входит свинец, есть органический компонент, меняющийся под воздействием света. Непонятно, какой метод для масштабируемости этих материалов будет применим в промышленности.

Исследования на эту тему активно публикуются, в том числе в респектабельных журналах с высоким импакт-фактором, даже Nature может опубликовать. Но перовскиты еще не внедрены в промышленности, они не производятся массово. Есть много примеров, когда за технологию даже давали Нобелевскую премию, а что на практике? Помните фуллерены — где фуллерены сейчас используются? Нанотрубки — где они серьезно применяются? Если есть открытие, это не значит, что из него возникнет промышленность. Пока у кремния в солнечной энергетике конкурентов нет — это моя точка зрения.

Импакт-фактор — показатель, отражающий частоту цитирования статей научного журнала за определенный период (как правило, два года). Например, для одного из самых крупных медицинских журналов The Lancet импакт-фактор составляет порядка 53, а в среднем для хороших журналов он составляет 4.
Indicator.Ru
Справка

Д.О.: Солнечная энергетика за последние лет 15 прошла несколько этапов развития, когда активно вкладывали деньги. И не всегда вложения в НИОКР были сопоставимы с отдачей в промышленности. Со времен появления первых органических фотоэлементов на них очень хорошо выдавались гранты, было ощущение, что они вот-вот всех победят. Но на выходе — практически ноль. Потом был спектр тонкопленочных технологий, и какие-то из них дошли до промышленного масштабирования, такие как кадмий-теллур, опять же, с кучей ограничений. В первую очередь, это ресурсные ограничения, во-вторых, понятно, что тяжелые металлы — это точно не витамин. Соответственно, эти технологии тоже застыли в полупозиции.

В последнее время такой же «горячей» темой стали перовскиты. Они действительно очень интересны, но у меня такое ощущение, что настала стадия, на которой грантодатели стали говорить: «Мы давали вам деньги, а дальше-то что?» Поэтому прошла череда победных реляций, когда стали заявлять: профессор Х с коллективом Y сделали промышленное производство, мы вышли на мощность 100 МВт, сейчас дело пойдет.

— Но оно не идет?

Д.О.: Я так скажу: недавно мы с Евгением Ивановичем встречались с представителями одной китайской компании, которая занимается перовскитной солнечной энергетикой. И дела обстоят совсем не так, как подается даже в специализированной литературе. Поэтому я с ним согласен совершенно. Впрочем, мы все равно надеемся на новые технологии, потому что кремний достиг определенного насыщения. Сейчас идут битвы за доли процента, очень много некорректных данных, особенно со стороны наших китайских друзей. У них свои беды — это не потому, что китайцы обманщики, а потому что их правительство ставит разнообразные условия для получения финансирования — например, КПД панелей должен быть больше 23%. И начинается – как считать КПД, по какой методике. Поэтому в любом случае мы в перовскитах заинтересованы, работы ведем. Я совершенно согласен с Евгением Ивановичем в том, что, похоже, люди, которые занимались перовскитами, заигрались в пробирки. Но мы надеемся, что все структурируется и мы сумеем воспользоваться достижениями данного направления. На самом деле, когда-то и кремниевая солнечная энергетика была лабораторной.

— За какими научными группами вы следите?

Е.Т.: Мы не просто следим, мы с ними плотно работаем. Мы знаем всех людей в России, кто занимается перовскитами. Это и Московский университет, и МИСиС, и Сколково, и ИТМО. Есть уже пара компаний, которая заявила о начале производства перовскитных солнечных модулей. Также мы общаемся с зарубежными университетами и научными центрами в Швейцарии, Франции, Италии, Германии и Китае, которые работают по данной тематике.

— Сейчас очень актуальны вопросы экологии и всего «зеленого». Последствия любого производства – это какое-то загрязнение. Насколько зеленая энергетика — солнечная — перекрывает загрязнение от производства этих самых солнечных батарей?

Е.Т.: Вокруг солнечной энергетики много мифов. Энергозатраты на производство одного солнечного модуля полностью окупаются за один год его работы, это подтверждается исследованиями. А его номинальный срок эксплуатации – 25 лет. То есть разговоры о том, что на производство солнечных модулей тратится больше электроэнергии, чем впоследствии дает это оборудование, это миф, который очень хорошо тиражируется компаниями традиционной энергетики. С атомной энергетикой мы себя не сравниваем, потому что там другие капитальные затраты на последующую резервацию, утилизацию отходов и так далее. 100 ГВт часов солнечной электроэнергии позволяют избежать 53 тыс. тонн выбросов углекислого газа или избежать сжигания 30 млн тонн природного газа. И сэкономить 13,5 млн3 воды.

