Перспективы развития фотоэнергетики в Казахстане
Возможности Казахстана в области фотоэнергетики. Казахстан как часть мирового сообщества будет двигаться вместе со всем миром в этом направлении, хотим мы того или не хотим, но в каком качестве? В качестве потребителя или соучастника в производстве, где Казахстан мог бы подключиться к этим историческим мировым процессам перехода от потребления накопленных природой за миллионы лет нефтяных и угольных запасов к созданию средств производства, позволяющих строить фотоэлектрические и другие виды электростанций для преобразования неистощимых и экологически чистых возобновляемых источников энергии. Разумеется, таким темпам роста сопутствуют огромные проблемы и трудности, требующие своего решения, и Казахстан мог бы подключится крешению проблем на этом пути. Планируемое тысячекратное увеличение производства солнечных батарей потребует такого же увеличения мощностей по производству кремния. Недостаток в кремнии на мировом рынке ощущается уже сейчас, что привело к двухкратному увеличению стоимости кремния солнечного качества. Для производства 1 тераватта солнечных батарей через 24 года потребуется около 20 млн т кремния, стоимость которого около 0,5 трлн долларов. Если ставить задачу вхождения в десятку лидеров, то нужно ориентироваться примерно на 10 % мирового производства кремния. Для решения задачи потребуется использование самого передового промышленного оборудования, и решать эти задачи необходимо совместно с лидирующими в настоящее время мировыми фирмами, производящими соответствующее оборудование. Такие страны, как Германия, Япония и другие, должны быть заинтересованы в организации масштабного производства кремния в третьих странах. При этом Казахстан усилит свои позиции сырьевой направленности, но это дорогостоящее высокотехнологичное сырье, востребованное на мировом рынке, которое может приносить высокие доходы. Часть кремния можно использовать для производства солнечных батарей. При этом встает вопрос: нужно ли производство солнечных батарей и модулей в Казахстане и на какой по величине рынок можно ориентироваться? В настоящее время суммарные мощности по выработке электроэнергии в Казахстане составляют около 10 ГВт Если, следуя развитым странам, ставить задачу выработки 10- 30 % электроэнергии к 2030 г. за счет фотопреобразователей, то это составит 1- 3 ГВт. Чтобы 1-3 ГВт солнечных батарей произвести за 20 лет, годовое производство должно составлять около 50-150 МВт в год. Таковы мощности, которые должны быть ориентированы только на внутренний рынок. Если ориентироваться на внешний рынок, то производственные мощности могут быть многократно увеличены. Если же производственные задачи решать совместно с крупной иностранной фирмой, то Казахстан вполне мог бы выпускать конкурентоспособную и востребованную на мировом рынке высокотехнологичную продукцию. Приведенная выше схема развития упрощенная и требует корректировки каждые 3-5 лет, поскольку в мире прикладываются огромные усилия по поиску новых материалов, конструкций солнечных элементов и технологий их изготовления. Эти исследования направлены на поиск менее дорогих материалов (например, тонкопленочных, полимерных или органических и т. д.), достижения в которых пока невысоки в сравнение с кремнием, но ситуация в принципе может и измениться. Поиск путей повышения коэффициента полезного действия, по последним данным (конец 2006 г.) позволил изготовить концентраторный солнечный элемент на основе гетероструктур А^ с КПД 40,6 %. Широкое применение концентраторных солнечных элементов может снизить потребность в кремнии в десятки и сотни раз. Поэтому на начальном этапе достаточно поставить задачу производства 1 -10 тыс. т кремния солнечного качества и примерно 10-50 МВт/год фотоэлектрических модулей с уточнением дальнейшего развития в последующем.
Развитие фотоэнергетики в мире. Энергетический кризис 1990-х гг. высветил проблему обеспечения энергетической независимости государств и необходимости стабилизации цен на энергоносители как одну из ключевых проблем стабильного и устойчивого развития. Вследствие этого, а также растущего теплового загрязнения планеты все ведущие страны мира и большинство развивающихся стран приняли программы по развитию возобновляемой энергетики. Из нескольких видов возобновляемых источников энергии рассмотрим один из них, самый высокотехнологичный — прямое фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии в электрическую. Примерно с 1997 г объемы производства фотоэлектрических модулей в мире неуклонно растут и в 2005 г. превысили 1,7 ГВт/год (рис. 1). Темпы роста за последние три года составляли 40 — 60 % ежегодно, чего не наблюдалось ни по какой другой отрасли мирового производства. Китай недавно принял программу развития возобновляемой энергетики и объявил, что к 2020 г будет производить в 2 раза больше фотопреобразователей, чем Япония. Основным материалом для производства солнечных батарей остается кремний в монокристаллическом, поликристаллическом, мультикристаллическом и аморфном состояниях. Мощности по производству наиболее часто применяемых кристаллического и мультикристаллического кремния и модулей солнечных батарей из них, сложившиеся на 2004 г., приведены в таблице, Основными производителями кремния являются Америка, Япония и Европа, которые вместе производят около 9000 т кремния в год. С ростом объемов производства должно происходить снижение стоимости продукции, но стоимость фотопреобразователей падает не так быстро в сравнении с темпами роста объемов их производства. Это свидетельствует о наличии и опережающем росте потребности в солнечных батареях на мировом рынке. В странах с низкой инсоляцией это ожидается в 2020 — 2030 гг. К 2040 г себестоимость «солнечной» электроэнергии должна стать меньше, чем себестоимость «обычной», и другие виды электростанций станут экономически невыгодными. В глобальном масштабе с учетом нарушения экологии и теплового баланса Земли можно утверждать, что на возобновляемые источники энергии необходимо было переходить еще «вчера». Мы уже опоздали, и процесс потепления климата начался, что пока видно только на примере таяния вековых ледников, поэтому Европа планирует 20 % электронергии обеспечивать за счет солнечной энергии.
