Солнечный путь

Тимур, давайте вспомним историю. Когда началось развитие солнечной энергетики?

Люди научились использовать энергию Солнца для своих нужд очень давно: в древности солнечные лучи фокусировали с помощью примитивных линз и зеркал. В середине XIX века француз Эдмонд Беккерель провел ряд экспериментов с электролитическими ячейками и выяснил, что под воздействием света они выделяют больше тока, чем в темноте. В 1880‑х годах американский инженер Чарльз Фриттс изобрел фотогальваническую ячейку на основе селена, покрытого тонким слоем золота. В 1884 году на крыше здания в Нью-­Йорке были установлены первые солнечные батареи с такими ячейками. Правда, их КПД составлял всего 1 %, а стоимость была высока, так что проработали они недолго.

В России технологии солнечной энергетики тоже давно и активно развивались. В конце XIX века профессор Александр Столетов открыл первый закон фотоэффекта, согласно которому сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения. В 1913 году Абрам Иоффе защитил магистерскую диссертацию «Элементарный фотоэлектрический эффект. Магнитное поле катодных лучей», а в 1938 году два его аспиранта создали первый в СССР фотоэлектрический элемент. Его КПД составлял все тот же 1 %, но А. Иоффе осознал значение результатов и предложил разработать госпрограмму по установке солнечных панелей на крышах зданий.

В 1958 году впервые в СССР фотоэлектрические преобразователи из монокристаллического кремния были установлены на космическом аппарате «Спутник‑3», через шесть лет началось их наземное применение. В 1980‑х годах в поселке Черноморском Краснодарского края была построена «солнечная деревня» — ​пять коттеджей, на кровлях которых были установлены фотоэлектрические модули общей мощностью 3,5 кВт.

На протяжении ХХ века ученые искали способы повысить эффективность этой технологии. Так, в 1980‑х годах в Университете Южной Флориды создали тонкопленочные солнечные модули с КПД почти 16 % — ​немало даже по современным меркам.

Как выглядит современный мировой рынок солнечной энергетики?

По прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА), доля солнечной энергетики в общемировом энергобалансе в 2028 году вырастет до 13 % (с 5,5 % в 2023 году). МЭА утверждает также, что к 2026 году солнечная энергия по объему генерации превзойдет ядерную, а к 2028 году — ​энергию ветра.

До 2024 года наблюдался ежегодный рост объемов ввода солнечных станций (СЭС). В 2021 году было введено 164 ГВт СЭС, их общая мощность достигла 946 ГВт. В 2022 году солнечная генерация стала единственной технологией, побившей рекорд по ежегодному объему вводов и обеспечившей запуск в эксплуатацию 239 ГВт (+46 % к объемам ввода в 2021 году). В 2023 году был поставлен новый рекорд — ​введено 447 ГВт (+87 %! почти двукратное увеличение вводимой мощности).

В 2024 году темп роста сократился и составил 182 ГВт (40 % от вводов 2023 года). Это связано в первую очередь с возросшим количеством действующих в мире СЭС — ​1632 ГВт (установленная мощность СЭС в мире в 2023 году) и отчасти — ​с задержками ввода объектов в странах G7 по политическим и экономическим причинам. По итогам 2024 года в мире функционирует около 1824 ГВт СЭС.

Могли бы вы назвать главных игроков глобального рынка солнечной энергетики?

По объему производственных и генерирующих мощностей лидирует Китай (общая мощность китайских СЭС в 2024 году составила 886,66 ГВт, здесь находится больше половины солнечных станций), затем идут страны ЕС, США и Индия.

Рекорды в солнечной энергетике очень быстро обновляются. Сегодня три крупнейшие солнечные электростанции в мире находятся в Китае и Индии. Самая большая — ​Ruoqiang Solar Park, ее площадь 76 км², мощность — ​4 ГВт (введена в декабре 2024 года). Вторая — ​Xinjiang Midong, ее площадь 133,5 км², мощность — ​3,5 ГВт (введена в июне 2024 года). Третья — ​Mengxi Blue Ocean, площадь 70 км², мощность — ​3 ГВт (введена в октябре 2024 года). Замыкает «большую четверку» станция Bhadla, расположенная в Индии, площадью 57 км² и мощностью 2,7 ГВт. Есть станции-­гиганты и в других странах, например, в ОАЭ и США.

Давайте теперь поговорим о российском рынке. Когда он начал активно развиваться?