— Вы упомянули проблему утилизации атомных отходов. А как утилизировать отработавшие солнечные панели?

Д.О.: Сами солнечные элементы, в принципе, абсолютно безвредны. Их очень легко утилизировать. Единственное — в них содержится пластик, но способы его переработки также известны. Еще в них содержится стекло, кремний. Кремний – это второй по распространенности элемент, который входит в состав земной коры.

— Помните ли вы заявления Илона Маска о его новом проекте Solar Roof (Илон Маск заявлял, что к середине 2017 года начнется продажа его нового продукта — черепицы для крыши жилых домов, которая будет представлять из себя солнечные панели, — прим. Indicator.Ru)? Что случилось с этим проектом?

Д.О.: Помню, и Маск не смог сделать то, что получилось у нас. Его достижения в автомобилестроении, в космической сфере не подлежат никаким сомнениям, но вот с солнцем у него не получилось. Когда он входил в автомобили — это было новаторство, когда он входил в ракетостроение — на тот момент была четкая необходимость «разбить» американскую государственную монополию на космос. А в солнечной энергетике он пытался конкурировать с мощной, динамично растущей промышленностью. А он решил войти с неким трендом — купил стартап с технологией гальванического контакта. Мы используем ту же технологию, но мы подходим к ней только сейчас. Суть технологии в том, что сетка на солнечный элемент наносится методом Screen Printing — это, по сути, трафаретная печать. Для удешевления применялась гальваника. Но, к сожалению, у Маска пока ничего не получилось.

Если говорить именно про черепицу — такие решения есть на рынке. В США за счет программ финансовой поддержки люди могут себе позволить устанавливать ее на свои дома. В России этот продукт по такой цене никто бы не купил, у нас все проекты «солнечной черепицы» упираются в себестоимость конкретного решения. Намного дешевле поставить стандартные модули.

— Есть ли ограничения по использованию солнечной энергетики в сельском хозяйстве, можно ли строить станции на сельскохозяйственных землях?

Е.Т.: Солнечные электростанции строятся только на землях для промышленного использования, которые берутся в аренду на определенное количество лет. Станции отдают электроэнергию в общую сеть, а там она уже перераспределяется. Но при этом любой фермер, у которого в собственности есть земля, может использовать солнечную энергетику — это уже частная солнечная энергетика, и никто не запрещает фермеру приобретать солнечные панели и ими пользоваться. Здесь важны два фактора: цена и эффективность. Cейчас есть спрос на теплицы, потому что солнечные модули нагреваются и позволяют использовать это тепло для выращивания растений. Еще есть гибридные решения, когда солнечные модули накапливают электроэнергию в аккумуляторы, а в качестве резервного источника может подключаться бензиновый или дизельный генератор.

В целом, конечно, и система орошения, и животноводческая отрасль требуют электроэнергии, но не всегда такие хозяйства подключены к общей энергосети, и зачастую тянуть к ним магистральную сеть в несколько тысяч раз дороже, чем обеспечить им автономный источник электроснабжения. В таких случаях солнечная энергетика прекрасно используется: есть компактные мобильные решения, которые можно привезти на фермерское хозяйство.

— Просчитывалось ли, за сколько лет окупается покупка солнечных батарей для сельскохозяйственной отрасли? За счет повышения урожайности, экономии на других видах топлива.

Д.О.: Чтобы это посчитать, мы должны сначала ответить на вопрос: какую задачу мы решаем? Если в принципе нет другого источника электроснабжения, то окупаемость происходит в первый же день. Если речь идет о том, чтобы сократить потребление электроэнергии, то, в зависимости от уровня инсоляции и от того оборудования, которое мы выбрали, срок окупаемости может быть от трех — пяти лет в южных районах до семи — десяти лет. Плюс нужно учитывать стоимость сетевого тарифа: чем он выше, тем быстрее окупится собственная генерация, а чем ниже тариф, тем более последовательным будет этот процесс. Но мы ожидаем, что уже к 2030 году солнечная энергетика достигнет так называемого сетевого паритета, когда себестоимость производства солнечного кВт⋅ч будет либо ниже, либо равна себестоимости газовой или любой другой традиционной генерации. Поэтому окупаемость каждый считает сам для себя.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.