Наличие значительных запасов углеводородного сырья для развития применения ВИЭ не является препятствием. Огромные ресурсы энергоносителей дают возможность Росси не совершать стратегических ошибок во время выбора оптимальных направлений развития и технологий ВИЭ и с учетом имеющегося опыта западных стран Японии и Китая, создать собственные инновационные технологии и проекты применения ВИЭ.

Крупномасштабное развитие использования ВИЭ в нашей стране должно основываться на оригинальных инновационных отечественных технологиях.

1. Российские современные технологии фотоэлектрической солнечной энергетики

1.1. Солнечный кремний

Около 95% СЭС всего мира производятся из кремния. В земной коре содержание кремния примерно 29,5% массы – это второе место после кислорода, концентрация урана – 0,0003%. Не смотря на то, что в земной коре кремния в 98300 раз больше, чем урана, монокристаллический кремний совсем немного уступает урану по стоимости, что имеет отношение к устаревшей грязной хлорной технологии производства. В ГНУ ВИЭСХ созданы уникальные бесхлорные технологии выработки кремния с низкими затратами энергии, на которые уже получено 8 патентов США и РФ.

• Энергия солнца для будущего мира. Часть 4 Волновые методы передачи электрической энергии
• Энергия солнца для будущего мира. Часть 3 Возможное развитие бестопливной энергетики
• Энергия солнца для будущего мира. Часть 1 Солнечная энергия в качестве альтернативы атомной
• Японские компании разработали движущиеся солнечные батареи
• Ямайка обеспечит сельские дома солнечной и ветряной энергей
• Якутия собирается перейти на альтернативные энергетические источники
• Якутия переходит на альтернативную энергетику
• Южная Корея готова инвестировать более 35 млрд. долларов в альтернативную энергетику

Следующий подход заключается в сокращении расхода кремния в настоящее время на один МВт мощности с 6-8 т в 100-1000 раз с помощью применения новых типов концентраторов и кремниевых матричных солнечных модулей, созданных в России.

1.2 Солнечные концентраторы

В ГНУ ВИЭСХ созданы солнечные концентраторы с концентрацией 100-1000 со слежением за Солнцем и без такого слежения – неследящие стационарные концентраторы с концентрацией 3-5, на них получены патенты. Оба вида концентраторов создают равномерное освещение фотоэлектрических солнечных модулей, что исключительно важно при использовании СЭС с концентраторами. Концентраторы без слежения за Солнцем обеспечивают концентрацию не только прямую, но и большую часть рассеянной (диффузной) радиации в рамках апертурного угла, что повышает установленную мощность СЭС и генерацию электроэнергии.

1.3 Солнечные элементы

ГНУ ВИЭСХ МСЭ, созданные из кремния, характеризуются КПД 20% при концентрации в 50-1000-крат излучения солнца. Двухсторонние планетарные МСЭ и СЭ, запатентованные в России, прозрачны для неактивной инфракрасной части спектра, что уменьшает нагрев фотоприемника и расходы на его охлаждение. Преимущество МСЭ - получение большого напряжения 15-20 В на один погонный сантиметр поверхности.

В солнечной электростанции «Эвклид» в Испании с концентратором наибольшей мощностью 480 кВт, чтобы получить напряжение 750 В, которое необходимо для присоединения к бестрансформаторному инвертору, применялись соединенные последовательно планарные солнечные модули из кремния общей длиной84 м. МСЭ напряжением 750 В обладают длиной в 191 раз меньше –0,44 м, МСЭ при этом обладает рабочим током в несколько сотен раз меньше, чем планарные СЭ равной мощности и, как результат, низкие коммутационные потери. Приемник на базе МСЭ длиной84 м будет обладать напряжением 150 кВ и в данном случае СЭС можно подключить к высоковольтной линии электропередач постоянного тока без дополнительных трансформаторов, различных выпрямителей и иных преобразующих устройств.

МСЭ из кремния стоят в несколько сотен раз меньше, чем солнечные элементы на базе каскадных гетероструктур на единицу площади, МСЭ-технология не требует использования многостадийной диффузии, серебра, сеткографии, фотолитографии, текстурирования, эпитаксии и других сложных операций, применяемых на зарубежных заводах.

