Солнечная энергетика (гелиоэнергетика) — 2007. часть 1.

Гелиоэнергетика - одно из направлений альтернативной энергетики — перспективных способов получения энергии, имеющих минимальный риск причинения вреда экологии района. В данном случае источником энергии служит солнечное излучение. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и в перспективе может стать экологически чистой (в настоящее время в производстве фотоэлементов и в них самих используются вредные вещества). Сейчас подобный вид получения энергии используется в случае экономической целесообразности - недостатке других источников энергии и изобилия солнечного излучения круглый год. Также она часто используется в силу идеологических причин, при этом эксплуатируется т. н. распределенное производство (Distributed power generation) - производство энергии большим количеством людей для собственных нужд с направлением излишков в общую сеть.

Солнечное электричество призвано компенсировать истощающиеся запасы нефти и газа. К концу века оно будет доминирующим и, по разным оценкам, составит до двух третей всей выработки электроэнергии. Сегодня же его «взнос» в мировые энергосети более чем скромен — всего 2 ГВт (гигаватт) в год. Прогноз Еврокомиссии до 2030 года предрекает, что эта цифра достигнет 150 ГВт. Главные игроки на рынке солнечных энергосистем — Япония, Европа и США, где программы развития этого направления энергетики стали «национальными».

Самая большая часть американских инвестиций в чистые технологии (30% — 694 млн долларов) приходится на солнечную энергетику, затем идет транспорт (14%) и биотопливо (12%).

Одной из экологических проблем внедрения солнечной энергетики является содержание в современных солнечных фотоэлементах (ФЭП) ядовитых веществ, таких как свинец, кадмий, галлий, мышьяк, причем при их производстве используется масса других не менее опасных веществ. Срок службы современных фотоэлементов составляет 30–50 лет, что создает проблему их утилизации в случае массового производства. Основным материалом является кремний с чистотой 99.99%, который стоит 40$/кг, фотопреобразователи имеют КПД всего 17%. Себестоимость более 40 центов/ кВт-час при средней себестоимости электроэнергии 2 цента/ кВт-час. Солнечная энергетика подвержена суточным, сезонным и погодным колебаниям. Однако в последнее время начинает активно развиваться производство тонкоплёночных фотоэлементов. Из-за низкого содержания кремния тонкоплёночные фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность — если монокристаллический кремний превращает в электричество в среднем 14—15% солнечного света, то тонкопленочные модели — чуть менее 10%. Так, например, в 2005 г. компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству кремниевых фотоэлектрических элементов.

За несколько последних лет венчурные фонды вложили более $340 млн. в пять новых компаний, которые разрабатывают многослойные тонкопленочные элементы на основе диселенида галлия-индия-меди (так называемые CIGS- пленки).

Honda Soltec Co., Ltd. впервые представила свои тонкоплёночные фотоэлементы в 2002 г. Потребление энергии во время производства тонкоплёночных CIGS (Cu(In,Ga)Se2) элементов на 50% ниже, чем требуется для производства кремниевых фотоэлементов. В сентябре 2006 Honda начала строительство завода стоимостью $61 млн. в Кумамото. В 2007 году Honda начала продажи тонкоплёночных фотоэлектрических элементов, произведённых на заводе Honda Engineering Co. Продажи осуществляются через дистрибьютеров, которые также устанавливают фотоэлементы. Таким образом, Honda стала первой автомобилестроительной компанией, начавшей производство фотоэлектрических элементов. Тонкоплёночные фотоэлементы (CIGS) разработаны самой Honda. В их производстве используется медь, индий, галлий, селен (CIGS) и всего менее 1% кремния. Производятся модули максимальной мощностью 125 ватт. (при солнечной радиации 1 кВт/кв. м. и температуре 25 градусов Цельсия). Стоимость модуля составила ¥60 375 ($496).

