- Рынок солнечной энергетики
- Специфика солнечных панелей
- Сферы использования
- Принцип работы
- Преимущества
- Недостатки
- Российское производство солнечных батарей
- Фирмы-производители
- Обзор солнечных панелей российского производства
- «Телеком-СТВ»
- Hevel
- Рязанский ЗМКП
- Краснодарский «Сатурн»
- НПП «Квант»
- ООО «Витасвет»
- Завод «Термотрон»
- Как в Чувашии появилось свое Солнце
- Начать с нуля
- Выбор технологии
- Проблемы подсказывают решение
- Клиенты и перспективы
- Преимущества солнечных панелей российского производства
- Слабые стороны отечественной продукции
- Мировые производители солнечных батарей
- Кратко о потреблении энергии Солнца в России
Рынок солнечной энергетики
По статистике, рынок солнечной энергии очень быстро развивается. С 1990 года производство солнечных батарей увеличилось в пятьсот раз за двадцать лет. По прогнозам, через десять лет, начиная с 2008 года, производство солнечных батарей увеличится в два с половиной раза, а общая мощность используемой солнечной энергии увеличится в пять раз.
Несмотря на вышесказанное, доля солнечной энергии среди возобновляемых источников энергии невелика, всего пять процентов. Возобновляемые источники включают геотермальные источники, гидроэлектростанции, леса, ветряные электростанции.
Самыми мощными и распространенными сегодня являются гидроэлектростанции. В дополнение к описанным, для производства возобновляемой энергии разрабатываются принципиально другие методы: получение энергии с использованием водорослей (где-то свет, а где-то электричество или водород), использование разницы температур в соленой воде (и, возможно, солености или в других случаях), и так далее.
Солнечные батареи на МКС
Солнечные панели используются в космических кораблях. Получить энергию в космосе сложно, солнечные батареи там пользуются большим спросом. На Земле солнечные батареи (а не только панели) используются для создания электростанций. С каждым разом они становятся сильнее.
Как указано выше, существует два подхода: преобразование солнечной энергии непосредственно в электричество и предварительное преобразование солнечной энергии в тепло. Достаточно распространенный элемент солнечных батарей есть только в так называемых ЭКО-домах и домах. Там их размещают на крышах.
Кроме того, в таких домах используется накопление тепла от солнца. Достаточно сказать, что если температура на улице около нуля, то только благодаря солнцу температура в доме может составлять от восемнадцати до двадцати градусов по Цельсию. И так будет весь день.
В последнее время стали популярны осветительные устройства на солнечных батареях. Это стало возможным с переходом на энергосберегающие лампы (лампочки). Такие установки используются в городах для уличного освещения. Но и в быту такие устройства тоже используются. Традиционно в повседневной жизни солнечные батареи используются для зарядки калькуляторов.
Кроме того, солнечные панели могут быть установлены на самолетах, автомобилях и яхтах для выработки электроэнергии для двигателя или в качестве дополнительной энергии.
Заслуживает внимания и государственная политика. Неизвестно, как обстоят дела сейчас, но в 2000 году в Украине было предложено ввести стимулы для тех потребителей энергии, которые используют солнечные батареи или другие возобновляемые источники. Аналогичная политика проводится и в других странах.
Лидерами по производству солнечной энергии являются страны: Китай, США, Франция, Италия, Германия, Япония.
В России доля гидроэлектростанций в выработке электроэнергии достигает пятнадцати процентов. Но доля других возобновляемых источников энергии в ее производстве в России составляет менее одного процента.
Специфика солнечных панелей
Главная особенность панелей — их неисчерпаемость. Использовать таким образом ресурс Солнца практически невозможно. И даже если люди поймут, как получить энергию другим способом, энергии хватит на несколько миллиардов лет — исследования НАСА подтвердили это. В сочетании с этими фактами солнечные панели становятся резервным вариантом, если другие источники могут использовать их ресурсы.
Сферы использования
В целом, производство солнечных панелей во всем мире и места их использования зависят от погодных условий и максимально возможной доступности солнечного света. Раньше аккумуляторы в основном использовались для обслуживания бытовой техники, потому что они были совершенно непригодны для промышленного производства, но теперь все по-другому. Они приобрели популярность в следующих сферах:
- промышленные предприятия;
- малые и средние предприятия;
- частный сектор;
- коммунальное обслуживание городского освещения.
Кроме того, солнечные панели также используются в качестве дополнительного источника энергии для двигателей самолетов, яхт и космической техники.
Принцип работы
Принцип работы батареи следующий: представьте себе полупроводники из кристаллов (например, кремния), которые преобразуют кванты света в составляющие электрического тока. На панели собраны сотни тысяч таких кристаллов. В зависимости от требуемой мощности площадь такого покрытия варьируется от пары квадратных сантиметров (вспомните калькулятор) до сотен квадратных метров, например для орбитальных станций.
