Солнечные модули

Мировой рынок солнечных фотоэлектрических систем с 2000 года растет в среднем на 30-40% в год (таблица 1.1). По оценкам международных экспертов такие темпы роста сохранятся в ближайшие десятилетия и к 2040 году доля солнечной энергетики может достичь 25%-28% мирового производства электроэнергии [1].

Рисунок 1.1 - Мировое годовое производство фотоэлектрических систем

фотопреобразователь конструкторский солнечный модуль

С точки зрения нынешнего состояния рынка солнечных энергосистем это выглядит странным, так как дорого стоят комплектующие и оборудование для солнечных электростанций, себестоимость солнечной электроэнергии пока выше, чем у традиционных участников энергетического рынка, но рынок растет высокими темпами. Как уже было сказано выше, что такой рост рынка обеспечивается пока в основном государственной поддержкой ряда стран, которые уже сейчас создают фундамент энергетической и экологической безопасности.

Долгосрочные прогнозы развития фотоэлектрического рынка (рисунок 1.2.) превосходят все ожидания. Предполагается, что к концу этого столетия фотоэнергетика станет ведущей энергетической отраслью. Темпы роста рынка сохранятся, государственные программы по поддержке фотоэнергетики приведут к снижению цен на фотоэлектрические установки и комплектующие к ним за счет эффекта масштаба производства, и фотоэлектрический рынок сможет развиваться уже без государственного финансирования. Объем рынка в 2020 г. превысит 60 000 МВт пиковой мощности, т.е. с 2006 года объем рынка увеличится в 25 раз. К 2050 году фотоэнергетика будет сопоставимой с традиционными энергетическими отраслями, такими как нефтяная и газовая [2].

Рисунок 1.2 - Прогноз развития фотоэнергетики до 2030 года

Причины столь бурного роста рынка вызваны следующими преимуществами солнечной фотоэнергетики:

· Экологическая чистота - нет загрязнения окружающей среды продуктами сжигания топлива;

· Неисчерпаемый ресурс солнечной энергии - в отличие от ископаемых источников энергии;

· Распределенный характер поступающей солнечной энергии - не нужны сети электроснабжения.

· К середине века запасы природных ископаемых и топлива будут близки к истощению и солнечное электричество должно компенсировать уменьшающуюся добычу нефти и угля.

· Благодаря практически неисчерпаемому ресурсу солнечной энергии, к концу века солнечное электричество будет доминирующим источником электроэнергии, обеспечивающим производство около 60% общего объема электроэнергии.

Основными проблемами в развитии фотоэнергетики и путями решения этих проблем являются:

· Увеличивающаяся потребность в исходных кремниевых пластинах приводит сегодня к большим трудностям в наращивании объемов выпуска кремниевых солнечных батарей. Прогнозируемая потребность в кремнии (при скорости роста производства 40% в год) к 2030 г. увеличится в 200 раз, что практически недостижимо.

· Стоимость кремниевых пластин приближается к 50% стоимости батарей из-за большого потребления энергии при производстве кремния.

· Эффективность преобразования солнечной энергии в кремниевых батареях составляет около 15% при незначительном потенциале роста (до 17%).

· Альтернативой по стоимости является технология с применением тонкопленочных фотопреобразователей, однако она не выйдет на крупномасштабный рынок в ближайшие 10-15 лет из-за низкого КПД.

· Лидером по эффективности и в потенциале по себестоимости являются высокоэффективные солнечные элементы на основе многопереходных каскадных гетероструктур. В последние годы в разработках был достигнут КПД 35%-40% при 200-500-кратном концентрировании солнечного излучения [3].

Кроме этого, солнечная энергия могла бы стать доминирующим децентрализованным источником электроэнергии, особенно в развирающихся странах по следующим причинам:

· Более двух миллиардов людей в мире не имеют доступа к электричеству.

· Большинство из них живет в солнечном поясе Земли.

· Централизованная система снабжения электроэнергией невыгодна в ряде этих районов и ее создание потребовало бы огромных капитальных вложений.

· Электроэнергия является ключом к повышению уровня жизни в развивающихся странах.

Для производителей солнечных фотоэнергетических систем, рынком являются все действующие и потенциальные производители электроэнергии, действующие в коммерческих целях или для собственного потребления. Необходимыми условиями развития рынка солнечных фотоэнергетических систем являются:

· Наличие достаточного уровня прямого солнечного излучения для данного региона в количествах, приемлемых для производства электроэнергии.

· Наличие свободных площадей, облучаемых солнечным излучением в течение всего светового дня.

· Обеспечение аккумулирования электроэнергии в автономных солнечных энергосистемах.

Общим и принципиальным недостатком любого прямого метода преобразования солнечной энергии в электричество является погодная, сезонная и суточная зависимость количества электроэнергии, производимой при прямом преобразовании. Очевидно, что потребление электроэнергии не должно зависеть от капризов природы. Для сглаживания неравномерностей в потреблении энергии современное общество вынуждено запасать энергию в виде химической энергии топлив или потенциальной энергии воды в водохранилищах. Для широкого использования солнечной энергии необходима ее аккумуляция, предпочтительно в наиболее эффективной в настоящее время форме - в виде химического топлива, в частности водорода, которое может легко храниться и транспортироваться.

Рисунок 1.3 - Распределение годового поступления солнечного излучения (кВт · часов/м² в год) по Земному шару

2. Актуальность развития солнечной фотоэнергетики