Американская фирма Global Solar Energy Inc.(GSE) заявила, что в декабре 2007 года стала первой в мире фирмой на рынке тонкопленочных фотоэлементов на основе диселенида меди-индия-галлия (CIGS),получившей эффективность 10% при нанесении фотоэлемента на гибкую подложку. В 2007 году фирма произвела и поставила на рынок 4 МВт фоточувствительного материала. Как заявил вице-президент фирмы доктор Jeffrey Britt,- «целый ряд фирм, занимающихся тонкопленочными элементами на основе CIGS, превысили эффективность 10% в своих лабораторных исследованиях. Например , US National Renewable Energy Labs(NREL) достигла эффективности 19,5 % в батареях CIGS на стеклянной подложке и 17,5% — на гибкой металлической подложке. Однако пока это только научно-исследовательские работы и лабораторные испытания. Получение 10%-эффективности на производстве – большое достижение». В 2008 году фирма GSE планирует увеличить эффективность до 13 – 14 %. В ноябре 2006 года фирма затратила 75 млн.долларов на модернизацию производства, которое к началу 2008 года должно было возрасти с 2 до 40 МВт. В январе 2007 года фирма заявила о строительстве нового завода, мощностью 30 МВт в Адлерсхоф, Германия. Начало производства запланировано на первую половину 2008 года. По оценкам специалистов GSE, общая производственная мощность фирмы к концу 2008 года составит 64 МВт.

Sharp начал массовое производство тонкопленочных фотоэлементов в сентябре 2005 года. Эффективность их тонкопленочных фотоэлементов — около 10 процентов. В настоящее время производственные мощности Sharp в префектуре Нара составляют 15 МВт тонкопленочных фотоэлементов в год. Sharp Corp. инвестирует 22 миллиарда иен (около 200 миллионов долларов) в увеличение мощностей. К октябрю 2008 года мощности Sharp в префектуре Нара вырастут до 160 МВт в год. Ранее Sharp объявлял о намерении увеличить к 2010 году производство тонкопленочных фотоэлементов на новом заводе в Сакаи (префектура Осака) до 1000 МВт в год. В 2007 г. Sharp запустила производственную линию кремниевых тонкопленочных солнечных ячеек и инвестировала 925 млн. долл. в строительство еще одной новой фабрики.

В декабре 2007 года калифорнийская компания Nanosolar произвела первые поставки своих солнечных сверхдешевых батарей. Компания получила около $150 млн. в виде инвестиций для разработки нового производственного процесса, который позволяет производить наносить фотоэлектрические материалы на алюминиевую основу посредством печати. Согласно заявлению Nanosolar, такой способ производства позволяет снизить себестоимость фотоэлектрических модулей более, чем на 80%. Как заявляет компания, существующий портфель заказов на ее фотоэлектрические модули позволит загрузить производственные мощности компании на ближайшие 18 месяцев.

Производство солнечных батарей вскоре начнется на двух фабрика компании, одна из которых расположена в Германии, другая – в Силиконовой долине. Генеральный директор Nanosolar Мартин Рёшайзен (Martin Roscheisen) утверждает, что компания сможет продавать солнечные панели по цене $0,99 за ватт с получением прибыли. При такой цене сооружение солнечной электростанции становится дешевле постройки ТЭЦ аналогичной мощности, работающей на угле. “Имея солнечные панели по цене $1 за ватт, можно будет сооружать генерирующие системы при издержках $2 за ватт итоговой мощности,” – сказал он. По данным министерства энергетики США, строительство новой ТЭЦ, сжигающей уголь, обойдется в $2,1 за ватт итоговой мощности, не считая затрат на покупку топлива и квот на выбросы углекислого газа, заявил Рёшайзен. Немецкая генерирующая компания Beck Energy GmbH получит от Nanosolar солнечные панели общей мощностью в 1 МВт. Этой мощности хватит для снабжения электроэнергией 400 односемейных домов.

Солнечные батареи будут установлены на территории бывшей мусорной свалки в Восточной Германии. Beck Energy GmbH является ведущим германским оператором солнечных электростанций, использующих фотоэлектрические генерирующие элементы. Компания была первым крупным заказчиком First Solar (FSLR), другого американского производителя тонкопленочных фотоэлементов, имеющего производственные мощности в Германии. В отличие от First Solar, производящего тонкопленочные элементы на основе теллурида кадмия, Nanosolar в течение последних пяти лет занималась разработкой более эффективных, но сложных в изготовлении многослойных пленок с покрытием из диселенида галлия-индия-меди.