Несмотря на кажущуюся простоту устройств, их использование в России очень ограничено — климатом, погодой, временем года и днем. Кроме того, чтобы система могла подавать питание в сеть, необходимо приобрести:
- аккумулятор, который будет накапливать энергию в случае скачков напряжения;
- инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
- система, контролирующая заряд аккумулятора.
Преимущества
Неоспоримые преимущества использования солнечной энергии:
- большой потенциал: ученые утверждают, что его мощность измеряется тераваттами — это во много раз больше, чем реальная потребность человечества в энергии;
- доступность — солнечные лучи присутствуют практически везде, в том числе в странах, расположенных в северных регионах;
- экология: производители солнечных батарей не наносят вреда окружающей среде, что особенно остро стоит в последние годы;
- отсутствие шума — то, что использование панелей не создает шума, позволяет использовать их в жилых помещениях — они никого не побеспокоят;
- низкие затраты: обслуживание таких аккумуляторов в несколько раз ниже, чем у других источников.
Сочетание всех факторов в будущем даст этому источнику абсолютное преимущество, особенно если ученые затем оптимизируют потребление этой энергии и выяснят, как потреблять ее больше и быстрее.
Недостатки
И, несмотря на все преимущества, которые солнечные панели уже дают или могут дать со стратегической точки зрения, у них есть ряд недостатков. В первую очередь необходимо выделить затраты. Возникает определенный парадокс: производители не принимают во внимание тот факт, что при производстве солнечных панелей происходит загрязнение окружающей среды, которое через пару лет отразится на природе.
К недостаткам также можно отнести:
- неровность — не вся поверхность Земли хорошо освещена солнцем, что делает использование панелей на определенных территориях нерациональным;
- погода: в пасмурные дни панели получают гораздо меньше энергии, что также делает невозможным их регулярное использование в регионах с большим количеством осадков или облачностью;
- территория — достижение приемлемой эффективности возможно только при использовании больших площадей для размещения на них панелей, иначе их использование становится бессмысленным;
- вторичная переработка: проблема вторичной переработки стоит так же остро, как и вопрос эффективности, потому что она требовательна и трудна с точки зрения ресурсов — несоблюдение процедуры может привести к загрязнению окружающей среды.
В заключение также необходимо выделить материал, из которого компании производят аккумуляторы — это трихлорсилан. На самом деле это ядовитое и взрывчатое вещество, которое при неправильном использовании или утилизации может нанести ущерб производственным рабочим, а не только природе. И если в развитых странах эта проблема может быть решена, пусть и с большими затратами, то в странах третьего мира, где просто нет соответствующей техники, ее невозможно избежать.
Российское производство солнечных батарей
Теперь, когда капитальный ремонт солнечных панелей завершен, вернемся к тому, что отечественная промышленность предлагает в этой области. Российское производство нацелено на создание двух типов солнечных панелей, различие которых выражается в применяемых технологиях и материалах, используемых на заводе:
- Кремниевые модули. Самая популярная версия связана с использованием кремния, который можно найти почти повсюду в мире. Это делает его экономичным материалом, что сказывается на стоимости производства. Они бывают разных типов:
- монокристаллические — КПД достигает 22%, но их производство дорогое, что в целом окупается их высокой популярностью на рынке: они относительно быстро окупают все потраченные на них деньги;
- поликристаллические — недорогие, что, как следствие, снижает КПД до 18%, а потребительский спрос в несколько раз — актуальны только в тех случаях, когда служат дополнительным источником питания небольших предметов;
- аморфный кремний: самый дешевый из всех представленных типов, что влияет на КПД, достигая максимум 6%, однако панели компенсируют это высокой способностью поглощать энергию.
Основное преимущество кремниевых модулей — их долговечность и амортизация. Они не требуют сложного ухода, что автоматически делает их предпочтительнее для массового потребителя.
- Пленочные модули. Развитая версия кремниевых панелей, которая должна быть дешевле и эффективнее. Они делятся на следующие виды:
- полимер: состоит из органических полупроводников и имеет тонкий слой (около 100 нм), обеспечивающий КПД около 11%;
- созданы из теллурида натрия: их основное применение нацелено на космическую отрасль — нет приемлемых аналогов для использования, что делает их лидерами в этом сегменте;
- на основе селена, меди и индия — обеспечивают владельцу КПД до 20%, но при этом имеют значительно более высокую цену, чем другие панели.
Использование пленочных модулей оправдано не только их высокой эффективностью и надежностью, но и тем, что их можно установить практически на любую поверхность. Они также достаточно просты в обслуживании и достаточно прочны, чтобы выдерживать незначительные механические нагрузки.
Обратной стороной является то, что нагрев до 40 градусов для них фактически означает перегрев. Это становится причиной снижения эффективности, что делает использование этих панелей нерациональным.
Фирмы-производители
- «Квант» (Москва). Эта компания производит солнечные панели даже для космоса.
Эта компания производит трехступенчатые солнечные панели на основе аморфного кремния. Его продукция может работать при температуре от -40 до +75 градусов по Цельсию.
Это важный показатель, потому что производительность солнечной панели снижается при повышении температуры. Поэтому большинство производителей обычно указывают верхний предел в 60 градусов.
