Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 1-2 (2537-2538) 13 января 2006 г.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА:
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
РАЗВИТИЯ

Чл.-корр. РАН А. Асеев.

Иллюстрация

В начале своего выступления А. Асеев отметил, что по теме доклада выполнено два интеграционных проекта Сибирского отделения РАН. В результате этой работы сложилось содружество научных коллективов нескольких Институтов Сибирского отделения в этой области. Руководители этих коллективов являются соавторами доклада. В их числе О. Семенова — заведующая лабораторией и О. Пчеляков — заведующий отделом из Института физики полупроводников, А. Непомнящих — заместитель директора Института геохимии (Иркутск) и Р. Шарафутдинов — заведующий лабораторией Института теплофизики.

Докладчик привел основные положения, которыми руководствуются энтузиасты развития солнечной энергетики: полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность земли за неделю, превышает энергию мировых запасов нефти, газа, угля и урана вместе взятых; валовый потенциал солнечной энергии в России составляет более 2 трлн тонн условного топлива; при среднем значении КПД солнечной станции — 12 % (т.е. небольшом по современным достижениям) все потребности России в электроэнергии могут быть удовлетворены, если солнечными элементами покрыть территорию площадью около 4 тыс. кв. км (соответственно для мира — 40 тыс. кв. км); цена кремния солнечного качества равна в настоящее время цене урана для атомных электростанций, но его содержание в земной коре в сто тыс. раз больше; нефтяной эквивалент одного килограмма кремния в составе солнечных элементов по различным оценкам составляет от 25 до 75 тонн нефти.

Современное состояние солнечной энергетики по данным на 2003 г. характеризуется установленной мощностью солнечных электростанций около 3 ГВт. (С. Алексеенко в своем докладе приводил данные 2000 г. — 0,4 гигаватта). В настоящее время, это составляет всего 0,1 % установленных мощностей всей энергетики мира. Объем производства и продаж модулей солнечной энергетики составляет около 5 млрд долл. США, т.е. объем бизнеса в этой области уже заметен. С 2003 г. мировое производство солнечных элементов превысило 500 МВт установленной мощности в год.

В настоящее время стоимость солнечных элементов составляет 2,5-3 долл. США за ватт установленной мощности при стоимости вырабатываемой электроэнергии от четверти до полдоллара за кВт/ч, что, конечно, неприемлемо по современным требованиям. Для массового производства и обеспечения быстрого развития солнечной энергетики необходимо снизить стоимость установленной мощности в 2-3 раза и во столько же раз стоимость электроэнергии. Главным препятствием для развития солнечной энергетики является высокая стоимость основного материала для солнечных элементов — кремния солнечного качества, которая составляет в настоящее время от 40 до 100 долл. за кг.

Докладчик подчеркнул, что в России ситуация с производством и использованием кремниевых солнечных элементов не так безнадежна, как принято думать. В России имеются успешно работающие предприятия, которые выпускают солнечные элементы на основе кремния, в том числе ОАО «Солнечный ветер» в Краснодаре, а также созданное в советское время для обеспечения солнечными элементами космической программы СССР НПО «Квант» вместе с ООО «Совлакс» (Москва) и другие предприятия. Общий объем производства составляет около 2 МВт установленной мощности и почти вся эта мощность продается за рубеж, так что потребление солнечных элементов в современной России крайне мало. В мире массовое потребление солнечных элементов связано с поддерживаемыми на государственном уровне программами создания «солнечных» крыш в США, Японии и Германии.

Принято считать, что развитие солнечной энергетики — это удел солнечных стран. Но и в России продолжительность солнечного времени и степень инсоляции велики в ее южных районах, в том числе в южной Сибири, и что очень важно — в малодоступных для централизованного энергоснабжения районах юга Восточной Сибири, Приморья, Якутии и Магаданской области.

