Цена на Солнце падает

Солнечные панели на крыше строящегося магазина IKEA в Майами. Фото: J Pat Carter / AP

С 1977 года стоимость производства фотоэлектрических элементов снизилась более чем в сто раз: с $76,67 за ватт до $0,74 — и продолжает падать

Артем Асташенков

20 апреля, 2014 07:46

12 мин

Министерство энергетики США выделит $15 миллионов на развитие солнечной энергетики, сообщает Washington Post. Вашингтон будет стимулировать установку солнечных панелей крупным бизнесом и государственными предприятиями.

Одновременно в планах министерства значится оснащение фотоэлектрическими батареями муниципального жилья до уровня мощности в 100 мегаватт к 2020 году. Министерство обороны же рассчитывает оборудовать свои объекты солнечными панелями в общей сложности на три гигаватта к 2025 году.

Недавно опубликованный пятый доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата недвусмысленно дает понять, что переход на «зеленую» энергию является залогом выживания человечества. Среди имеющихся экологически чистых технологий солнечная энергетика остается наименее зависимой от внешних факторов и наиболее интенсивно развивающейся. Но так ли прост будет этот переход?

С 1977 года стоимость производства фотоэлектрических элементов снизилась более чем в сто раз: с $76,67 за ватт до $0,74 — и продолжает падать. В индустрии даже есть собственный аналог закона Мура — закон Суонсона, который гласит, что себестоимость модулей будет уменьшаться на 20% при каждом удвоении производственных мощностей. Ученые предсказывают, что такими темпами сетевой паритет (то есть равенство стоимости электроэнергии между традиционными источниками и альтернативными) будет достигнут в ближайшие несколько лет.

Прогнозы эти, правда, озвучиваются без особых изменений почти с начала текущего века, время от времени перемежаясь с заявлениями о том, что паритет уже достигнут. Проблема, как это часто бывает, лежит в методике измерения.

Для оценки сетевого паритета используется нормированная стоимость электроэнергии. В себестоимость единицы по специальной формуле пытаются заложить все траты на протяжении жизненного цикла (обычно 30 лет) электростанции: стартовые инвестиции, амортизацию, топливо и так далее. Однако перечень учтенных трат разнится. Например, правительственные эксперты редко обращают внимание на стоимость вывода из эксплуатации, а это значимый показатель, особенно для АЭС.

Согласно такой методике, энергия солнечных электростанций в США, по прогнозу 2011 года на 2018 год, останется дороже выработанной на обычных ТЭС почти в полтора раза: $144,3 за мегаватт-час против $100,1 за мегаватт-час. К аналогичным оценкам пришли и в Великобритании в 2010 году.

Откуда же берутся оптимистичные прогнозы, согласно которым даже северные регионы, включая Россию, достигнут сетевого паритета уже к 2020–2030 годам?

Расхождения в методиках не ограничиваются вопросом завершения эксплуатации. Во-первых, нормированную стоимость электроэнергии традиционно вычисляют только для полноценных солнечных электростанций. В сравнении с угольными, газовыми и даже атомными конкурентами они довольно дороги, а главное, страдают от тех же проблем с доставкой энергии потребителям; локальные же инсталляции позволяют существенно на этом сэкономить.

Во-вторых, обычно в формулу не закладывают долгосрочный ущерб окружающей среде и здоровью людей. Например, одни только угольные электростанции обходятся американской системе здравоохранения в $300–500 миллиардов ежегодно. Глобальное потепление и окисление океанов, помимо очевидных и с трудом переводимых в денежные единицы потерь, теперь становятся еще и поводом для международных судов.

В-третьих, в нормированную стоимость обычно закладывают страховые риски — но не для катастрофических случаев. Ликвидацию последствий событий типа аварии на АЭС «Фукусима-1» обычно берет на себя государство. С учетом всех этих факторов и получается, что местами солнечная энергия уже достигла сетевого паритета.

Дешевле всего солнечная энергия обходится, если ее производство и потребление локализованы. Например, в Германии (далеко не самой солнечной стране Европы) киловатт-час электричества, выработанного панелью на крыше частного дома, стоит 8–14 евроцентов (в зависимости от региона). Средняя по стране цена традиционной энергии для потребителя — 29 евроцентов за киловатт-час. Солнце оказалось даже дешевле нефти на Ближнем Востоке: киловатт-час электричества ТЭС там стоит €0,13 – €0,17, а индивидуальных солнечных батарей — €0,08.

Многие страны субсидируют установку домашних фотоэлектрических панелей. Справедливости ради стоит отметить, что сторонники перехода на солнечную энергию в своих подсчетах нормированной стоимости могут включать и помощь государства. С другой стороны, государственные субсидии предприятиям традиционной энергетики все равно более значительны.

Телефон, работающий от солнечной батареи, 1980 год. Фото: AP

Ключевая проблема частных пользователей технологии — хранение электроэнергии. Днем она вырабатывается с избытком; ночью, конечно же, не вырабатывается вообще. На современном уровне развития технологий аккумуляторы решают эту проблему, но с большой натяжкой. Для сравнения, лишнее электричество с ветряков дешевле просто тратить впустую, его хранение вообще не оправдывает затрат на производство батарей.