Для First Solar (FSLR) 2007 год тоже оказался удачным. В III квартале доходы компании увеличились более чем в три раза до $159 млн. по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, а прибыль за этот же период увеличилась почти в 10 раз до $46 млн. Компания быстро наращивает производственные мощности, а ее акции всего за год выросли примерно на 750% с $25 до $210.

При показателях цена/прибыль на акцию выше 100 стоимость акций компании кажется сильно завышенной, но феноменальный рост ценных бумаг First Solar представляет собой далеко не первый случай, когда инвесторы делают крупную ставку на так называемые акции роста, высоко оценивая перспективы данной компании. Модули, изготовленные по этой технологии, обладают относительно малой эффективностью – в среднем около 9% энергии солнечного света преобразуется в электроэнергию. Однако благодаря невысокой цене они считаются основой будущей солнечной энергетики.

Производственные мощности заводов First Solar на данный момент составляют 210 МВт батарей в год, и в 2009 году компания намерена довести показатель до 570 МВт в год. В 2006 году цена на теллур выросла с $4 за килограмм до $100, хотя в текущем году цена снизилась до уровня $40–50 за килограмм. Таким образом, First Solar может утратить свое основное преимущество – низкую себестоимость производства, что вновь сделает более эффективные кремниевые батареи выгодным вложением средств.

К проблеме кремниевых ФЭП добавляется и то, что по мере роста цен на нефть и газ растущий спрос на солнечную энергию обусловит нехватку материалов для изготовления кремниевых фотоэлементов. В аналитической компании iSuppli полагают, что объем мирового рынка солнечных панелей вырастет с 9,6 млрд. долл. в 2007 г. до 22,1 млрд. в 2012, а число инсталлируемых ежегодно фотоэлементов за этот период увеличится в 20 раз. Проблемы с обеспечением производства монокристаллическим кремнием начались уже в 2006 году, когда производители ФЭП закупили его больше, чем производители процессоров. Многие производители фотоэлементов упоминают, что дефицит кремния привел к тому, что поставщикам этого стратегического сырья часто бывает необходимо доплатить от 10 до 20% стоимости контракта сверх договоренной суммы, чтобы быть уверенным, что поставка материалов все-таки будет иметь место.

Между тем, в Индии и России продолжает осваиваться производство кремниевых ФЭП.

Полупроводниковое производство в индийском Fab City (вблизи Хайдерабада) начало развиваться в 2006 г. после инвестиций компанией SemIndia 3 млрд. долл. в строительство современной фабрики по выпуску кремниевых подложек. Дополнительно в строительство 1,1 млрд. долл. (в течение 10 лет) вкладывает и компания Solar Semiconductor Ltd. Недавно индийское правительство одобрило предложение пяти компаний принять участие в проектах развития Fab City, в основном, в направлении исследований и разработок в области солнечной энергетики (см. Таблицу).

На первом этапе выполнения этих проектов будет освоено и запущено производство солнечных элементов и солнечных панелей, а на втором этапе планируется достичь емкости производства с общей мощностью, генерируемой изготовленными солнечными ячейками, до 1 ГВт в год (для сравнения, производительность сегодняшних фабрик составляет десятки МВт в год). В стадии активного рассмотрения правительством Индии находятся еще 5 проектов в области солнечной энергетики с суммой инвестиций между 6 и 7 млрд. долл., предлагаемые следующими индийскими компаниями: Chandradeep Solar, Neotech Solutions, Photon Energy Systems, Surana Ventures и RamTerra Solar Pvt. Ltd.

На выставке NТМЕХ-2007 Горно-химический комбинат познакомил посетителей со своим инвестиционным проектом по развитию производства полупроводникового кремния на основе нанотехнологий. На комбинате в 2007 году впервые наработана партия поликремния солнечного (товарного) качества. Проектная мощность завода полупроводникового кремния, входящего в состав ГХК, составит не менее 2000 тонн в год. Планируется значительную часть производимой продукции использовать для более высокого передела – получения монокремния, с последующим выходом на производство фотоэлементов.