Основное внимание в докладе было уделено проблемам получения дешевых материалов для солнечной энергетики на основе кремния. Это обусловлено тем, что, начиная с этого года, намечается быстро увеличивающийся дефицит кремния — основного материала для производства солнечных элементов. Наибольшие успехи в развитии научных основ массового производства для солнечной энергетики мультикремния (кремния блочной структуры с размерами ориентированных блоков от миллиметра до нескольких сантиметров) достигнуты в Институте геохимии СО РАН (г.Иркутск). Главный результат работы сотрудников этого института состоит в обосновании возможности получения мультикремния солнечного качества при карботермическом восстановлении особо чистых кварцитов из месторождений Восточных Саян, минуя сложную и дорогостоящую стадию хлорсиланового передела при производстве полупроводникового кремния (эта стадия уменьшает содержание примесей в кремнии в миллиард и более раз).

Освоение разработанной технологии производителями так называемого «металлургического» (т.е. содержащего большое количество примесей), кремния в кремниевых цехах Братского и Иркутского алюминиевых заводов явилось бы громадным вкладом в развитие солнечной энергетики в целом и в развитие высоких технологий в Сибирском регионе. В настоящее время данные производства выпускают около 70 тыс. тонн металлургического кремния в год в основном для зарубежных производителей более чистых кремниевых продуктов.

В докладе были представлены также работы Института теплофизики по созданию высокопроизводительной технологии получения слоев аморфного кремния на дешевых подложках (ленты из нержавеющей стали и др.). В основе этой технологии находятся результаты развития оригинального метода газоструйного химического осаждения кремния из моносилана с активацией электронно-пучковой плазмой.

В Институте физики полупроводников ведутся работы по получению высокоэффективных солнечных элементов на основе эпитаксиальных слоев соединений арсенида галлия, получаемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Несмотря на относительную дороговизну данной технологии, ее применение оправдано при использовании концентраторов солнечного излучения. Перспектива данной работы состоит в использовании нанотехнологий для получения элементов на основе материалов с так называемой промежуточной запрещенной зоной в энергетическом спектре полупроводника. Промежуточная запрещенная зона может быть сформирована, например, при использовании хорошо отработанной в Институте технологии получения «квантовых точек».

При демонстрации конструкции солнечных элементов на основе наноструктур с квантовыми точками, А. Асеев обратил внимание на очень важное направление работ, по которым физики сотрудничают с Институтом теоретической и прикладной механики СО РАН. Коротко говоря, эта работа связана с решением задачи преобразования излучения различного рода пламенных источников, например, попутного газа на нефтяных промыслах, который в настоящее время безвозвратно теряется при сжигании в факелах. Кроме того, можно получать биогаз в больших количествах и частично превращать его в электроэнергию при сжигании с помощью эффективных полупроводниковых преобразователей.

Подводя итоги, А. Асеев выделил основные тенденции в развитии солнечной энергетики. Происходит непрерывное увеличение производства солнечных элементов, которое сопровождается снижением цены солнечных элементов, разработкой новых технологий получения полупроводниковых материалов для солнечных элементов и разработкой новых конструкций полупроводниковых преобразователей.

В настоящее время материалы на основе кремния являются основными при преобразовании солнечного излучения в децентрализованных системах выработки электроэнергии. Для крупномасштабных наземных систем и систем солнечной энергетики космического базирования обоснованным представляется применение концентраторных фотоэлектрических модулей на основе гетероэпитаксиальных структур соединений А3В5.

В Сибирском отделении РАН накоплен значительный потенциал для решения проблемы массового производства кремниевых материалов для солнечной фотоэнергетики. Это создает основу для развития новых и переориентации имеющихся производственных мощностей на массовый выпуск конкурентоспособных востребованных материалов для солнечной фотоэнергетики. Имеется научная и технологическая база для разработки технологии получения новых типов элементов солнечной энергетики и солнечных модулей на кремнии и кристаллах А3В5.

Последний кадр иллюстраций к докладу А. Асеев прокомментировал с особым воодушевлением. На снимке, сделанном в одном из помещений ракетно-космической корпорации «Энергия» в подмосковном Королеве, демонстрируется панель солнечных элементов, снятая со станции «Мир» незадолго до прекращения ее работы. Эти панели, сказал А. Асеев, проработали в космических условиях свыше 12 лет и при этом большая часть элементов (свыше 80 %) сохранила полную работоспособность. Это говорит о высоком уровне работ по солнечной энергетике в СССР и дает надежду на эффективную работу в области солнечной энергетики и в условиях современной России.

стр. 12

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?26+360+1