Если, однако, не ставить своей целью получить полную автономность, традиционные электросети помогают решить эту проблему. Многие страны используют двунаправленные счетчики, что позволяет «сдавать» излишки солнечной энергии в сеть, а по ночам получать электричество из нее. Правда, традиционные энергетические компании, как правило, выступают против такой практики и пытаются добиться отмены соответствующих законов. Их официальная позиция сводится к тому, что владельцы солнечных батарей и так перекладывают расходы на обслуживание электросети на своих соседей, что ведет к росту тарифов. Сторонники альтернативной энергетики в ответ указывают на несопоставимо бóльшие экологические и медицинские выгоды.

В некоторых странах операторы электросетей все же добиваются своего. Последние 10 лет Испания создавала максимально благоприятные условия для развития солнечной энергетики. Частным лицам и компаниям предоставлялись субсидии и возможность продавать излишки. Летом 2013 года, однако, правительство обнаружило, что предложение электричества превышает спрос на 60% и государство задолжало энергетическому сектору больше $34 миллиардов.

В одночасье льготы превратились в налоги, а от всех владельцев солнечных панелей потребовали подключиться к общей электросети для мониторинга под угрозой многомиллионных штрафов. Продажа излишков тоже была запрещена. К концу года пошли разговоры о том, чтобы дать инспекторам право устраивать проверки на частных территориях без решения суда. В конечном счете, фотоэлектрика в самой солнечной стране Европы стала дороже традиционных источников электричества.

Обложить налогами солнечную энергию почти единогласно решил и конгресс штата Оклахома в прошедший четверг — как раз пока президент США Барак Обама объявлял о новых субсидиях отрасли.

Солнечные батареи тем временем становятся доступнее, эффективнее и функциональнее. Основная работа ведется в направлении повышения КПД за счет новых материалов. Традиционно в роли полупроводника для фотоэлементов выступает кристаллический кремний. Как правило, серийные панели такого типа преобразуют в электричество до 16% попадающего на них света, в идеальных условиях — 25%.

В феврале 2014 года ученые из Университета Иллинойса предложили собирать фотоэлементы из четырех слоев разных материалов, улавливающих различные диапазоны световых волн. Это позволяет поднять КПД до 42,5%. Разработка заинтересовала корпорацию Siemens и сейчас проходит испытания в 14 точках мира.

Фото: Twortay Township / EPA / ИТАР-ТАСС

В Оксфорде и Кэмбридже в конце марта представили фотоэлементы из перовскита (титаната кальция). Их КПД составляет 17%, но в силу дешевизны производства ватт мощности таких панелей должен быть по меньшей мере в два раза дешевле, чем у силиконовых. Кроме того, они отлично преобразуют электричество обратно в свет и могут использоваться для лазеров.

Чуть ранее в Университете Мичигана продемонстрировали солнечные батареи с цветным рисунком, что стало возможным благодаря вариациям в толщине полупроводника. КПД прототипа в виде американского флага размером с ладонь — его КПД оказался всего 2%. Зато подобными панелями можно покрыть больше видов поверхностей.

Группа американских и китайских ученых в январе 2014 года изготовила принципиально новое покрытие для фотоэлементов. Специальная прозрачная бумага одновременно хорошо пропускает свет и рассеивает его, что помогает находящемуся ниже полупроводнику «впитать» больше. В ходе экспериментов исследователи наблюдали рост КПД солнечных батарей на 10 процентных пунктов.

В Массачусетском технологическом институте тем временем, похоже, нашли эффективный способ хранения избыточной энергии прямо в солнечной батарее. Они соединили углеродные нанотрубки молекулами азобензола. Последние под действием ультрафиолета переходят из одного изомерного состояния в другое, а при его отсутствии возвращаются в первое, выделяя энергию — правда, пока довольно небольшое количество и исключительно в тепловой форме.

Сразу несколько компаний в США, Швейцарии и Японии уже поставляют роботов, предназначенных для монтажа и обслуживания солнечных ферм. До недавних пор это делалось практически вручную: люди выравнивали землю, таскали хрупкие и тяжелые панели, устанавливали их и так далее. Машины ускоряют процесс в два-три раза. Одновременно, правда, исчезает одно из преимуществ индустрии перед традиционной энергетикой: дополнительные рабочие места.

Идеи масштабных солнечных электростанций пользуются популярностью, несмотря на высокую стоимость и затраты на доставку электричества. Крупнейшей в мире сейчас является ферма Ivanpah Solar Electric Generating System в пустыне Мохаве, США. Она официально открылась 13 февраля. Проект стоил $2,2 миллиарда, занимает 14 квадратных километров и к концу года должен выйти на мощность в 400 мегаватт.

Индия, однако, намерена побить этот рекорд уже к 2016 году. По плану, к этому времени в Раджастане заработает первая очередь солнечной электростанции мощностью в один гигаватт. Когда же эта солнечная ферма стоимостью $4,4 миллиарда и площадью в 77 квадратных километров будет достроена полностью, ее мощность составит четыре гигаватта — больше, чем у всех солнечных электростанций США, вместе взятых.

Между двумя странами, кстати, на этой почве возник конфликт. Соединенные Штаты пытаются через ВТО добиться доступа на индийский рынок компонентов для солнечных панелей. Альтернативная энергетика в стране быстро развивается, но правительство требует от индустрии использования оборудования и деталей, произведенных в Индии.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе