Солнечная энергия сегодня в России имеет наивысший теоретический потенциал.
Солнечная энергия сегодня в России имеет наивысший теоретический потенциал.
Солнечная энергия сегодня в России имеет наивысший теоретический потенциал. Но, не смотря на это, вклад в новую энергетическую программу пока определен в небольшом количестве, а солнечная энергетика остается мало востребованной. Во многих областях нашей страны количество солнечных дней в году может достигать трехсот, поэтому потенциал для использования солнечной энергетики на территории РФ, конечно же, есть. Кстати, в странах Южной Европы (показатели сопоставимы с показателями России) источники независимой энергии используются очень активно. Где может быть выгодна солнечная энергетика? В регионах, в которых сложно (и недешево) подключиться к единой энергосистеме. Например, в таких регионах, как Восточная Сибирь или Дальний Восток.
В настоящее время для генерации электроэнергии чаще всего используются солнечные панели на основе кремния. Но также известны и батареи на основе теллурида кадмия (CdTe), на основе соединения Cu(InGa)Se2 (медь-индий (галлий)-селен), а также концентраторные батареи на основе GaAs (арсенида галлия). Кратко о каждой из них.
Электроэнергия солнечных батарей на основе кремния
Для преобразования энергии солнца в электрическую, сегодня наиболее часто используются фотоэлектрические батареи. Они представляют собой панель, на которой герметично заламинированы кремниевые пластины. Сверху пластина покрыта слоем закаленного стекла с низким содержанием оксида железа, который увеличивает его прозрачность. Панель абсолютно герметична, способна выдержать снег или ветер. Причина использования кремния в производстве солнечных батарей проста: высокий КПД среди всех применяемых материалов, а также достаточное количество запасов кремния в природе. Кремневые фотоэлементы в солнечных батареях способны воспринимать и направленные, и рассеянные лучи солнца. Снижение светового потока зимой отлично компенсируется увеличением КПД (в следствии понижения температуры). Современные солнечные батареи, в основном, изготавливаются на основе кремниевых пластин (более 85%).
Принято различать два основных вида кремниевых солнечных батарей:
- Солнечные батареи на основе монокристаллического кремния, который является высококачественным (соответственно и более дорогим). Выращивается кремний по методу Чохральского. К сведению, это стандартный метод получения пластин-заготовок для изготовления микросхем и микропроцессоров. Эффективность солнечных батарей, которые изготавливаются из монокристаллического кремния, обычно равна 19-22%. Кстати, фирма Panasonic уже наладила промышленный выпуска солнечных батарей с эффективностью 24.5%. Эта цифра сегодня вплотную приблизилась к теоретически максимально возможной в 30%.
- Солнечные батареи на основе мультикристаллического (поликристаллического) кремния. Для производства таких батарей используется более дешевый кремний, который производится методом направленной кристаллизации в тигле (специально разработанный для солнечных батарей). Кремниевые пластины, которые получаются в процессе применения этого метода, состоят из большого количества разнонаправленных кристаллитов (1-10 мм), которые разделены границами зерен. Дефекты кристаллической структуры снижают эффективность, значение составляет около 14-18%. Низкая эффективность этих солнечных батарей компенсируется за счет меньшей стоимости. Как видим, цена произведенной электроэнергии за 1 ватт будет примерно одинакова для солнечных панелей как на основе монокристаллического кремния, так и на основе поликристаллического.
Концентраторные солнечные батареи
Данный тип солнечных модулей представляет собой многослойные структуры из разных полупроводников, которые выращиваются друг на друге (слоями). Каждый полупроводниковый слой эффективно поглощает определенное количество света, диапазон которого равен ширине запрещенной зоны полупроводника. Таким образом, происходит полное поглощение солнечного света по всему диапазону волн, который для солнечных батарей одного типа полупроводника является недостижимым. Но поскольку с технической стороны процесс изготовления многослойных полупроводниковых модулей сложный, естественно, его стоимость не может быть низкой.
Тонкопленочные солнечные модули
Первое применение солнечные батареи на основе теллурида кадмия нашли в космических аппаратах. «На земле» же впервые их стали использовать в качестве элементов питания для карманных микрокалькуляторов. Как известно, кадмий – это экологически вредный металл. По этой причине, с ним нужно обращаться очень осторожно, а утилизация старых изделий довольно сложна. Поэтому, во многих странах свободная продажа солнечных батарей этого типа ограничена. Допускается строительство только крупных солнечных электростанций с обязательной гарантией утилизации от фирмы-производителя. Что касается второго элемента – теллура – это металл, который редко встречается в земной коре. Перспективы нарастить добытый материал мизерны, больше половины всего добытого теллура сегодня используется для изготовления солнечных панелей.
На рынке солнечной энергетики батареи CIGS (медь-индий (галлий)-селен) - новички, не смотря на то, что исследования этих элементов было начато еще в 70-х. Процесс изготовления солнечных батарей этого типа технически сложный и дорогой. В составе соединения вредные элементы отсутствуют, но преградой на пути расширения производства является дефицит индия. Хотя, в наше время активно ведутся исследования в направлении возможности замены дорого индия на более дешевый элемент.
К сведению, существует совершенно новый тип тонкопленочных солнечных батарей, которые работают по совсем иному принципу. Это сенсибилизированные красителем солнечные элементы. Принцип их работы очень схож с фотосинтезом растений. В коммерческой продаже пока таких солнечных батарей не имеется.