СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ В КОНЦЕ ТОННЕЛЯ
В Москве, в Государственной Думе, 20 марта состоялось совещание «Законодательное обеспечение развития фотоэнергетики России». В числе участников этого совещания были представители министерств и ведомств, комитетов Государственной Думы и Совета Федерации, ряда Федеральных округов, стран СНГ и дальнего зарубежья, а также промышленных предприятий ряда регионов Российской Федерации.
Г. Шпак
Совещание открылось вступительным словом академика Ж. Алферова. С аналитическими научными сообщениями выступили профессора В. Андреев (ФТИ им. А. Ф. Иоффе, С.-Петербург) и О. Пчеляков (ИФП СО РАН, Новосибирск). Они по существу были содокладчиками по теме «Тенденции и перспективы развития современных технологий солнечной фотоэнергетики в нашей стране». Эта же тема звучала в докладах других участников совещания.
 |
Участники совещания зам. председателя Президиума Красноярского научного центра В. Владимиров, зав. отделом ИФП СО РАН О. Пчеляков и зам. директора Иркутского института геохимии СО РАН А. Непомнящих.
|
В докладе профессора В. Андреева отмечалось, что в настоящее время в общественном сознании крепнет убежденность в том, что энергетика будущего должна базироваться на крупномасштабном использовании солнечной энергии. Солнце — это огромный, неиссякаемый, абсолютно безопасный источник энергии, в равной степени всем принадлежащий и всем доступный. Ставка на солнечную фотоэнергетику должна рассматриваться как беспроигрышный и безальтернативный выбор для человечества. Далее В. Андреев привел много интересных данных о развитии фотоэнергетики в мире и в нашей стране.
Современный мировой рынок фотоэнергетики — это вполне сложившийся, быстроразвивающийся сегмент мировой экономики с возрастающим темпом роста. Это обусловлено, во-первых, практической направленностью национальных программ высокоразвитых стран: 100 тысяч солнечных крыш в Германии, более 200 тысяч солнечных крыш в Японии, 1 млн солнечных крыш в США; в ЕС выделяется 3 млрд евро на развитие фотоэнергетики до 2010 года.
Объем производства солнечных фотоэлектрических систем с 2000 года растет в среднем на 30 % в год. Согласно прогнозам, объем фотоэнергосистем в 2020 г. превысит 50 ГВт (пик.), т.е. за 20 лет объем рынка увеличится в 140 раз (в 2000 г. было произведено 280 МВт).
В 2006 году суммарное производство солнечных батарей превысило 2 ГВт.
Возрастающий рынок солнечной фотоэнергетики — коммерчески крайне перспективный рынок, характеризующийся следующими факторами:
— к середине века запасы нефти и газа будут близки к истощению, и солнечное электричество должно компенсировать их уменьшающуюся добычу;
— увеличивающийся выброс двуокиси углерода в атмосферу должен привести к ускоренному развитию экологически чистой солнечной фотоэнергетики для снижения загрязнения среды и глобального потепления;
— солнечное электричество будет доминирующим источником энергии с долей приблизительно 60 % к концу века благодаря практически не истощаемому ресурсу энергии — Солнцу.
Кроме этих факторов, касающихся энергетики, имеются и социальные факторы, стимулирующие развитие солнечной фотоэнергетики.
Более двух миллиардов людей в мире не имеют доступа к централизованному снабжению электричеством, и большинство из них живет в солнечном поясе Земли. Централизованная система снабжения электроэнергией не выгодна в ряде этих районов и потребовала бы огромных капитальных вложений. Этот фактор важен также и для России с ее большой территорией. Электрическая энергия является ключом для повышения уровня жизни в районах, не имеющих снабжения электричеством, и солнечная энергия могла бы стать доминирующим децентрализованным источником энергии в этих районах, благодаря ее практически неограниченному ресурсу.
Скрытые социальные затраты на компенсацию вредного воздействия электростанций (болезни, уменьшение продолжительности жизни и др.) распределены на все общество и составляют 50-80 % цен на энергию. Если включить эти затраты прямо в тарифы на топливо и энергию, то фотоэнергетика станет конкурентоспособной уже на данном этапе ее развития.
На cаммите ЕС в Брюсселе 9 марта 2007 года лидеры стран Европейского Cоюза договорились о значительном увеличении объемов использования альтернативных источников энергии (таких, как солнце и ветер). К 2020 году в Евросоюзе эти альтернативные источники должны будут производить пятую часть (20 %) всего объема электроэнергии. Решение обязательно для каждой из 27 стран ЕС. Лидеры ЕС договорились и о мерах по сокращению выбросов газов, создающих так называемый «парниковый эффект». К 2020 году выброс планируется сократить на 20 % по сравнению с 1990 годом.
Для России широкое использование фотоэнергетики имеет не меньшее значение.
