Поиск - новости науки и техники

Будет нам светло? Ученые России настаивают на внимании к солнечной энергетике.

О важности взаимодействия бизнеса и науки сказано немало. Но конкретных примеров эффективного сотрудничества этих структур еще, увы, не так много. Свой положительный опыт в данной области есть у Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН. Разработки для отрасли солнечной энергетики в России – одно из приоритетных направлений деятельности института. Научные результаты, полученные его специалистами, уже давно находят применение на практике. Например, промышленная технология производства солнечных модулей, имеющая высокие конкурентные преимущества.
В 2010 году при ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН был создан Научно-технический центр тонкопленочных технологий в энергетике (http://tf-tc.ru). Его учредитель – компания “Хевел” (кстати, слово “хевел” по-чувашски означает “солнце” и произносится с ударением на последнем слоге. – Прим. ред.) – начала осуществлять промышленный выпуск солнечных модулей с февраля 2015 года. Задача НТЦ – проведение НИОКР в интересах компании с передачей разработанных технологий для использования на заводе “Хевел”.
Промышленное производство модулей по новой технологии должно начаться на заводе “Хевел” в 2017 году. Новая технология была разработана как ответ на угрозу со стороны резко усиливших свои конкурентные преимущества высокоэффективных кремниевых модулей. Новые модули обладают в два раза большей эффективностью по сравнению с предшественниками, промышленный выпуск которых начался в этом году на заводе “Хевел” в Новочебоксарске, что позволяет рассчитывать на возможность выхода с новой продукцией на международный рынок. Подробности этой работы и прогноз развития ситуации в области солнечной энергетики в России обсуждались на одном из недавних заседаний Президиума РАН. С основными докладами выступили заместитель директора НТЦ по научной работе, заведующий лабораторией ФТИ им. А.Ф.Иоффе, доктор физико-математических наук Евгений Теруков и заместитель директора компании “Хевел” кандидат экономических наук Олег Шуткин.
Специализация завода “Хевел” – производство тонкопленочных солнечных модулей на основе аморфного кремния. На долю этих модулей в мире приходится около 14% в общей мощности солнечных энергетических установок. Но главный их недостаток – относительно низкая эффективность (около 9-10%). С другой стороны, тонкопленочные солнечные элементы лучше работают при рассеянном свете и повышенных температурах, чем их “конкуренты” – модули на основе кристаллического кремния, и, в отличие от последних, требуют для своего производства мало кремния. Поэтому основные усилия НТЦ были ориентированы на то, чтобы преодолеть низкий КПД, усовершенствовав базовую заводскую технологию (производственная линия завода была приобретена у швейцарской компании Oerlikon Solar).
Для осуществления задуманного в НТЦ была воспроизведена полная производственная линия – аналог той, что работает на заводе (главное отличие состоит в том, что в НТЦ каждая операция выполняется раздельно, в то время как на заводе все они “встроены” в автоматизированную цепочку). Таким образом, созданные и апробированные в НТЦ технологические решения можно достаточно быстро перенести в реальное промышленное производство.
Как рассказал заместитель директора НТЦ по научной работе Евгений Теруков (на снимке), базовая технология производства солнечных элементов основывается на плазмохимическом осаждении пленок аморфного и микроморфного кремния из газовой фазы на стекле. КПД таких двухкаскадных модулей составляет 9%. Поэтому целью, которая первоначально была поставлена перед НТЦ “Хевел”, было увеличение КПД на несколько процентов, что и удалось сделать, в частности, благодаря добавлению третьего каскада. К моменту открытия завода в феврале 2015 года эту технологию уже можно было внедрять в производство.
Но вмешались внешние обстоятельства: с 2011 года на мировом рынке резко упали цены на поликремний – основу конкурентных технологий солнечных модулей на кремнии. И производство тонкопленочных солнечных модулей грозило стать нерентабельным.