Точкой отсчета я считаю 2013 год — ​тогда была принята программа господдержки возобновляемой энергетики, давшая жизнь нашей отрасли. В мае 2013‑го вышли постановление, позволяющее поддерживать ВИЭ на оптовом рынке электроэнергии, а также распоряжение правительства о строительстве ВИЭ-электростанций общей мощностью 5,8 ГВт к 2020 году, устанавливающее требования к локализации производства оборудования для них на территории России.

Программа господдержки была рассчитана до 2024 года, но три года назад ее продлили до 2031‑го.

Чуть больше чем за 10 лет — ​по итогам 2024 года — ​установленная мощность объектов солнечной генерации выросла с нуля до 3 ГВт. Это более 70 крупных солнечных электростанций в различных регионах России. Важно, что эти станции построены на отечественном оборудовании и по российским технологиям.

Есть мнение, что российский климат не слишком подходит для развития солнечной генерации, все-таки страна у нас северная. Насколько такая точка зрения обоснованна?

Для солнечной энергетики не нужен жаркий климат. Хорошее сочетание мороза и солнца — ​это наша Сибирь. Кстати, в Якутии работает Батагайская СЭС, официально признанная ассоциацией Guinness World Records самым северным в мире объектом фотовольтаики. Отличные условия — ​в алтайском Кош-­Агаче: много солнца, мало снега; СЭС показывает отличную генерацию как летом, так и зимой.

География российских солнечных электростанций весьма широка; это не только южные регионы (Республики Дагестан и Чечня, Ростовская и Астраханская области), но и Поволжье, Урал, Сибирь, Дальний Восток. В Бурятии и Забайкальском крае солнечных дней больше, чем в Японии или на юге Европы, а центральная часть России по инсоляции сравнима с Германией, где установленная мощность солнечных электростанций в 2024 году превысила 90 ГВт — ​это в 30 раз превышает суммарную мощность российских солнечных парков.

Субъекты-­лидеры по установленной мощности солнечной генерации — ​Оренбургская и Астраханская области, Калмыкия.

Самая крупная СЭС в России — ​Аршанская в Калмыкии, мощностью 115,6 МВт.

Из каких главных элементов состоит станция? Как она работает?

Ключевой элемент СЭС — ​фотоэлектрический модуль. Он устанавливается на опорные конструкции. Есть также инверторные станции и другое оборудование.

Модуль улавливает солнечный свет и за счёт полупроводниковых свой­ств кремния преобразует его в электрическую энергию. Она поступает на инверторную станцию, где постоянный ток преобразуется в переменный. Затем ток поступает в единую сеть, если это сетевая станция, или прямо «в розетку», если это, например, солнечная панель на крыше частного дома.

Какова средняя мощность солнечной станции? Какую площадь она занимает?

Мощность СЭС бывает очень разной — ​она подбирается в соответствии с задачами. Для частных домохозяйств средняя мощность — ​от 5 до 20 кВт; для малого и среднего бизнеса — ​от 50 до 200 кВт и более. Если говорить о крупных сетевых проектах, то первые СЭС в России строились мощностью 10−20 МВт, сейчас реализуется много проектов мощностью более 60 МВт.

Площадь станции зависит от ее установленной мощности и места размещения. В среднем мощность на 1 м² — ​около 200 Вт. Небольшие станции устанавливают на крышах и фасадах зданий. Для крупных проектов, конечно, нужны свободные площади. Так, для СЭС мощностью 5 МВт потребуется 10 га, 60 МВт — ​около 120 га.

Каков жизненный цикл СЭС — ​от производства до утилизации?

Начинается все с выбора подходящей площадки, проектирования станции, исходя из потребностей заказчика, и ее строительства.

Стандартный срок службы солнечных модулей — ​25−30 лет при сохранении к концу срока не менее 80 % мощности, то есть коэффициент деградации — ​не более 0,8 %-0,5 % в год. На российские модули распространяется такая же гарантия.

В мире существуют солнечные электростанции, функционирующие более 40 лет без замены модулей. Российские СЭС — ​молодые: первая крупная 5‑мегаваттная станция на Алтае, в селе Кош-­Агач, заработала в 2014 году. Таким образом, первые партии модулей, которые потребуют утилизации, появятся в нашей стране не раньше 2040 года.