ООО »Солнечная энергетика», основным акционером которой является группа »Промышленные инвесторы», планирует в 2008–2009 гг начать выпуск основных элементов для производства солнечных батарей мощностью до 30–40 МВт в год. В ООО «Солнечная энергетика» «Проминвесторам» принадлежит 80% долей, а руководителю экономической рабочей группы при администрации президента, председателю экспертного совета «Деловой России» Антону Данилову-Данильяну и его партнерам – 20%. Группа «Промышленные инвесторы» и ряд менеджеров проекта ООО «Солнечная энергетика» планируют до 2009 года вложить $114 млн собственных и заемных средств в производство на территории России оборудования для солнечных батарей, сообщил один из акционеров проекта, эксперт при администрации президента России Антон Данилов-Данильян.

По его словам, во втором квартале 2008 года в Рязани будет запущено производство фотоэлектрических преобразователей, из которых собираются модули солнечных батарей, преобразующих световую энергию солнца в электроэнергию. Сырье для предприятия будет закупаться на европейском и американском рынках до ввода в действие собственного завода по производству поликристаллического кремния в первом квартале 2009 года.

Объем кредитования составит порядка 70 проц от общей суммы инвестиций, 30 проц компания вложит за счет собственных средств. Реализация проекта состоит из 2 этапов. Первый этап предполагает производство фотоэлектрических преобразователей на заводе в Рязани. Планируется, что первая продукция выйдет во втором квартале 2008 г. Первоначально предполагается производить преобразователей для установок мощностью 8–10 МВт в год с дальнейшим выходом на 30–40 МВт в год. Поскольку исходное сырье для производства ФЭПов – поликристаллический кремний – в России в настоящее время не производится, компания планирует первое время закупать его на западном рынке. На втором этапе, в 2009 году, планируется запуск завода по производству поликристаллического кремния на базе мощностей, созданных на части территории ОАО «Силан» в Липецкой области. С заводом договорилась о выкупе трети его площадей и оборудования. Как пояснил Евгений Вааг, сделка пока не завершена, поэтому можно назвать только примерную ее стоимость – $3–5млн.

На реконструкцию имеющегося оборудования и инфраструктуры дополнительно потребуется $5–8 млн, а на закупку новых технологий у американских компаний GT Solar и CDI – $70–80 млн. Липецкая часть проекта является наиболее дорогостоящей: уровень затрат составит до $93 млн, а объем выпуска – 2,5 тыс т в год. Производственные мощности составят 1000 т в год с дальнейшим выходом на 2,5 тыс т в год. Около 100 т кремния будет поставляться на завод в Рязани, остальная часть будет реализовываться на рынках стран Западной Европы.

По словам А.Данилова-Даниляна, предполагаемая выручка компании за 5 лет после начала реализации проекта составит 272 млн долл, а чистая прибыль – 77 млн долл. Компания планирует наладить сборку солнечных батарей на одном из производств в странах Западной Европы. В последнее время этот рынок растет на 25–30% в год. В первую очередь, конечно, продукция ООО «Солнечная Энергетика» будет ориентирована на экспорт, потому что в России пока потребление солнечной энергии небольшое – 2,5 МВт. Причем установки, генерирующие эту энергию, были разработаны еще 50 лет назад. Завершение работ планируется в апреле 2008 года, мощность производства на начальном этапе составит 10–12 МВт в год – в пять раз больше совокупного объема выпуска аналогичной продукции в РФ. В перспективе планируется выйти на 30 МВт.

В 2007 году на Международной выставке по солнечной энергетике в Милане участвовало 5 российских компаний: «Солнечный ветер», научно-производственное предприятие «Квант», АОЗТ «Амекс», «Энергомер», Подольский химико-металлургический завод. Фирма «Солнечный ветер» кроме обычных, односторонних солнечных модулей выпускает и двусторонние. За ту же цену это позволяет повысить эффективность на 5−7%, причем сейчас. Это пользуется большим успехом, и неслучайно фирма создала дочернюю компанию в Европе, в Испании – Solar Wind Europe. Пока все эти предприятия работают на 95−100% на внешний (европейский и мировой) рынок. В ближайшее время не следует ожидать всплеска потребления их продукции в России, по крайней мере, пока цены на энергоносители не выровняются с европейскими.

