Организация производства солнечных элементов

Організація виробництва сонячних елементівКлючевые слова
Энергетика и энергоэффективность Технологии использования новых видов топлива, возобновляемых и альтернативных источников энергии

Описание
В последнее время процент солнечных батарей на рынке альтернативных источников энергии неуклонно растет.
Одним из преимуществ использования солнечных батарей является тот факт, что фотоэлектрические электростанции (ФЭС) самые экологически чистые и легко возводимые, благодаря своей модульной конструкции.
Все существующие солнечные батареи основаны на фотоэффекте. Основным недостатком таких систем является их низкий КПД (в среднем 15%).
На сегодняшний день существует несколько технологий производства солнечных батарей. Основано это на различном поглощении разными материалами солнечного излучения. Солнечная энергетика имеет перспективы своего развития и распространения на мировом рынке благодаря открытию нового класса материалов – наноматериалов, данное направление изучается ведущими научными группами мира. В частности, следует выделить пористые материалы – благодаря многократному увеличению рабочей площади пластины (из-за присутствия огромного числа пор на поверхности), ожидается значительное увеличение КПД солнечных элементов, а также их интенсивности поглощения света, возможностью накапливания больших объемов энергии, более долгим сроком эксплуатации (повышение времени жизни устройства).
В рамках данного проекта предлагается производство солнечных элементов по кремниевой технологии, однако, с использованием пористого кремния. Кроме того, в перспективе целью является создание светоэлементов на основе других полупроводников, в частности фосфида индия, арсенида галлия, нитрида индия.
Поэтому, учитывая классическую технологию производства солнечных элементов и предложенную нами модель повышения качества, предлагается двухступенчатая технология:
1ая ступень – получение пористых слоев кремния
2ая ступень – непосредственно производство солнечных элементов.

Новизна инновации:
Одним из преимуществ использования солнечных батарей является тот факт, что фотоэлектрические электростанции (ФЭС) самые экологически чистые и легко возводимые, благодаря своей модульной конструкции. Кроме этого, ФЭС характеризует:
- высокая надежность (до сих пор они являются источником питания практически для всех спутников на земной орбите, потому что работают без поломок и почти не требуют технического обслуживания),
- низкие текущие расходы (благодаря отсутствию подвижных частей, ФЭС не требуют особого ухода),
- экологичность (это бесшумные и чистые модули, при их работе не происходит сжигания топлива),
- модульность (благодаря этому свойству, ФЭС могут достигать совершенно различных размеров, в зависимости от потребности в электроэнергии),
- длительный срок службы (работают до 30 лет),
- низкие затраты на строительство (обычно ФЭС строят близко к потребителю, т.е. нет нужды тянуть линии электропередач на дальние расстояния, не нужно закупать трансформаторы),
- независимость ФЭС от изменения цен на энергоносители.
Рельефная поверхность пористого кремния эффективная при увлечении фотонов, резко снижает потери на отражение света. Использование тонких слоев пористого кремния разрешает уменьшить потери на отражение за счет увеличения площади поверхности.

Преимущества решения на основе пористого кремния:
- высокий КПД (от 20% и выше);
- целевой диапазон преобразуемого электромагнитного излучения расширяется на всю видимую область, включая её длинноволновую часть. Кроме того снижается чувствительность солнечных батарей к загрязнению поверхности;
- не требует нанесения антиотражающего покрытия;
- низкая стоимость единицы площади солнечной батареи (обеспечивается стоимостными параметрами базовой технологии производства пористого кремния).

Описание проблемы:
Поиск новых источников энергии и повышение эффективности известных ранее является актуальной задачей современной индустрии. Особое внимание заслуживают безопасные, экологически чистые виды энергии. К такой категории относятся преобразователи солнечного света в электричество с применением полупроводниковых материалов. В связи с этим на мировом рынке наблюдается усиленная работа по развитию технологий и снижению цен на солнечные батареи. Правительства многих стран принимают Программы поддержки солнечной энергетики. В настоящее время на долю солнечной энергетики приходится 14% всех генерирующих мощностей на базе возобновляемых источников энергии. Эта цифра растет быстрыми темпами. В 2012 году сектор солнечной энергетики оставался наиболее предпочтительным для инвесторов. Из 8 млрд. инвестиций в альтернативную энергетику, более половины было направлено на развитие солнечных станций.
По прогнозам Deutsche Bank, с учетом оценок Citigroup Inc, HSBC Holdings Plc, IHS и BNEF, ожидается переход данного сегмента от «субсидируемого» к «устойчивому» в 2013-2014 гг году, объясняя это приходом «сетевого паритета» в ряде ключевых рынков, а также ожидаемым повышением спроса на фоне более стабильных цен на поликремний – основное сырье для производителей отрасли. Специалисты GlobalData в докладе «Сетевой паритет для ветровой и солнечной энергетики - взгляд в будущее и анализ влияния» утверждают, что стремительно сокращающаяся цена на энергию солнца к 2017г. будет ниже цены на электричество, производимого за счет традиционных видов топлива.
Новая энергетическая стратегия, одобренная украинским правительством в начале 2006 года, предполагает, что наше государство практически в четыре раза увеличит использование нетрадиционных источников энергии с 10,9 млн. т н.э. (млн. тонн нефтяного эквивалента) в 2005 году до 40,4 млн. т н.э. в 2030 году. Эта инициатива потребует инвестиций в энергетический сектор в размере около 60,4 млрд. гривен или же 7,9 млрд. евро. В 2009 г. украинский парламент принял закон о субсидируемых тарифах для электроэнергии, произведенной из нетрадиционных источников, т.е. «зеленых» тарифах. С 1 января 2013 года, чтобы получить “зеленый тариф” в отношении электричества, генерированного с использованием солнечного излучения, должны использоваться солнечные модули с долей сырья украинского происхождения в затратах на производство составляющей, по крайней мере, 30 % и, по крайней мере 50 %, начиная с 1 января 2014 года.

Стадия разработки:
Прототип с успешными лабораторными испытаниями

Потенциальные потребители, рынки:
Проект расчитан на украинский, а также мировой рынки. Потенциальные потребители солнечных элементов:
- заводы по производству солнечных батарей (монтаж элементов в готовые батареи);
- предприятия, заводы для обеспечения собственных мощностей электрической энергией;
- частные солнечные электростанции (особенно актуально для южных и восточных регионов Украины – установка электростанций на крышах санаториев, баз отдыха, гостиницах и отелях).