Существенных проблем здесь я не вижу. Российские солнечные модули не содержат вредных примесей или тяжелых металлов. Солнечный модуль на 90 % состоит из кремния, второго по распространенности элемента на нашей планете, он содержится в земной коре и абсолютно безопасен для флоры и фауны. Кроме кремниевой пластины в состав модуля входят стекло, металлическая рамка и клеммная коробка. При утилизации модулей клеммная коробка и рамка отделяются и перерабатываются отдельно. Стекло и кремниевая основа измельчаются, превращаясь, по сути, в песок, и могут быть использованы повторно. Гетероструктурные российские модули «Хевел» по результатам тестов отнесены к отходам V класса опасности — ​то есть это безопасные для флоры и фауны отходы, с которыми мы встречаемся ежедневно, к ним также относятся осколки керамики, яичная скорлупа, опилки. В рамках тестов осколки модулей «подселяли» к наиболее чувствительным водорослям, чтобы определить степень их воздействия. По результатам тестов российские модули были признаны полностью безопасными для флоры и фауны.

Какие основные виды СЭС можно выделить?

Солнечные решения подбираются с учетом конкретных задач. Я выделю три основных вида: сетевые СЭС, автономные (гибридные) энергоустановки, фотоэлектрические фасадные и крышные системы.

Сетевая солнечная электростанция, как следует из ее названия, предназначена исключительно для выдачи энергии в сеть. Такая станция дает возможность сэкономить на счетах за электроэнергию, быстро и просто увеличить подведенную мощность на объекте, и, конечно, это самая экологичная генерация.

Для изолированных районов без подключения к централизованной сети или имеющих перебои с электричеством отлично подойдут автономные и гибридные СЭС. Они оснащены аккумуляторами. Гибрид — ​это сочетание разных источников генерации, например, солнечного модуля и дизельного генератора или газопоршневой установки — ​для «подстраховки» СЭС, если энергии Солнца окажется недостаточно.

Фасадные и крышные модули размещаются на зданиях и поставляют электричество непосредственно потребителю.

Кстати, как обстоят дела с батареями для СЭС?

Мы фиксируем взрывной рост развития аккумуляторных технологий — ​во многом, думаю, благодаря растущей популярности возобновляемой энергетики. За счет наращивания объемов производства аккумуляторы стремительно дешевеют. Это радует.

Какие преимущества и недостатки СЭС по сравнению с другими «чистыми» источниками энергии вы бы выделили?

Солнечная электростанция — ​единственный источник генерации, который можно расположить рядом с жилыми домами. Такая станция не производит шума, не оказывает негативного воздействия на людей и окружающую среду.

Еще один безусловный плюс — ​скорость и простота возведения солнечной генерации. Небольшую станцию можно построить за несколько дней, для крупных проектов требуется от нескольких месяцев до года. Даже слово «строительство» тут употреблять некорректно — ​скорее речь идет о монтаже оборудования. Специалисты приезжают на площадку, роют траншеи для закладки кабелей, расставляют опорные конструкции с фотоэлементами, соединяют их проводами. Всё достаточно просто.

При этом цена электроэнергии, вырабатываемой на СЭС, вполне конкурентна по сравнению с другими источниками генерации: от 5,6 до 10,7 руб./кВт∙ч. Для сравнения: стоимость электричества, выработанного на тепловых станциях, в зависимости от вида топлива и принципа выработки, составляет от 5,8 до 20,6 руб./кВт∙ч (LCOE).

Кроме того, солнечная энергетика — ​энергосберегающая технология, своеобразная страховка от роста цен на электроэнергию. В отличие от электроэнергии из сети, собственная солнечная генерация не подвержена инфляции — ​все инвестиции приходятся на момент установки станции, а операционные расходы стремятся к нулю. Растет и количество инженерных решений: сейчас есть все необходимое, чтобы недорого и быстро обеспечить бесперебойное электроснабжение с большой долей чистой солнечной энергии.

Еще один важный плюс Солнца по сравнению, к примеру, с ветроэнергетикой — ​хорошая прогнозируемость: количество солнечных дней предсказать гораздо проще, чем ветреных. СЭС вырабатывает энергию, даже если небо затянуто облаками.

Ограничивающие факторы обусловлены физическими свой­ствами полупроводников — ​это зависимость выработки от светового дня и климатические особенности региона расположения СЭС. Кроме того, солнечные станции требуют достаточно больших площадей.

Как в России обстоят дела с производством оборудования для СЭС?

У нас достаточно высокий уровень локализации производства: в стране есть предприятия по производству кремниевых слитков и пластин, фотоэлектрических ячеек и модулей, электротехнического оборудования, в том числе сетевых инверторов. Постепенно развивается производство солнечного стекла, токопроводящей пасты, технологических газов для производства и т. д.

Как, на ваш взгляд, будет развиваться солнечная энергетика в нашей стране?