«Квант» производит модели солнечных батарей серии: BSA (складные), EPS.
Мощность батарей BSA: примерно от 642 Вт при напряжении 3,4 В до 15,408 Вт при напряжении 20,4 В. Напряжение холостого хода немного выше. Кроме того, чем мощнее панель, тем больше подаваемый ток.
Мощность панелей EPS составляет 50 и 100 Вт при напряжении 12,5 В. На основе этих аккумуляторов созданы различные устройства.
КПД панелей этой компании превышает девятнадцать процентов. А на некоторых моделях достигнут коэффициент полезного действия от двадцати пяти до тридцати процентов.
Стоимость около 90 рублей за ватт.
- «Солнечный ветер» (Краснодар). Компания производит солнечные элементы на основе монокристаллического кремния.
Доступны модули мощностью от 5 до 160 Вт, но можно заказать модуль на 200 Вт. КПД этих моделей невысок, от 12 до 20 процентов, в зависимости от покрытия. Также производятся двусторонние панели.
Напряжение на панелях для серии ФЭМ (двустороннее) составляет 12, 20 и 24 вольта, но это не для любого блока питания. Серия ТСМ (производство Зеленоград) выдает напряжения 17, 19 и 34 вольт.
- Телеком-СТВ (Зеленоград). Компания производит солнечные панели мощностью от 30 до 250 Вт серии TSM (напряжения: 16,6; 17; 19; 17,5; 30; 31; 34; 36; 38 вольт). Их КПД составляет от 24 до 26 процентов, что неплохо. Также они могут быть гибкими и двусторонними.
Солнечные панели серии FSM могут иметь мощность 300 Вт. Максимальное напряжение для таких панелей: 18; 19; 24; тридцать; 36; 37; 38 вольт.
- Рязанский ЗМКП (Рязань). На сайте компании два модуля с эффективностью от 12 до 70% (относительно немного). Мощность от 200 до 240 Вт при напряжении 28-29 вольт. Вторая панель выводит мощность от 105 до 145 Вт и напряжение от 20 до 22 вольт.
- Гевель (Новочебоксарск). Компания занимается как производством солнечных панелей, так и строительством солнечных электростанций. Мощность производимых солнечных панелей составляет 120 Вт, а выходное напряжение — 100 вольт.
- «Сатурн» (Краснодар). Компания готовит солнечные панели, в том числе и для космоса. Для геостационарной орбиты производятся панели с КПД 15,5 и 28%. Плотность мощности 180 и 310 Вт на квадратный метр (соответственно).
- SolarInnTech (Зеленоград). Эта компания производит солнечные модули для дома марки Sunways.
Панели обеспечивают мощность 30 Вт и 18 вольт. Стоит 2200 руб. Рабочая температура от минус сорока до плюс восемьдесят пять градусов по Цельсию.
Самая дорогая панель стоит двадцать три тысячи, выдает мощность сто девяносто пять ватт и напряжение 33 вольта.
Соотношение представленных панелей в зависимости от модели составляет пятнадцать-двадцать процентов.
Обзор солнечных панелей российского производства
Сегодня из всех известных человечеству альтернативных источников энергии наиболее популярными являются солнечные панели, батареи и другие солнечные генераторы. Учитывая текущую стоимость энергии, многие задаются вопросом, где купить солнечные панели для дома, каковы их цены и есть ли готовые решения. А поскольку рост обменного курса напрямую влияет на платежеспособность населения, все больше и больше граждан стремятся узнать больше о панелях российского производства.
«Телеком-СТВ»
Российская компания «Телеком-СТВ» (Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30% дешевле своих немецких аналогов — цены начинаются от 5600 рублей за панели мощностью 100 Вт. Панели этого производителя имеют КПД до 20-21%. Главная особенность предприятия — запатентованная технология производства кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.
Какую батарею может отображать ЗАО «Телеком-СТВ»? Самая популярная модель называется TSM с маркировкой в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).
Модель Мощность, Вт Габариты, мм Вес, кг Цена, руб.
ТСМ-15 | 18 | 430 × 232 × 43 | 1,45 | от 3500 |
ТСМ-40 | 44 год | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6000 |
ТСМ-50 | 48 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | с 6 575 |
ТСМ-80А | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 8 500 |
ТСМ-80Б | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 9000 |
ТСМ-95А | 98 | 1183 × 563 × 43 | 7.9 | с 10 750 |
ТСМ-95В | 98 | 1183 × 563 × 43 | 7.9 | от 11 000 |
ТСМ-110А | 115 | 1050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 500 |
ТСМ-110В | 115 | 1050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 800 |
… | .. | … | … | … |
ТСМ-270А | 270 | 1,633 × 996 × 43 | 18,5 | с 23 370 |
Основной вид выпускаемых панелей — монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена как мульти- или поликристаллическими. У каждого типа есть свои достоинства и недостатки.
Тип панели Преимущества Недостатки
Поликристаллы |
|
|
Монокристаллы |
|
|
Выбор, конечно же, ограничен бюджетом, поэтому мы продолжим рассматривать другие доступные и надежные устройства от российских производителей.