– Возникла дилемма, – рассказывает Евгений Теруков, – или закрывать завод, в который уже вложено 20 миллиардов рублей, или все-таки найти выход и на основе имеющегося на заводе оборудования для тонкопленочных технологий предложить более совершенный модуль. В мире уже было известно технологическое решение, получившее название HIT (сокр. от Heterojunction with Intrinsic Thin layer – гетеропереходы с внутренним тонким слоем). Говоря упрощенно, оно совмещает черты и кристаллических солнечных элементов, и тонкопленочных. HIT-модули получаются путем осаждения аморфного кремния, но не на стекле, а на пластинах монокристаллического кремния, с формированием гетеропереходов. Эффективность такого модуля составляет уже более 20%, а выработка энергии при повышенных температурах оказывается больше, чем у кристаллических солнечных модулей с p-n-переходом, сформированным методом диффузии или имплантации.
Работа над созданием отечественных HIT-технологий, адаптированных к производственным линиям “Хевела”, продолжалась с марта по декабрь 2014 года, и к концу прошлого года ее можно было передавать в производство. Чтобы приспособить завод к выпуску новых модулей, потребуются около 2 млрд рублей и около полутора лет. Однако если учесть выросший в два раза КПД, то этот проект, по оценкам, может окупиться в течение года.
– Кстати, когда формируется новая отрасль промышленности, необходимо своевременно заниматься и подготовкой кадров, – считает Евгений Теруков. – На базе кафедры Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета была открыта магистерская программа. В течение шести лет мы принимаем участие в подготовке инженеров-технологов, метрологов, инженеров-исследователей и специалистов-эксплуатационников. С 2012 по 2014 год уже выпущены две магистерские группы, третья находится на обучении. Среди студентов много представителей Чувашии – места, где находится завод. В настоящее время они уже успешно работают на предприятии.
По словам заместителя директора компании “Хевел” Олега Шуткина, если оценивать возможности использования HIT-модулей, то наиболее эффективны они будут в районах на юге и юго-востоке страны, которые по инсоляции не уступают югу Европы. Солнечная энергетика также может стать частью гибридных электростанций для автономного энергоснабжения в удаленных и труднодоступных районах, где нет электрических сетей.
Две действующие электростанции, уже построенные компанией, находятся на Алтае, в поселках Яйлю и Кош-Агач. Благодаря солнечным энергоустановкам потребление дизельного топлива здесь снизилось наполовину. Как отметил Олег Шуткин, срок службы солнечной электростанции составляет порядка 30 лет, а стоимость электроэнергии оценивается в 5 рублей/кВтч за все время эксплуатации.
– Солнечная энергетика – очень молодая отрасль, и мы, как молодая компания, очень хорошо понимаем, что единственно возможным преимуществом нашей компании может быть применение новых прорывных разработок, – подчеркнул Олег Шуткин. – Есть другой вариант добиться конкурентоспособности на этом рынке – достижение огромных масштабов производства и дешевизны продукции. Это путь, по которому идет, например, Китай. Наш подход иной. В рамках вертикально интегрированной группы компаний мы делаем акцент на использование передовых разработок и перенос их в промышленное производство. В нашей группе – НТЦ и завод по производству солнечных модулей на базе тонкопленочной технологии, а также подразделение по строительству солнечных электростанций. Мы применяем эти разработки как в производстве солнечных модулей, так и в производстве электроэнергии, то есть конечного продукта. Причем цена этой электроэнергии напрямую зависит от применяемой технологии, от ее надежности и масштабов использования.
Ориентация на разработанные в НТЦ конкурентоспособные технологии, как надеется заместитель директора “Хевел”, позволит компании не только работать внутри страны, но и развернуть экспорт своей продукции: “Наша цель – не просто создать предприятие локального, местного масштаба, но реализовать наш экспортный потенциал, в который мы действительно верим”.