Россия обладает большим потенциалом для дальнейшего развития отрасли.
Это не только и не столько юг России. Очень перспективен Дальний Восток: регион уже сейчас испытывает энергодефицит, и он будет усиливаться. По нашим оценкам, доля солнечной энергетики в программе покрытия энергодефицита только Дальнего Востока может составить до 2 ГВт мощности. Большая веха в этом направлении — ​присоединение Дальнего Востока ко второй ценовой зоне энергорынка (сейчас она объединяет Сибирь) с 1 января 2025 года.

Когда мы говорим о солнечной генерации, то обычно представляем себе ряды солнечных модулей, уходящих за горизонт. Однако все меняется. Уже сегодня прекрасное технологическое решение — ​энергогенерирующие фасады домов. Современные офисные и жилые высотки, построенные с использованием этой технологии, становятся электростанциями, с помощью которых освещаются подъезды, заряжаются электромобили на парковках.

Такие проекты мы уже реализовали в Екатеринбурге и Уфе. Например, это 26‑этажный жилой комплекс «Умный дом Гелиос» в столице Башкортостана. Мощность его солнечного фасада — ​более 180 кВт. Он ежегодно снижает энергопотребление из сети на 150 тыс. кВт·ч, экономя 400−600 тыс. руб. на электроэнергию для общего использования: освещения холлов и лестничных площадок, работы систем видеонаблюдения. Солнечный фасад «Гелиоса» ежегодно снижает выбросы СО₂ на 50 тонн. Похожие технологии будут использоваться и в московском ЖК Headliner.

Все эти проекты пилотные. Но мы прошли все необходимые испытания наших технологий с точки зрения безопасности и получили соответствующие документы от регуляторов, разработаны и разрабатываются отраслевые стандарты.

Какие проекты сейчас реализует «Юнигрин Энерджи» и каковы планы?

Планы достаточно амбициозные. Так, в конце 2024 года мы завершили строительство пяти новых станций общей мощностью 300 МВт в Калмыкии, Бурятии, Забайкалье и Астраханской области. Также развиваем проекты в Дагестане и Чеченской Республике.

В портфеле нашей компании до 2029 года — ​проекты общей мощностью около 1,3 ГВт в Сибири, Калмыкии. Также с большим интересом смотрим в сторону Дальнего Востока, как я уже сказал, считаем этот регион очень перспективным.

Реализуем несколько проектов в странах СНГ. Эти проекты основаны на опыте строительства и эксплуатации станций в России, в различных климатических и географических условиях, предполагают использование российского оборудования и накопленных инжиниринговых компетенций.

Какие разработки сейчас ведутся в отрасли?

Солнечная энергетика развивается стремительно, особенно в нашей стране. В нашей компании действует научно-­технический центр, ведущий НИОКР по 15 направлениям в области новых технологий, материалов, конечных продуктов. Главная задача — ​сделать так, чтобы фотоэлектрический модуль улавливал максимальное количество солнечного потока на каждый квадратный метр.

Первый завод, запущенный чуть больше 10 лет назад, выпускал тонкопленочные фотоэлектрические модули: на стеклянную подложку наносились тончайшие, так называемые аморфные, слои кремния. У этой технологии немало преимуществ, но главный недостаток — ​низкий КПД, всего 9 %. За 10 лет все поменялось, завод полностью перешел на гетероструктурную технологию: аморфный слой кремния наносится уже не на стекло, а на подложку из кристаллического кремния, участвующую в выработке электроэнергии. КПД такой ячейки в серийном производстве достигает 25 %, и есть возможности для улучшения этого показателя.

Сегодня НТЦ работает над новой технологией, перовскитной — ​это гибкие и легкие кристаллические структуры. Модули на их основе будут дешевле и эффективнее традиционных. Исследования, связанные с этой технологией, проводятся во всем мире, но в промышленном масштабе эти модули пока не применяются.

Также мы реализуем проекты с трекерными системами: в них модули поворачиваются вслед за движением Солнца. Такие конструкции немного дороже традиционных фиксированных (примерно на 5 %), зато дают до 20 % увеличения выработки СЭС в год.

Каким вы видите будущее солнечной энергетики?

Думаю, мы в ближайшем будущем увидим солнечные панели повсюду: на фасадах и крышах многоэтажных жилых домов, офисных центров, частных коттеджей. Уверен, что появятся более эффективные технологии производства солнечных модулей, а также аккумуляторы повышенной емкости. Мощность и эффективность солнечных модулей и станций вырастут.

Продолжится разработка новых инжиниринговых решений, в том числе интегрирование солнечных модулей в городскую инфраструктуру, строительство, транспорт, с применением систем накопления энергии для обеспечения более высоких надежности и безопасности.