Снижение производственных затрат на оборудование для солнечных электростанций и расширение производственных мощностей по всему миру в последние годы открывают совершенно новые измерения для солнечной промышленности.
Они делают технологию производства электроэнергии из солнечного света “кардинально меняющей правила игры в глобальной энергетической системе”, пишут ученые из Института солнечно-энергетических систем Фраунгофера ISE.
Такое развитие событий не только создает новые возможности, но в то же время ставит новые задачи. Как они выглядят на уровне энергетической системы, а также на уровне НИОКР и промышленности, описано в ключевых вопросах Глобального альянса для института исследований солнечной энергии (GA-SERI). В журнале “Наука” была опубликована статья “Тerawatt-scale photovoltaics: Transform global energy – Improving costs and scale reect looming opportunities – Тераваттная фотовольтаика: преобразование мировой энергетики – снижение затрат и расширение производственных мощностей как отражение растущих возможностей” ведущих мировых исследователей, в том числе ученых из Фрайбурга.
Эксперты в своей статье утверждают, что рост солнечной промышленности до мультитераваттного рынка идет быстрее, чем ожидалось. В конце прошлого года во всем мире было установлено 500 ГВт солнечных электростанций. Исследователи ожидают, что в 2030 г. установленная мощность солнечных электростанций по всему миру достигнет 10 ТВт, а к 2050 г. – от 30 до 70 тераватт. “Стоимость солнечных батарей за последние 40 лет упала на два порядка, и к концу 2018 г. составляла ниже 25 центов США за ватт”, – поясняет Андреас Бетт, глава ISE Фраунгофера. Такая стоимость солнечных батарей делает солнечную электроэнергию “абсолютно конкурентоспособной” во многих частях мира. В то же время рост доли солнечной электроэнергии в энергобалансе вызывает изменения в системе генерации и передачи электроэнергии. “Фундаментальные изменения в нашей энергетической системе ставят нас перед необходимостью разработки дополнительных технологий, таких как системы хранения электроэнергии и объединение разных секторов энергетики”, – продолжает Бетт.
В своем документе по ключевым вопросам исследователи выделяют в общей сложности пять областей деятельности. Первая – “Сети и силовая электроника”. Здесь основное внимание уделяется гармонизации потребления и производства – даже на больших расстояниях. Солнечные электростанции должны все чаще брать на себя связанные с сетью услуги, такие как регулирование напряжения и контроль частоты. Для этой цели нужно разработать инверторы нового поколения. Исследователи утверждают, что новые технологии, такие как виртуальные регуляторы колебаний в сети и связь с аккумуляторными системами, также могут создавать устойчивые и надежные системы на основе солнечных электростанций.
Второй пункт – это “системы хранения электроэнергии”. За последние восемь лет цена на литий-ионные аккумуляторы упала на 80%. Ввиду расширения мощностей и развития технологий, в будущем следует ожидать дальнейших сокращений производственных затрат. Кроме того, ученые в настоящее время работают над альтернативами из более дешевых материалов с более высокой плотностью энергии. Ученые рассматривают насосные гидроаккумулирующие электростанции как еще один вариант со значительным техническим потенциалом.
Третье поле деятельности, признанное международными исследователями, это взаимодействие секторов. Чтобы электрифицировать транспортный сектор и системы отопления зданий, в будущем следует значительно увеличить использование возобновляемых источников энергии. В дополнение к тепловым насосам и повышению энергоэффективности важную роль играют также производство водорода и аммиака, которые могут помочь сократить выбросы от производства стали, железа и удобрений.
Четвертое поле – Power-to-X и Power-to-Gas. Низкая стоимость солнечной и ветряной электроэнергии может быть использована для получения водорода, метана и других углеводородных соединений, которые затем могут быть использованы в качестве сырья для химической промышленности. Технологии Рower-to-X требуют тераватт-часы солнечной и ветряной электроэнергии, которые могут быть сохранены в течение длительных периодов времени. В то же время ученые видят в технологии Рower-to-X большой потенциал для повышения эффективности и сокращения производственных затрат.
Пятое поле деятельности касается “исследований и производства”. Что касается кривой обучения в солнечной энергетике в прошлом, то ученые считают: за последние 40 лет стоимость солнечных батарей падала на 23% на каждое увеличение установленных мощностей в два раза. Эта тенденция будет продолжаться, по мнению исследователей. Что касается кремниевых солнечных батарей, то в настоящее время наблюдается тенденция к созданию недорогих фотоэлементов с пассивированными контактами, что позволяет повысить эффективность. Даже для тонкопленочных солнечных батарей технологические достижения последних лет позволили повысить эффективность более чем на 20%. Для многопереходных фотоэлементов на основе кремния потенциал эффективности составляет более 35%, пишут ученые. С точки зрения производства, увеличение объемов приведет к новым задачам в области НИОКР. Здесь большое внимания уделяется вопросам снабжения материалами, устойчивости и переработки материалов.
Наряду с ISE Фраунгофера к GA-SERI принадлежат также японские исследователи AIST и американские коллеги из NREL. С 2016 года эта группа международных экспертов регулярно обсуждает задачи по использованию солнечной энергетики. Кроме них, в работе GA-SERI принимают участие и ученые из других стран.
Напомним, что по итогам 2018 г установленная мощность мировой солнечной энергетики превысила 500 ГВт после того как в течение года было построено почти 100 ГВт фотоэлектрических станций, говорится в новом докладе “A snapshot of global PV” (7-е издание, 2019 год) от IEA PVPS.
Ранее Европейская ассоциация солнечной энергетики SolarPower Europe опубликовала прогноз развития мировой фотоэлектрической солнечной энергетики до 2023 г. В отчете рассматриваются три сценария развития. (ЭлектроВести/Энергетика Украины и мира)
