Что тормозит солнечную энергетику

Несмотря на то, что солнечная энергетика развивается относительно быстро, все еще существуют некоторые «якоря», которые тормозят ее прогресс. Среди них зависимость от погодных условий, ненадежность и дороговизна, хотя с 1980 года стоимость панелей упала в 100 раз.

Институт развития технологий ТЭК (ИРТТЭК) разобрался, почему солнечная энергетика развивается медленнее, чем многим бы хотелось.

Как ожидается, к 2023 году установленная мощность фотоэлектрических установок во всем мире превысит 1 тераватт, а к 2050 году достигнет 100 ТВт. Однако для достижения этих амбициозных целей скорость развития технологий тоже должна набрать обороты. Фотоэлектрические технологии должны работать одинаково хорошо как в жарких тропиках, так и на ледяных полюсах — в шторм, град, жару и снег. Универсальность солнечных панелей — это то, чего ждут и пока не дождутся инвесторы.

Одним из главных препятствий в развитии солнечной энергии до сих пор является проблема надежности. Одно дело — проблемы с качеством компонентов. Но не менее серьезным является вопрос установки, эксплуатации и обслуживания. Ненадежность конструкций постоянно приводит к авариям в результате ураганов и прочих погодных катаклизмов.

Например, в Техасе в 2019 году град нанес ущерб размером в $75 млн после того, как повредил местные солнечные модули. В результате 20000 домов остались без света. Такие случаи не слишком успокаивают операторов сетей, которые не очень любят рисковать.

Темная сторона света

Помимо затрат на замену солнечных панелей необходима их правильная утилизация из-за используемых в них токсичных соединений. В состав солнечных панелей входят кадмий и свинец, а также ряд других опасных соединений, включая арсенид галлия, диселенид меди, индия, галлия, соляную кислоту, серную кислоту, азотную кислоту, фтороводород, 1,1,1-трихлорэтан и ацетон.

В США производители обязаны обеспечивать переработку этих соединений, а не их утилизацию. Однако в других странах, таких как Китай, Малайзия, Филиппины и Тайвань, где производится более половины фотоэлектрической энергии, эти опасные материалы просто утилизируются, загрязняя воздух, воду и почву. Каким образом это сочетается с миссией солнечной энергетики о заботе об экологии? Никаким.

Например, американская компания First Solar перерабатывает только те отходы, которые производит сама. При нынешних мощностях переработка одной панели ей обходится примерно в $20–30. В то же время транспортировка на свалку обойдется всего в $1–2. Что выберет прочий производитель, особенно в условиях кризиса пандемии, когда каждая копейка на счету?

Выйти из тени

Солнечная энергия, что очевидно, не может вырабатываться в темноте. Поэтому нужно либо накапливать избыточную энергию, произведенную в течение дня, либо подключаться к альтернативному источнику питания, например, к местной электросети. Это мало упрощает жизнь обывателю, но увеличивает стоимость электроэнергии и вообще доставляет дополнительную головную боль.

Немало проблем приносит и низкий уровень контроля стандарта качества. До сих пор так и не удалось прийти к общему знаменателю. По частям проверяются панели, диоды и распределительные коробки, но все вместе — пока нет. На первый план выходит качество сборки, а даже один некачественный компонент нарушит работу всей системы и скажется на качестве выработки солнечной энергии.

Как развивается это направление? Процесс идет, но с недостаточной интенсивностью.

В 2014 году Международная электротехническая комиссия (МЭК) начала формировать глобальную систему сертификации для применения в возобновляемой энергетики (IECRE), которая в 2016 году выдала первый сертификат по фотовольтаике.

Есть мнение, что надзор должен выходить за рамки инспекций заводов и продукции. Контроль должен быть введен на каждом этапе цепочки поставок, как это происходит в пищевой промышленности. При покупке потребители должны иметь сертифицированные продукты и методы установки.

Панели — довольно хрупкие и громоздкие элементы. Чтобы их установить, требуется специальный персонал. Это вопрос пока далек от решения.

Зависимость от географических условий

Географическая широта — один из основных факторов, определяющих эффективность солнечной энергии. Не все регионы получают одинаковое количество солнечного света в год. Очевидно, что Великобритания и Марокко находятся в кардинально разном положении из-за природных условий.

Подсчитано, что солнечные панели в Марокко летом вырабатывают как минимум в три раза больше энергии, чем в Великобритании. Зимой эта разница пятикратна. Поэтому потоки инвестиций «текут» в южном направлении. Та же Великобритания намерена построить в Марокко солнечные электростанции мощностью 7 ГВт. По планам к 2030 году солнечные и ветряные электростанции в Марокко обеспечат 8% потребностей Великобритании в электроэнергии.

Существующие панели ограничены в том, сколько солнечного света они могут преобразовать в электричество. Эффективность увеличилась за последние 40 лет, но только на 10%. Это ничтожно мало. В данном направлении необходим настоящий прорыв, возможно, с помощью использования особого материала для панелей. Все чаще слышны мнения об использовании перовскита, с помощью которого панели могут быть изготовлены в виде тончайших слоев.

Также не решена проблема хранения энергии, хотя в данном случае ситуация существенно лучше. Другое направление, которое пока еще плохо разработано, — использование солнечных панелей на бесконечных водных просторах. Вода поддерживает охлаждение панелей, повышая производительность на 5–10%. Но проблема закрепления панелей на водных просторах может сильно повысить стоимость выработанной таким образом энергии.

Тем не менее, несмотря на все перечисленные трудности, считается, что солнечной энергии суждено сохранить свою динамику распространения. Вопрос только в том, с какой скоростью это будет происходить.