Hevel
Одним из крупнейших производителей солнечных панелей в России является компания «Хевел» (Чувашия). В 2017 году компания модернизировала свое производство и перешла с тонкопленочной технологии на новую технологию гетероструктур для производства солнечных модулей. Модули нового поколения сочетают в себе преимущества тонкопленочной и кристаллической технологий, обеспечивают эффективную работу модуля при высоких и низких температурах (от -50 ° C до + 85 ° C), а также в условиях рассеянного света. Средний КПД солнечного модуля составляет 20%. По этому показателю модули Группы Хевел входят в тройку лидеров в мире. Срок полезного использования модуля — не менее 25 лет.
Какую батарею Hevel вы видите например? Вот таблица с параметрами самого популярного модуля гетероструктуры:
Технические и физические характеристики
Длина | 1671 мм |
Длина | 1002 мм |
Масса | 19 кг |
Холостое напряжение | 43,5 В |
Напряжение при номинальной мощности | 39,2 дюйма |
Номинальная пиковая мощность | 300 Вт, 310 Вт, 315 Вт |
Рязанский ЗМКП
Рязанский завод металлокерамических изделий работает с 1963 года, но с 2002 года перешел на международную систему контроля качества ISO 9001 и производит панели строго в соответствии с ее требованиями, а также стандартами ГОСТ 12.2.007-75.
В прайс-листе компании можно найти две актуальные модели РЗМП мощностью 130 и 220 Вт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1%. Солнечные элементы наносятся на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного подключения. Вот их сравнительные характеристики:
Характеристика РЗМП 220-Т РЗМП 130-Т
Общая площадь, м2 | 1,61 | 1,00 |
Вес (кг | 21,5 | 14,6 |
Передняя поверхность | Структурированное закаленное стекло, 4 мм | Закаленное стекло с тиснением 4 мм |
Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) | 60 шт., Мультикристаллический кремний 6,2 дюйма | 36 шт., Кремний мультикристаллический 6,2” |
Рамка | Окрашенный алюминиевый профиль, цвет RAL 7035 | Окрашенный алюминиевый профиль, цвет RAL 7035 |
Вариации мощности модулей, Вт | 200–240 | 105-145 |
Рабочая температура, ° C | -40… + 85 | -40… + 85 |
РЗМП 130-Т подходит для автономного питания отдельных помещений, бытовой техники (например, котла для отопления). Более мощную модель, от 220 до 240 Вт, чаще всего покупают для резервного питания всего дома. Стоимость его варьируется от 13 200 до 14 400 рублей за модуль.
Краснодарский «Сатурн»
Панели кубанского производства выпускаются с 1971 года, за это время предприятием произведено более 20 тысяч квадратных метров продукции. «Сатурн» использует две эффективно освоенные технологии производства: на основе выращенного монокристалла кремния или арсенида галлия с германиевой подложкой. Последние демонстрируют максимально возможную производительность и используются для энергоснабжения критически важных объектов (автозаправочных станций, предприятий непрерывного цикла и т.д.)
Оба типа модулей могут быть изготовлены на любом каркасе, от сетчатого и пленочного до металлического (анодированный алюминий) и струнного типа. Фотоэлектрические преобразователи могут быть:
- с глянцевой поверхностью;
- со встроенными диодами;
- с алюминиевым зеркалом.
Вот основные энергетические характеристики ТЭЦ «Сатурн» в зависимости от типа:
Характеристики Арсенид кремния и галлия
Плотность тока короткого замыкания, мА / см² | До 46 | всего 16,8 (меньше — больше) |
Эффективность, % | 15 | 28 год |
Напряжение в точке максимальной мощности, В | 0,52 | 2,371 |
Напряжение холостого хода, В | 0,61-0,63 | 2,6 |
Максимальная мощность, Вт / кв.м | 211 | 381 |
Ток в точке максимальной мощности, мА / см² | 44 год | 16.1 |
Эти характеристики актуальны для носителей любых размеров: на предприятии «Сатурн» можно заказать как сборные модули для крыши коттеджа, так и миниатюрные солнечные панели для датчиков, преобразователей, электротехнической продукции и аккумуляторов. На цены будете ориентироваться только в отделе продаж.
НПП «Квант»
АЭС «Квант» первой предложила производство кремниевых солнечных элементов с двусторонней чувствительностью, а также монокристаллов арсенида галлия. Самой популярной моделью на сегодняшний день является Квант КСМ и его модификация КСМ-180П. Стоимость такого аккумулятора не превышает 18000 рублей, срок службы достигает 40 лет.
Однако вот характеристики всех модулей. Их можно заказать как в монокристаллическом, так и в поликристаллическом исполнении. Удельная энергетическая характеристика больше у монокристаллических панелей и достигает 200 Вт / м2. По сравнению с зарубежными аналогами «Квант» оптимален из-за невысокой цены и относительно небольшого снижения КПД за весь срок службы.