Компания “Хевел”, учрежденная совместно ­Роснано (49%) и “Ренова” (51%), а также созданный ею НТЦ на базе ФТИ им. А.Ф.Иоффе – пример государственно-частного партнерства в сфере создания нового высокотехнологичного промышленного производства. Одним из его активных участников является академический институт. Сотрудники ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН составляют основу штата НТЦ. Результаты разработок Физтеха в области солнечной фотовольтаики, которые много лет назад были инициированы его создателем – академиком А.Ф.Иоффе, уже давно находят применение на практике, но впервые оно носит столь масштабный характер. Как подчеркнул директор ФТИ им. А.Ф.Иоффе член-корреспондент РАН Андрей Забродский, деятельность НТЦ позволила пройти одно из “узких мест”, связанное с дефицитом крупных инвесторов, готовых вкладывать средства в высокотехнологичные разработки в России, а также подготовить предложения по технологическому и техническому переоснащению предприятия “Хевел” для выпуска конкурентоспособной продукции и, по сути, обещает удвоить производственные мощности завода после его реконструкции (с 2017 года).
Проект производства солнечных элементов и модулей по технологии HIT включен Минпромторгом России в отраслевой перечень проектов, способствующих импортозамещению. Рассматривается вопрос о включении проекта в перечень 20 приоритетных национальных проектов в сфере энергетики, а также о его поддержке в рамках Фонда развития промышленности. Кроме того, НТЦ уже получил грант Фонда “Сколково” на проведение исследований.
Правительством РФ принято Постановление по поддержке объектов возобновляемой энергетики, в том числе солнечных электростанций, с учетом требований по локализации и изготовлению солнечных модулей на территории РФ. К 2020 году в РФ ожидается введение в строй солнечных электростанций мощностью
1,5 ГВт. Для сравнения: в Германии, которая сегодня лидирует в области использования возобновляемых источников энергии и, в частности, солнечной энергетики, мощность солнечных батарей исчисляется десятками гигаватт…
– Среди многочисленных мифов об отечественной энергетике есть и такой: солнечная энергетика нам не очень-то и нужна. У нас много углеводородных ресурсов, достаточно хорошо обстоят дела с гидроэнергетикой. И вообще – мы темная страна – в смысле, что солнце светит над нами плохо, – заметил на заседании Президиума РАН в рамках обсуждения работ Научно-технического центра тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН глава РАН академик Владимир Фортов. – Последние исследования, которые были сделаны и в Отделении энергетики, в Отделении наук о Земле, привели к появлению карты солнечной инсоляции. Оказывается, очень много солнца в Якутии, северных районах, и применение там такого рода технологий было бы очень кстати. Может, экономически не столь выгодно, но, тем не менее, не надо тянуть туда линии электропередачи, завозить топливо и пр. Поэтому обсуждаемое – это для нас важное направление работы. Сейчас в мире происходит гигантский рост использования возобновляемых источников энергии. Но в России использование ВИЭ – пока на уровне 1%. Принятые и с помпой разрекламированные программы по возобновляемым источникам энергии были провалены… Наш врожденный недостаток в данной области заключается в том, что отечественная промышленность совершенно не заинтересована во внедрении новых разработок. Когда представленный проект начинался, все экономические оценки показывали, что без помощи государства он не станет конкурентоспособным делом. Надо сказать, что во многих, если не во всех, странах возобновляемая энергетика является дотационной. Тем не менее она дает толчок развитию промышленности…
Глава РАН также отметил, что рассказанное о проекте, с одной стороны, приятно слушать и надо благодарить энтузиастов, которые этим делом занимались. Но, с другой стороны, необходимо ясно понимать, какой большой и тяжелый путь пришлось им пройти для реализации задуманного.
– История, которая прозвучала, скорее показывает не то, как хорошо можно внедрить даже очень прогрессивную технологию, а как трудно это делать в наших условиях. Убежден, если не будет перестроена вся система управления научно-техническим комплексом, то такие примеры, наверное, будут единичными и хватит пальцев на руке, чтобы их пересчитать. Проблема крайне тяжелая и говорит об общей ситуации, в которой мы находимся. Необходимо без конца объяснять это нашим оппонентам и добиться того, чтобы выйти из заколдованного круга, в котором мы сегодня находимся, – подытожил академик.

Подготовила Нина ШАТАЛОВА
Фотоснимки предоставлены НТЦ ФТИ

Нет комментариев