В Петербурге готовят к выпуску солнечные батареи нового поколения

Дата публикации: 15 августа 2024

Эффективность таких батарей в полтора раза больше, чем у распространенных сегодня вариантов подобной продукции - например, фотовольтаических преобразователей с одним каскадом. При этом себестоимость инновационных батарей ниже традиционных. Речь идет о солнечных батареях на основе полупроводниковых соединений A3B5 (образуются в результате взаимодействия элементов третьей и пятой групп Периодической системы химических элементов) на кремниевой подложке.

Прототип на подложке

На сегодня массовому использованию солнечных батарей препятствует то, что традиционные кремниевые имеют эффективность 20 - 25% - это немного. Более эффективные технологии требуют и сложных полупроводниковых соединений, что значительно повышает цену самих солнечных элементов.

Большинство существующих технологий создания солнечных элементов основано на использовании кремния, который является относительно дешевым и распространенным материалом. Однако он довольно плохо поглощает свет, из-за чего его применение в качестве базы для создания эффективных солнечных элементов имеет ряд ограничений.

Существуют и другие полупроводниковые материалы. Например, соединения А3B5, которые состоят из элементов третьей и пятой групп таблицы Менделеева. Они эффективнее поглощают свет, только вот стоят намного дороже кремния.

Группа петербургских специалистов Университета ИТМО, Академического университета им. Ж. И. Алферова и Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе предложила решение данной проблемы. В условиях опытно-производственной площадки НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике они доказали, что необходимые структуры A3B5 можно создать на дешевой кремниевой подложке, что позволит существенно сократить стоимость многокаскадного солнечного элемента.

В лаборатории ученым удалось получить верхний слой солнечной батареи, интегрированный на кремниевую подложку. Если таких фотоактивных слоев будет больше, то и эффективность батареи станет существенно выше, так как каждый ее слой будет быстрее поглощать свою часть солнечного спектра.

Поддержка лидера

Напомним, что НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике создан в Петербурге в 2010 году. Тогда же он стал участником проекта создания и обеспечения функционирования инновационного центра «Сколково», благодаря чему получил ряд преимуществ. А его учредителем является ведущий в России производитель солнечных модулей ГК «Хевел». Основная цель создания НТЦ - проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на повышение качества и снижение себестоимости производства солнечных модулей.

Специалисты центра занимаются разработкой новых продуктов и решений на основе солнечных элементов. Именно на его экспериментальной производственной линии обкатываются технологии, которые реализуются на заводе, расположенном в Новочебоксарске (Республика Чувашия).

Это первый в России завод полного цикла, где происходит весь процесс создания солнечных модулей от поступления сырья до отгрузки готовых изделий, включая самый высокотехнологичный передел - выпуск гетероструктурной фотоэлектрической ячейки, которая является «сердцем» модуля. Только за прошлый год завод произвел 698 тысяч высокоэффективных гетероструктурных солнечных модулей общей мощностью 229 МВт. В начале 2020 года на предприятии завершены работы по расширению технологической линии. За счет этого годовой объем выпуска гетероструктурных солнечных ячеек и модулей увеличится до 340 МВт.

Поставщик для СЭС

Статья по теме:

Энергия, принесенная ветром. В 2023 году в Ленобласти заработает ВЭС

Продукция завода, мощности которого расположены в Новочебоксарске, востребована не только на российском рынке, но и за рубежом. Отечественные солнечные элементы и модули поставляются в страны Европы и азиатского региона. В 2019 году предприятие экспортировало 115 кВт двухсторонних гетероструктурных солнечных модулей в Швейцарию. Модули уже установлены на крыше одного из заводов пищепрома. Это первый объект солнечной генерации на двухсторонних гетероструктурных солнечных модулях, сданный в коммерческую эксплуатацию в Европе.

В 2019 году компания вышла на рынок Казахстана. Портфель проектов солнечной генерации, которые появятся до 2022 года, составляет 238 МВт.

Кроме того, в начале года «Хевел» завершил в Бурзянском районе Республики Башкортостан строительство крупнейшей в России солнечной электростанции (СЭС) с промышленными накопителями энергии мощностью 10 МВт. Портфельная компания Роснано «Лиотех» (Новосибирск) поставила для СЭС накопители энергии общей емкостью 8 МВт/ч. Поставка осуществлялась в кооперации с компанией «Системы накопления энергии», разработчиком интеллектуальных решений на базе литий-ионных ячеек. Это уникальный не только для России, но и для Европы проект - промышленные накопители такой емкости в сопряженной работе с солнечной генерацией используются впервые.

По данным сайта kartoteka.ru, общество с ограниченной ответственностью «Хевел энергосевис» расположено по адресу: 453684, Республика Башкортостан, Зилаирский район, село Юлдебаево, Советская ул., 51. Первичная регистрация: 28.06.2013. Уставный капитал: 620 101,00 руб.

Как «приготовить» батарею

Сейчас в Новочебоксарске налажено производство высокоэффективных фотоэлектрических ячеек, односторонних и двусторонних солнечных модулей мощностью до 380 Вт. Они изготавливаются по гетероструктурной технологии, которая объединила в себе преимущества тонкопленочной и кристаллической технологий, обеспечивая высокий КПД солнечной ячейки (до 23,5%).

Это значит, что они обеспечивают до 30% больше выработки электроэнергии по сравнению с моно- и поликристаллическими модулями. Кроме того, российские солнечные модули обладают самым низким температурным коэффициентом и эффективно работают при влажности воздуха до 85% и температуре от минус 60 до плюс 85 оC, а также сохраняют не менее 80% мощности в течение 25 лет эксплуатации.

Процесс производства солнечных модулей имеет несколько этапов. Сначала создаются гетероструктурные ячейки. Исходные пластины кристаллического кремния автоматически загружаются в кассеты и подаются на участок химической обработки и текстурирования поверхности пластины с целью максимального поглощения падающего света. Процесс происходит в специальных ваннах с раствором щелочи при температуре 850 оС.

На все времена и регионы

В последние несколько лет рынок солнечной энергетики стремительно развивается. Кроме «Хевел» на территории России функционирует несколько предприятий по производству солнечных панелей. В этом списке - московская компания НПП «Квант», которая производит панели для космической и оборонной отраслей. Несколько производителей работают в Подмосковье и Краснодарском крае. Известен в этом направлении Рязанский завод металлокерамических приборов.

Важно отметить, что отечественные батареи в значительной степени состоят из импортных комплектующих. Так, в отличие от кремниевых слитков и пластин для солнечных станций, производство которых в России налажено, в нашей стране нет производства специализированного стекла.

Еще одна проблема развития отрасли - дефицит отечественного производства поликристаллического «солнечного» кремния. Почти все производства такого профиля, созданные в СССР главным образом для нужд электроники, были остановлены в 1990-е годы. Создание производств «солнечного» кремния в нынешних экономических условиях требует большого объема инвестиций. К тому же на этом рынке существует жесткая конкуренция, прежде всего со стороны китайских производителей. Последнее относится ко всем стадиям производства в солнечной энергетике.

КСТАТИ

По данным сайта kartoteka.ru, общество с ограниченной ответственностью «Лиотех-Инновации» расположено по адресу: 633100, Новосибирская обл., Новосибирский район, село Толмачево, улица О. П. 3307 км, дом 16/1. Первичная регистрация: 27.01.2012. Уставный капитал: 1 000 000,00 руб. Доля вклада: 100% - ООО «Литэко». Управляющая компания ООО «Литэко».