Характеристики КСМ-80 КСМ-90 КСМ-100 КСМ-180 КСМ-190 КСМ-205
Номинальная мощность, Вт | 80–85 | 90–95 | 98-103 | 180–185 | 190–195 | 205-210 |
Ток короткого замыкания, А | 5,4-5,6 | 5.5-5.7 | 5,8-5,9 | 5,4-5,6 | 5.5-5.9 | 5.6-6.1 |
Напряжение холостого хода, В | 21,2–21,5 | 22,2-22,4 | 22,8–23,0 | 34,8–36,6 | 35,1–37,2 | 35,9–37,8 |
Количество солнечных элементов | 36 | 36 | 36 | 72 | 72 | 72 |
Габаритные размеры, мм | 1210 × 547 × 35 | 1210 × 547 × 35 | 1210 × 547 × 35 | 1586 × 806 × 35 | 1586 × 806 × 35 | 1586 × 806 × 35 |
Распределительная коробка, TUV | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 |
Вес (кг | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 16 | 16 | 16 |
Эффективность, % | 17,5 | 18,3 | 18,7 | 17,8 | 18,4 | 19.0 |
ООО «Витасвет»
Московская компания ООО «Витасвет» выпускает базовую модель SSI-LS200 P3 в четырех вариантах мощности: от 225 до 240 Вт. Каждый модуль состоит из 60 пластин мультикристаллического кремния и устанавливается на алюминиевый профиль.
Вот их основные параметры, полученные при испытаниях в нормальных условиях 800 Вт / м2:
Мощность аккумулятора, Вт 225 230 235240
Максимальное напряжение, В | 29,6 | 29,7 | 29,8 | 30,2 |
Ток короткого замыкания, А | 8.1 | 8,34 | 8,41 | 8,44 |
Эффективность, % | 13,5 | 13,8 | 14.1 | 14,5 |
Стоимость: 12 800 руб. За панель мощностью 240 Вт .
Завод «Термотрон»
Предприятие «Термотрон» расположено в городе Брянске. Завод производит автономные системы уличного освещения на солнечных батареях и автономные мини-солнечные электростанции. Первые поставляются на базе последовательных модулей с высокой опорой.
Характеристики автономных систем уличного освещения «Термотрон»:
- диапазон рабочих температур — -40… + 50 ° С;
- угол раскрытия луча — 135 на 90 градусов;
- гарантированный срок службы — 12 лет в городских условиях;
- высота опоры — от 6 до 11 м;
- мощность — от 30 до 160 Вт.
Автономная станция «Экотерм» производства завода заинтересует владельцев загородных домов и земли. Он также используется на фермах, телефонных станциях, для оборудования сельских школ, больниц и магазинов. Станция питается от дизель-генератора мощностью 14,5 кВт. Стоимость выработанной энергии при количестве 18 элементов фотообработки 5,12 руб. / КВт, срок окупаемости до 5 лет (стоимость станции уточняйте у производителя).
Опция Мощность станции, кВт Емкость АКБ, А / ч
«Экотерм-3» ЮКЛЯ.565216.001 | 3 | 1,000 |
«Экотерм-5» | 5 | 1,500 |
«Экотерм-10» | 10 | 2 000 |
Экотерм-15 | 15 | 3 000 |
«Экотерм-20» | ветры | 4 000 |
Экотерм-25 | 25 | 5 000 |
Экотерм-30 | тридцать | 6000 |
Экотерм-35 | 35 год | 7 000 |
«Экотерм-40» | 40 | 8 000 |
Экотерм-50 | 50 | 10 000 |
Как в Чувашии появилось свое Солнце
Десять лет назад в России никто не верил в солнечную энергию. Но это была только одна из проблем. «Для запуска производства не было научной базы, нормативного регулирования, собственной технологии, готовой инженерной инфраструктуры и соответствующих технических регламентов», — вспоминает генеральный директор компании Игорь Степанович Шахрай. Необходимо было выстроить управленческий и финансовый процессы и организовать работы по строительству первого в стране завода по производству солнечных модулей.
Начали изучать зарубежный опыт, хотя в мире на тот момент солнечная энергия только начинала достигать значительных результатов в земном сегменте. Лидерами рынка в то время были Германия и Китай. Подобные компании в других странах выглядели многообещающими с коммерческой точки зрения, отрасль набирала обороты, несмотря на то, что стоимость кремния — основного сырья для производства модулей — была высокой, а эффективность солнечных элементов была относительно низкой. Мировая мощность возобновляемых источников энергии выросла (в 2005 году мировая солнечная энергия составляла 4,5 ГВт, а в 2011 году — уже 65 ГВт), и это вселило уверенность в том, что в будущем солнечная энергия сможет конкурировать с ископаемым топливом. Поэтому было решено открыть завод по производству солнечных батарей в России.
Количество энергии, производимой солнечными модулями, неуклонно растет. Значительный рост начался во второй половине 2000-х годов.
С 2001 по 2009 годы цифры увеличились с 1,3 до 23,2 ГВт.
- 2010 г. — 40,3 ГВт.
- 2011 г. — 70,5 ГВт.
- 2012 г. — 100 ГВт.
- 2013 г. — 138,9 ГВт.
- 2014 год — 179 ГВт.
- 2015 г. — 230 ГВт.
- 2016 г. — 294,7 ГВт.
- 2017 г. — 402,9 ГВт.
Следует отметить, что данные из разных источников незначительно отличаются из-за разных баз данных и методологий оценки.
По данным Международного энергетического агентства по фотоэлектрической солнечной энергии, общий объем солнечной энергии в мире превысил 500 ГВт в 2018 году.
В пятерку мировых лидеров по производственной мощности входят Китай (176,1 ГВт), США (62,2 ГВт) и Япония (56 ГВт), Германия (45,4 ГВт) и Индия (32,9 ГВт). Если говорить о темпах роста, то пятерка выглядит так: Китай (в 2018 году мощность увеличилась на 45 ГВт), Индия (на 10,8 ГВт), США (на 10,6 ГВт, Япония (на 6,5 ГВт), Австралия (на 3,8 ГВт).) Всего в мире уже 32 страны, суммарная мощность солнечных панелей в которых составляет 1 ГВт и более.
Для строительства площадки был выбран город Новочебоксарск (Чувашская Республика). Завод строился с 2011 по 2014 год. До этого в России продукции этого класса в принципе не было. Правовой базы и регламента не было, все регламенты по эксплуатации оборудования приходилось с нуля составлять вместе с Ростехнадзором.
География подсказала название — «хевель» по-чувашски означает «солнце». Первоначальные вложения составили около 20 миллиардов рублей, они состояли из заемных акций и средств. Новая компания стала совместным предприятием «Роснано» и «Ренова». Спустя девять лет, в конце 2018 года, Роснано вышло из проекта, продав свою долю Ream Management».
Строительство завода Хевель
Начать с нуля
Первые пять лет была большая нехватка кадров: российские университеты просто не готовили соответствующих специалистов. Не было ни инженеров, ни ресурсов, ни собственной научной базы. Энергетики пришли из «традиционных» отраслей: тепловой, гидроэнергетики и атомной энергетики. Персонал «Хевела» обучался самостоятельно — для этого были разработаны совместные учебные программы в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» имени В.И. Ульянова (Ленина) и Чувашском государственном университете. Кроме того, ключевые технические специалисты и ключевые инженеры были отправлены в Швейцарию для обучения. Первые десять сотрудников по-прежнему работают в компании, а общая численность персонала уже достигла 1000 человек.
После пуска завода появилась возможность привлечь заемные средства из специализированных фондов — Фонда промышленного развития и Единого фонда городского развития — для развития и увеличения объемов производства под низкие проценты.
«Сегодня коммерческие банки молча кредитуют проекты строительства солнечных электростанций, но восемь лет назад задача найти банк, который даже с гарантированной прибыльностью предоставил бы финансирование для строительства солнечного парка, казалась невыполнимой», — объясняет Игорь.
Игорь Шахрай
Сейчас на предприятии «Хевел», помимо Новочебоксарского завода, находятся Санкт-Петербургский научно-технический центр тонкопленочных технологий в энергетике и подразделение разработки, занимающееся проектированием, строительством и эксплуатацией центральных солнечных электростанций. Электростанции «Хевель» расположены в 23 регионах России, в том числе: в регионах Республики Алтай, Башкирии, Бурятии, Калмыкии, Тывы, Забайкальского края, Чукотки, Хабаровска, Астрахани, Оренбурга и Саратова.
Выбор технологии
Сложным этапом стал выбор метода изготовления модулей. Десять лет назад было две основных технологии: кристаллическая и тонкопленочная.
Принцип действия солнечных элементов основан на преобразовании кристаллическими полупроводниками квантов света в электрический ток. В зависимости от требуемой мощности площадь аккумулятора может варьироваться от нескольких квадратных сантиметров (в калькуляторах и часах) до сотен квадратных метров (на орбитальных станциях).
При использовании кристаллической технологии кремний сначала получают (плавят из кварцевого песка или выращивают из искусственных кристаллов), затем разрезают на тонкие пластины, сваривают, ламинируют и заключают в алюминиевые рамки. В зависимости от типа кристаллов листы бывают моно- и поликристаллическими.
В тонкопленочной технологии водород кремния распыляется на тонкую подложку со слоем менее 1 микрона. Если держатель гибкий, батареям можно придать форму и разместить их на изогнутых поверхностях. При этом для работы модулю не требуются прямые солнечные лучи — достаточно рассеянного света. Его также можно использовать в пасмурную погоду или в пыльных условиях (например, на производстве), но из-за более низкой эффективности он занимает гораздо большую площадь объектива.
Загрузка поддонов кремниевых пластин в плазмохимический реактор
Преимуществом кристаллических модулей была большая эффективность, но основная стоимость тонкопленочных модулей была намного ниже, так как для их производства требовалось в 200 раз меньше кремния. В 2009 году, когда было запущено производство «Хевела», стоимость кремниевого сырья на мировом рынке достигла 400 долларов за килограмм, поэтому вопрос об основных затратах при выборе технологии стал ключевым, несмотря на невысокую (9- 12%) КПД тонкопленочных модулей.
