Солнечные батареи нового поколения: цены и выгода от них

Солнечные батареи нового поколения фото
Солнечные батареи нового поколения: цены и выгода от них

Из всех отраслей современной экономики быстрее развиваются те, которые используют высокие технологии. В список таких технологических инноваций входит и новое поколение солнечных батарей. Серийные партии качественно обновленных панелей появляются на мировом рынке в среднем раз в два-три года. Каждое следующее поколение фотоэлектрических ячеек обладает примерно на 20-30% большей мощностью на единицу площади и на 2-3% более высоким КПД.

Солнечные панели нового поколения – материалы и особенности

В 2019 году основными материалами, которые используются в старых и новых поколениях солнечных батарей, по-прежнему остаются:

  • кремний в монокристаллах (Si-mono);
  • кремний в поликристаллах (Si-poly);
  • аморфный кремний (a-Si);
  • теллурид кадмия (CdTe);
  • медно-индиево-галлиевый сульфид (CIGS).

Первый и второй варианты применяются преимущественно в крупнейших солнечных станциях планеты, расположенных в наиболее солнечных регионах – Саудовской Аравии, ОАЭ, Мексике, пустынях Южной Америки и Китая. Причина – в высоком, до 26%, КПД таких батарей при наличии максимально благоприятных условий (близость к экватору и почти полное отсутствие пасмурных дней на протяжении всего года). За минувшее десятилетие эти же варианты были и остаются лидерами и в частном секторе – из-за необходимости вместить максимальную мощность на минимальную площадь кровель.

Третий вариант подкупает своей дешевизной. Поэтому, несмотря на то, что КПД лучших солнечных батарей нового поколения панелей на a-Si не превышает 12,3% (изготовитель – United Solar, США), они пользуются спросом.

Последние два варианта пока наиболее востребованы в строительстве СЭС для бизнеса и на промышленных объектах. Но темпы роста КПД каждого следующего поколения тонких пленок выше, чем у кремниевых аналогов. Происходит это за счет технологической возможности соединять в одной батарее все большее количество слоев, каждый из которых поглощает свет разной длины волны. Физически предел КПД солнечных преобразователей полупроводникового типа составляет:

  • однослойного кремния идеальной очистки – 32%;
  • двухслойных пленок редкоземельных материалов – 42%;
  • трехслойных комбинаций – 49%;
  • бесконечного числа слоев (на практике – достаточно большого, чтобы улавливать излучение всей доступной для преобразования линий спектра) – 68%;
  • с использованием дополнительных концентраторов и иных вспомогательных технологий – немногим менее 87%.

Цена и эффективность солнечных батарей нового поколения

В настоящий момент в ТОП-5 мирового рынка по объему продаж присутствуют пять компаний, из которых две – полностью китайские, одна принадлежит канадцам, одна корейцам (с производственными мощностями в той же КНР), и лишь одна американская – First Solar.

Сегодняшнее поколение солнечных преобразователей последней – панели Series 6 TM с КПД до 18% значительно дешевле тех же немецких CIGS и являются золотой серединой по соотношению качества и стоимости. Ведь смысл установки СЭС для инвестора – размер прибыли, а для владельца частного дома – еще и короткий срок окупаемости.

СЭС нового поколения – рекордсмены

Упомянуть о рекордсменах в данной области необходимо, поскольку «солнечные» технологии быстро дешевеют. В 1956-м, когда вышла первая партия серийных моделей, себестоимость ячеек из расчета на 1 ватт мощности составляла $3500. В 2004 году эта цифра упала до $100. В 2019 году, без сопутствующего оборудования для СЭС, один ватт генерации стоит в диапазоне от $0,3 до $1,0. И вероятность того, что нынешние прототипы стоимостью в десятки, и даже сотни долларов за ватт всего через десяток лет станут общедоступными, очень высока.

Сегодня список панелей-лидеров по КПД выглядит так:

  1. Sharp – 46,5% (используются преимущественно в космической отрасли);
  2. «Гражданские» варианты той же компании – 39,8% (трехслойные, с дополнительными концентраторами-линзами, направляющими излучение на ячейку);
  3. Солнечные панели нового поколения Amonix – 35% (результат был достигнут еще в 2014 году, но ввиду дороговизны технологии изготовления модулей и очень низкого спроса компания занялась исследовательской деятельностью с прицелом на среднесрочные перспективы);
  4. IES_&_UPM – 34,7% (в два специально скомбинированных слоя и тем же принципом внедрения устройств концентрации солнечного луча – тоже пока не имеют шансов массового распространения из-за сложности производства и неконкурентоспособной цены).

Серийное производство

  1. Южно-Корейская компания Hanwha (в прошлом немецкий банкрот Q-Cells, купленный корейцами в 2012 году). Технология CIGS, КПД последний серий нового поколения 22,4%. Входит в ТОП-5 лидеров мировых продаж. Цена: $0,8 /1 кВт.
  2. Американский концерн Sun Power. Технология Si-mono, КПД серии седьмого поколения SPR-327NE-WHT-D – 20,4%. Цена: $0,7 /1 кВт. В ТОП-10 рейтинга Tier-1 не входит.
  3. Американская компания First Solar. Технология CdTe, КПД серии шестого поколения Series 6 TM – 18,4%. Цена: $0,5 /1 кВт. ТОП-5 рейтинга Tier-1.

Ближайшее будущее

Можно спрогнозировать, что в самом ближайшем будущем на рынок выйдут:

  • новое поколение солнечных батарей с многослойными и тандемными характеристиками (такие модели с использованием дополнительной защиты сейчас успешно работают на луноходах и марсоходах);
  • сверхтонкие ячейки с толщиной каждого рабочего слоя-пленки в несколько микрон, а не миллиметров (т.е. требующие в 1000 раз меньше материала полупроводника для генерации того же объема энергии);
  • панели с использованием перовскитов (пока инженерам-физикам не удается добиться их приемлемого срока долговечности);
  • батареи из дешевых, доступных и экологически безвредных в производстве и утилизации материалов (за счет внедрения сверхмалых частиц, способных преобразовывать энергию –технология «квантовых точек»).

Выгодны ли солнечные батареи нового поколения?

Из соотношения цена/качество (все перечисленные компании – лидеры мирового производства каждая в своем классе – дают по 10 лет гарантии на брак и 25 лет гарантии на батареи) лучшими выглядят тонкопленочные солнечные батареи нового поколения First Solar. При таких ценах их продукция становится доступной и выгодной не только для промышленных, но и для частных потребителей. Несмотря на более низкий КПД, у панелей на теллуриде кадмия в климатических условиях Украины эффективность оказывается даже выше, чем у более дорогостоящих конкурентов:

  • в южных регионах страны – на 5%,
  • в восточных и Закарпатье – на 10%,
  • в центральных – на 15%,
  • в северных – почти на 20%.

Официальный представитель First Solar в Украине – компания Green Tech Trade.