В 2007 году ученые России и Казахстана договорились о совместной реализации проекта производства кремния для солнечной энергетики, оценочная стоимость которого превысит 70 млн евро. Меморандум о сотрудничестве в области организации производства поликристаллического кремния подписан в Новосибирске 4–5 октября между Институтом геохимии им. Виноградова СО РАН, Институтом физики полупроводников СО РАН, Институтом теплофизики им. Кутателадзе СО РАН, ООО «Солнечный кремний» (Россия) и ТОО «МК KazSilicon» компании TSC Group (Казахстан).

Отечественная компания Nitol Solar, планирующая производить поликремний для солнечных батарей на комбинате «Усольехимпром» в Иркутской области, отказалась от проведения IPO на Лондонской фондовой бирже. Оценка компании в $1 млрд показалась ряду инвесторов завышенной, а предложенная ими цена не устроила руководство компании. К 2009 г. производительность Nitol должна достичь 3700 тонн поликремния в год. В начале 2007 г. компания приобрела реактор (стоимостью 49 млн. долларов) для приготовления поликремния из трихлорида кремния у компании GT Solar (Merrimack, Нью-Хэмпшир, США) и установила его на своем заводе Усолье Иркутской области. Текущая продукция Nitol – вся цепочка от сырьевых материалов (хлорин и водород) до трихлорсилана и поликремния для солнечных элементов. Производство продукции, ориентированной на солнечную энергетику, было запущено в 2007 г. В ноябре 2007 г. Nitol заключила соглашение с китайской Suntech Power Holdings Co. Ltd., производителем фотовольтаических ячеек и модулей, на поставку поликремния в течение 7 лет. В январе 2008 г. Nitol Solar заключила соглашение с Evergreen Solar, Inc (“Evergreen”, Marlboro, Массачусеттс, США) на поставку поликремния класса «для солнечных ячеек» в течение 7 лет, начиная с 2009 г. по фиксированной цене. Объем поставок должен обеспечить компании Evergreen произвести солнечных ячеек с общей емкостью 400 МВт.

Другие российские компании, планирующие основать заводы поликремния — Russian Silicon, Renova Orgsyntes, Poldosky, Baltic Silicon Valley и Synthetic Technologies. В планы включено производство поликремния, исходного сырья, солнечных ячеек, модулей и преобразователей для национального и мирового рынков.

Почему выгодно развивать подобное производство в России? Во-первых, здесь давно хорошо развита металлургия, в технологической цепочке которой в виде шлака остается много металлургического кремния – главного компонента производства поликремния, на основе которого изготавливаются ФЭПы. Во-вторых – в России есть квалифицированные кадры, т. к. в СССР поликремний, хоть и в небольших количествах, но производился. В-третьих, здесь пока низкие тарифы на электроэнергию для производства, а также на водоснабжение, газ и транспорт.

В ряде институтов СО РАН существуют серьезные наработки по теме «Солнечная энергетика на основе мультикремния». Координатором проекта с таким названием является д. ф.-м. н. А. Непомнящих.

Выгода проекта очевидна, потому что за последние три года цена поликремния выросла в 3–8 раз. Сейчас цена 1 кг доходит иногда до $250. Ежегодный дефицит производства поликремния составляет 25–30 тыс. т. Но при этом производство ФЭПов растет ежегодно на 50%. К 2010 году ожидается, что оно достигнет мощности в 14 ГВт.

Аналитики сходятся только в одном: если в сегменте ФЭПов «солнечному» холдингу придется конкурировать с крупными игроками, которые имеют производственные мощности 100–200 МВт и выше, то поликремний долго будет в дефиците. Цена на него на мировом рынке выросла с 2004 года с $24 до $80 за кг.

 Минимальные цены на фотоэлементы (начало 2007 г. )

Монокристаллические кремниевые — 4,30 $/Вт установленной мощности

Поликристаллические кремниевые — 4,31 $/Вт установленной мощности.

Тонкоплёночные — 3,0 $/Вт установленной мощности.

Стоимость кристаллических фотоэлементов на 40—50 % состоит из стоимости кремния.