РОСНАНО: Высокоэффективные нанотехнологии для солнечной электроэнергетики: проблемы и перспективы развития.

Основной проблемой, препятствующей широкому применению солнечной электроэнергетики, является ее низкая экономическая эффективность по сравнению с традиционными источниками энергии. Например, стоимость сетевой электроэнергии в Европе составляет 4-7 центов за 1 кВт-ч, а при пиковых нагрузках- 10-20 центов, в то время как для энергии, произведенной солнечными модулями- 25-45 центов (меньше для Южной Европы и больше для Центральной). Производство наиболее широко используемых солнечных элементов на основе кремния является весьма дорогим и энергоемким. Тем не менее, объем производства солнечных фотоэнергосистем растет в мире стремительными темпами и в 2008 году составил 5 ГВт. Важнейшей задачей фотоэнергетики является достижение паритета стоимости "солнечного" и сетевого электричества.
Основными путями снижения стоимости "солнечной" электроэнергии являются повышение КПД и снижение расхода материалов для солнечных батарей. Существенным недостатком солнечной энергии является малая плотность светового потока. Перспективным является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. В этом случае требуемая площадь и стоимость солнечных элементов уменьшаются пропорционально кратности концентрирования солнечного излучения, которая, в свою очередь, может быть доведена до значений 500-1000 крат.
В ФТИ им. А.Ф.Иоффе были заложены физические основы и разработаны наногетеростуктурные солнечные элементы каскадного типа, которые в ближайшей перспективе позволят реализовать значения КПД порядка 45%. В настояшее время созданы демонстрационные фотоэнергоустановки с концентраторными модулями на основе фотопреобразователей с КПД порядка 35% и концентраторов солнечного излучения в виде панелей из линз Френеля. Энергоустановки обеспечивают автоматическое слежение за положением солнечного диска на небосводе, что необходимо для функционирования концентраторных модулей и позволяет в наибольшей степени использовать поступающую в течение дня солнечную энергию.
Высокая степень технической проработки всех аспектов данного направления позволила перейти к рассмотрению проекта по организации высокорентабельного производства солнечных фотоэлектрических установок на основе наногетероструктурных фотоэлементов и концентраторов солнечного излучения,обеспечивающих снижение стоимости "солнечного" электричества до стоимости "сетевого". Наблюдательный Совет РОСНАНО одобрил участие Корпорации в реализации проекта.
Многослойные наногетероструктуры с тремя каскадами фотоэлектрического преобразования, оптимизированными для эффективного преобразования различных участков солнечного спектра, представляют собой высокотехнологичный продукт полупроводниковой электроники. Их применение позволит достичь значений КПД в 2-3 раза более высоких, чем в существующих кремниевых и тонкопленочных солнечных батареях. Это обеспечит снижение в 2-3 раза количества расходных материалов: стекла и металла для модулей, металла для поддерживающих конструкций, кабелей для коммутации фотоэнергосистем. Интересное сравнение: в новых фотоэнергоустановках 1 грамм наногетероструктур в каскадном солнечном элементе по вырабатываемой за 25 лет электроэнергии эквивалентен 5 тоннам дизельного топлива. Размещение солнечных фотоэлектрических установок в южных и юго-восточных областях России будет способствовать решению социальной проблемы электроснабжения населения, не имеющего централизованного энергоснабжения, а также позволит уменьшить негативную нагрузку на окружающую среду и сэкономить значительные средства бюджетов разного уровня при отказе от дизельных автономных электростанций в пользу солнечных.
Таким образом, в России будет создана новая отрасль высокотехнологичной промышленности - производство солнечных фотоэлектрических установок третьего поколения, и будет внесён значительный вклад в построение производственной базы для реализации программы Правительства РФ по повышению энергоэффективности экономики за счет использования возобновляемых источников энергии.