«Окончательный выбор был сделан после анализа конкурентной среды, оценки эффективности работы в российских условиях. Важно было учесть потенциал технологии для дальнейшего снижения затрат на производство, поскольку ключевой задачей было сделать продукцию доступной для российских потребителей », — поясняет Игорь.
Проблемы подсказывают решение
На момент начала производства аналогов в стране не было. Освоение отрасли «с нуля» привело к интеграции бизнес-процессов и расширению функциональности.
«Мы не только производитель оборудования, но и инжиниринговая компания, которая строит солнечные электростанции и малые генерирующие установки, и сервисная организация, обеспечивающая их эффективную работу, трейдеры, продающие электроэнергию на оптовом рынке, и ученые, с которыми они постоянно работают повышать эффективность и снижать затраты на технологии, разрабатывая новые решения для расширения сферы применения солнечных батарей — в коммерческом и водном транспорте, сельском хозяйстве, авиации и космосе », — говорит Игорь.
Экономическая ситуация также заставила усовершенствовать технологии. Запуск завода совпал с коллапсом мирового рынка кремния. Это позволило производителям кристаллических модулей снизить цены, а фабрики, работающие с тонкопленочной технологией, начали закрываться.
Банкротство тоже грозило «Хевелу», но помогли вложения в собственные НИОКР и авторские разработки. Ученые завода предложили новую технологию на основе гетероперехода. Эффективность гетероструктурных модулей была вдвое выше, чем у тонкопленочных (до 23% против 12%).
Здесь возникла другая трудность: необходимо было сохранить оборудование и повторно использовать его для производства новых моделей по другой технологии. Прошел год от разработки лабораторного образца нового солнечного элемента до выпуска на заводе полноразмерного модуля. Потребовалась небольшая модернизация технологической линии, большая часть оборудования была использована в новом производстве. В его основе — плазмохимические реакторы, для которых в ходе модернизации были разработаны специальные поддоны, способные загружать отдельные листы вместо цельного стекла, как это предполагалось по предыдущей технологии.
Теперь новые модули входят в пятерку самых эффективных в мире. Помимо высокого КПД, к преимуществам технологии гетероструктур можно отнести низкий температурный коэффициент (модули работают при температурах от -60 до +85 ° C) и низкий уровень деградации (срок службы 25 лет).
Это позволяет увеличить производство электроэнергии примерно на 15% в течение всего жизненного цикла по сравнению с классическими кремниевыми технологиями, а также снизить затраты на строительство солнечных электростанций за счет уменьшения количества строительных конструкций и вспомогательного оборудования.
Для европейских компаний в сегментах BIPV (Building Integrated Photovoltaics) и VIPV (Vehicle Integrated Photovoltaics), специализирующихся на создании собственных солнечных решений — от систем освещения до солнечных дронов — эффективность, размер и гибкость элементов имеют фундаментальное значение. Поэтому их также интересуют модули гетероструктур.
Интегрированные в здание фотоэлектрические элементы — это фотоэлектрические материалы, интегрированные в структуру здания, которые используются в качестве основного или вспомогательного источника энергии.
Фотоэлектрические элементы, интегрированные в автомобиль — интеграция фотоэлементов в электромобили, что увеличивает их мощность и дальность действия.
Клиенты и перспективы
Сегодня основной объем всех солнечных модулей, производимых «Хевелом» — около 70% — предназначен для строительства крупных солнечных электростанций в России и Казахстане мощностью от 1 до 100 МВт. Еще 20% — для солнечных электростанций малой мощности от 15 до 200 кВт, которые снижают стоимость электроэнергии для предприятий, инфраструктуры и промышленных предприятий, а также в сельском хозяйстве. Около 5% покупают частные домовладельцы и предприниматели, которым проще использовать солнечную энергию, чем договариваться об условиях и оплачивать техническое подключение к электросетям. Остальные 5% сейчас экспортируются в страны Европы и Азии.
Кош-Агач — первая в России сетевая солнечная электростанция
Так, в 2019 году Хевел подписал соглашение о строительстве в Казахстане солнечной электростанции «Нура» мощностью 100 МВт. В том же году Hevel поставил партию солнечных панелей шведской компании, занимающейся установкой и обслуживанием электростанций для частных домов.
В России также начались продажи солнечных панелей для частных домов. Этот рынок очень перспективный: мощность солнечной генерации за последний год выросла на треть. Пока модули в основном покупают жители Краснодарского края (четверть от общего объема продаж). Этому способствует высокий уровень инсоляции, большое количество частных домов в регионе и дороговизна подключения к электросети. На втором месте Челябинская область, на третьем — Москва и Московская область (12,8% и 11,7% соответственно). Всего в первом полугодии 2019 года розничные продажи составили более 7000 модулей.