В настоящее время более 10 млн граждан России живут без централизованного электрообеспечения. Создание для этих граждан необходимых цивилизованных условий — важнейшая государственная задача. Одно из оптимальных решений — использование фотоэнергетики.
Институт физики полупроводников СО РАН представил доклад «Нанотехнологии в солнечной энергетике» профессора О. Пчелякова и академика А. Асеева. В докладе говорилось о том, что наряду с относительно дешевыми технологиями получения фотопреобразователей для солнечных батарей (СБ) из аморфного, поликристаллического и мультикристаллического кремния, в Сибирском отделении РАН также ведутся разработки монокристаллических гетеропереходных тандемных и каскадных преобразователей на основе прямозонных соединений типа А3В5 и гетеропереходов германий-кремний с применением нанотехнологий. С одной стороны такие структуры — более эффективные преобразователи энергии света в электричество, а с другой — они пока еще сравнительно дороги в расчете на единицу генерируемой энергии. Это серьезное препятствие для широкого применения гетеропереходных СБ, хотя уже сегодня они конкурентоспособны в применениях для энергопитания мобильных объектов, космических аппаратов и т.п. Существует несколько подходов к решению проблемы удешевления производства таких СБ. Распространенным способом является применение концентраторов света. Вместе с тем независимо развиваются и способы удешевления самого материала СБ. Во-первых, это замена дорогой подложки из GaAs или Ge на кремниевые, имеющие меньшие вес и стоимость, а также большие площадь и прочность. Во-вторых — применение нанотехнологий для увеличения эффективности СБ на основе монокристаллических кремния и германия. Возможно сочетание этих двух подходов. Далее сообщалось о разработке этих проблем в отделе роста и структуры полупроводниковых материалов ИФП СО РАН. Однопереходные солнечные элементы на основе гетероэпитаксиальных структур AlInP/InGaP/GaAs получены с помощью технологии молекулярно-лучевой эпитаксии.
Новые возможности для дальнейшего увеличения КПД солнечных элементов открываются с применением нанотехнологий. Реализация такого материала возможна только в случае формирования в кристаллическом слое кремния нанокластеров германия размерами менее 10 нм, разделенных еще меньшими расстояниями. В связи с этим очень важно исследовать возможность синтеза нового материала, состоящего из монокристаллической кремниевой матрицы, содержащей плотный массив нанокластеров Ge предельно малых размеров. Практическое значение этих работ объясняется тем, что такой материал может без существенного изменения основных технологических приемов изготовления кремниевых солнечных батарей значительно увеличить их эффективность путем введения в активную область батареи полупроводниковой прослойки с промежуточной зоной проводимости. Отметим, что технология получения квантовых точек в гетероэпитаксиальных структурах на основе соединений А3В5 и Ge/Si, получаемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии, для целей фотоэлектроники также разрабатывается в ИФП СО РАН.
Наноструктурным солнечным фотопреобразователям уделяется все большее внимание в наземных и космических программах США, Японии и стран Западной Европы. Так, на фирмах «Spectrolab» и «EMCORE», являющихся в США ведущими производителями СБ, основная часть батарей оснащается каскадными элементами на основе наноструктур, что обеспечивает производство солнечных батарей с удельным энергосъемом более 270 Вт/кв.м.
Крупномасштабное производство наноструктурных космических СБ в России чрезвычайно важно для обеспечения программ космических исследований и обороноспособности страны, для развития систем космической связи, информационных и информационно-управляющих систем. В настоящее время в ИФП СО РАН по заказу Роскосмоса разработан и прошел приемку эскизный проект установки для синтеза нового материала для высокоэффективных солнечных батарей. Существует несколько вариантов реализации этого проекта на международной космической станции и на автономных космических объектах.
Во вступительном слове Ж. Алферова, в докладе В. Андреева и в других докладах говорилось о том, что солнечная фотоэнергетика рождается не на пустом месте. Во многом за счет развития электроники, лазерной техники и электроэнергетики для космических аппаратов создана научно-технологическая база, которая может послужить отправной точкой для развертывания наземной фотоэнергетики на основе полупроводников. Наступает время, когда следует переходить к более широкому инвестированию средств в эту область.
На совещании сформулированы основные факты, которые определяют необходимость законодательной поддержки фотоэнергетики в РФ.
Присутствующие согласились с тем, что необходимо скорейшее принятие нового Закона РФ по фотоэнергетике, который должен включать:
— поддержку фундаментальных и прикладных исследований, направленных на снижение стоимости «солнечной» электроэнергии;
— льготы на создание сырьевой базы — крупномасштабного производства кремния «солнечного» качества и материалов для нанотехнологий;
— льготы на создание производственной базы и оборудования для крупномасштабного производства солнечных батарей;
— льготы «производителям» и потребителям солнечной электроэнергии, улучшающей экологию и обеспечивающей уже сейчас улучшение энергообеспечения и качества жизни автономных потребителей, а в будущем — энергетическую безопасность страны.
стр. 2
| 