Гибридная солнечная электростанция в Республике Тыва
Говоря о будущих проектах, Игорь отмечает, что на первом месте стоит увеличение доли экспорта и развитие розничного рынка. По его словам, несмотря на изменившееся отношение к солнечной энергии, стереотипы о том, что «в России нет солнца», по-прежнему популярны. Но по количеству солнечных дней некоторые города России превосходят Средиземноморье. Например, в Иркутске в среднем 200 солнечных дней в году, а в Ницце — 150.
«Многие люди не верят в эффективность технологий, пока не увидят, как они работают для соседа или делового партнера», — вспоминает Шахрай. — В 2012 году одна из первых наших поездок была в Республику Алтай, где руководство региона помогло организовать встречу с представителями муниципальных служб. Мы поговорили с ними о применении солнечной энергии в ЖКХ, привели примеры экономии средств. Реакция была, мягко говоря, критической. Но спустя два года, в 2014 году, в Кош-Агаче была введена в эксплуатацию первая в России солнечная электростанция в сети».
Хевел прогнозирует, что закон о микрогенерации будет способствовать распространению солнечных модулей в частных домах. Это не только упростит установку солнечных панелей, но и позволит владельцам продавать излишки энергии на розничном рынке, при этом прибыль не будет облагаться налогом как минимум до 2029 года. Госдума приняла закон в третьем чтении в начале декабря но пока не будет принят закон, трудно сказать, как это отразится на износе солнечных станций.
Преимущества солнечных панелей российского производства
Получать энергию от солнца, в первую очередь, чрезвычайно выгодно, потому что вам придется потратиться только на установку специальных панелей. К тому же такой способ кормления очень удобен и имеет ряд преимуществ. Во-первых, для выработки электроэнергии не требуется топливо, что позволяет сэкономить на дополнительных расходах и значительно упрощает процесс. Во-вторых, система саморегулируется и работает постоянно.
То есть необходимо уделять минимум времени его содержанию и управлению. В-третьих, он работает бесшумно, что дает возможность использовать такие устройства в любой среде и в любое время. В-четвертых, как правило, срок службы без сбоев при стопроцентной мощности достигает четверти века. В последующие двадцать лет система также работает стабильно, но с мощностью восемьдесят процентов.
В-пятых, они надежны и постоянно генерируют энергию с утра до ночи. В-шестых, такой способ получения энергии доступен в любой местности. В-седьмых, можно независимо устанавливать разные мощности.
Иностранные солнечные батареи по многим параметрам уступают российским. Решив использовать солнечные батареи для энергоснабжения, к их выбору следует отнестись очень серьезно. В первую очередь, конечно, нужно определиться со страной происхождения. Также рекомендуется обратить пристальное внимание на домашние солнечные батареи.
Плюсы домашних солнечных батарей:
- имеют антибликовое покрытие, благодаря которому КПД стабильно превышает семнадцать процентов;
- мощность до 160 Вт;
- широкий диапазон температур, при котором они полноценно работают — от -50 до +70 ºС;
- выдерживать удары любой силы;
- работать на полную мощность даже в воде;
- домашние солнечные батареи на порядок дешевле, так как затраты на логистику минимальны и отсутствуют таможенные пошлины.
Слабые стороны отечественной продукции
Недостатки российских солнечных панелей являются следствием отсутствия государственной поддержки этого сектора и отсутствия отладки производственного процесса, в результате чего в ряде случаев возникают недостатки по качеству сборки, количеству и ассортимент продукции.
Мировые производители солнечных батарей
Китай был лидером в производстве кремния и солнечных элементов в течение последнего десятилетия. Однако его доля несколько снизилась: если в две тысячи седьмом году она представляла шестьдесят восемь процентов мирового производства, то в две тысячи четырнадцатом ее доля упала до пятидесяти восьми процентов.
Если рассматривать производство солнечных панелей, за Китаем следуют страны: Япония, Тайвань, Германия.
Вот список ведущих компаний по производству кремния для солнечных батарей:
- Южная Корея: Dow Chemical Corporation (DCC).
- США: Металлургический глобус.
- Бразилия: Cia Brasileira Carbureto de Cal-cio (CBCC), Camargo Correa Metais SA.
- Германия: Eckart Gmbh and Co.
- Испания: Sdad Espanola de Carburos Metalicos SA.
- Норвегия: Elkem A / S Silicon Metal Division.
Кратко о потреблении энергии Солнца в России
Средняя семья из 4 человек потребляет 250-300 кВтч в месяц. Солнечные модули для бытового использования дают в среднем 100 Вт на кв. М в сутки (в ясную погоду). Для полноценного питания дома нужно установить не менее 30, в идеале 40 секций, что обойдется минимум в 10 000 долларов и. В этом случае крышу следует ориентировать на юг, а количество солнечных дней в месяц в среднем должно быть не менее 18-20. Ниже представлена карта солнечных дней.
Итог: солнечные панели полезны как резервный источник электроэнергии. Также нужно знать, как их выбирать, чтобы энергии хватало на бытовые нужды. Но вне зависимости от аварий в вашем доме всегда будет электричество.