1.4 Солнечные фотоэлектрические модули

Все технологии производства солнечных модулей, конструкции и материалы, существующие в мире, обеспечивают период службы модулей 25 лет в умеренном климате и 20 лет в тропиках с потерей до 20% мощности к концу периода службы. Причиной является температурная и ультрафиолетовая деградация оптических герметизирующих полимерных материалов – этиленвинилацетата и иных пластиков. Применяемая технология ламинирования солнечных модулей подразумевает вакуумирование, нагрев до 150°С и прессование с расходами электроэнергии 80000 кВт на производство 1 МВт солнечных модулей. В технологии, созданной в ГНУ ВИЭСХ, технология ламинирования и этиленвинилацетат заменены на заливку силиконовой композиции с дальнейшим отверждением компоненты в жидком состоянии в полисилоксановые гели. Время использования солнечных модулей при этом становится в два раза дольше - до 40-50 лет, повышается электрическая мощность модулей благодаря повышенной прозрачности геля и снижению температуры СЭ, сокращаются затраты энергии на изготовление модулей на 70000 кВт. Кроме того, увеличение срока службы в два раза повышает генерирование электроэнергии на 1 МВт максимальной мощности на 20 млн. кВт/ч.

1.5 Цена солнечного электричества

Наименьшая стоимость солнечных модулей на основе кремния на оптовом американском рынке равняется 1250 евро/кВт, на рынке европейских стран – 1700 долл./кВт. Изготовление СЭС под ключ для сетевых организаций стоит 3400 долл./кВт, для собственников домов – 6500 долл./кВт. В конце лета 2010 года минэнергетики США опубликовало программу снижения стоимости изготовления сетевых СЭС к 2012 году до 1000 долл./кВт. Изготовление солнечных модулей стоит около 50% стоимости СЭС, еще в 50% стоимости входит приобретение сетевого инвертора, кабелей, металлоконструкций и монтажно-строительные работы.

В Италии на региональном уровне, а также в некоторых других странах и отдельных регионах России достигнут паритет цен между тарифами на электрическую энергию от сети и ценой электросети от СЭС. Например, в Курской области, Калмыкии, в некоторых регионах Чукотки, Якутии для юридических лиц стоимость электроэнергии равна 7-9 руб./кВт, что равносильно цене электроэнергии от СЭС. Везде, где применяются электростанции на дизельном топливе, тарифы на электроэнергию больше, чем цена электроэнергии от СЭС.

В ближайшем будущем КПД МСЭ из кремния при работе с концентратором увеличится до 25-30%. Но уже сегодня применение новых кремниевых технологий, концентраторов и МСЭ дает возможность создавать солнечные электростанции, способные конкурировать с электростанциями, работа которых зависит от угля.

1.6. Круглосуточное производство электроэнергии из энергии солнца

Проблема постоянного круглогодичного и круглосуточного производства электрической энергии солнечными электростанциями является ключевой в развитии бестопливной глобальной энергетики и обеспечения ее конкурентоспособности с энергетикой на основе топлива. В ГНУ ВИЭСХ созданы и запатентованы глобальные и региональные энергетические системы, дающие возможность вырабатывать и транспортировать электроэнергию населению и потребляющим организациям независимо от времени года и суток.

1.6.1. Российская солнечная энергетическая система

Осуществлено компьютерное моделирование солнечной энергосистемы России из двух СЭС, расположенных в Калининграде или г. Пинске (Республика Беларусь) и на Чукотке, и соединенных с энергетической российской системой. Фотоактивная площадь СЭС с КПД 20% образует квадрат, сторона которого равна25 км. Максимальная мощность каждой из СЭС 125 млн. кВт. Исходными данными для расчета взяты многолетние средние значения инсоляции в местах нахождения СЭС. Солнечная энергосистема дает возможность в течение 5 месяцев с 1 апреля по 1 сентября круглогодично поставлять электрическую энергию в отечественную энергосистему в объеме 500 ТВт. Этот объем энергии удовлетворит потребности России в ней за данный период времени. Еще за два месяца март и сентябрь электроснабжение возможно в течение 22 часов в сутки. Все топливные электростанции при этом в течение 5 месяцев можно будет перевести в разряд резервных, а газ, уголь и нефть, которые будут сэкономлены, поставлять на экспорт.

Если включить в эту единую энергетическую систему СЭС в Туркменистане в пустыне Каракум, то объемы производства электроэнергии за год будут достаточны для снабжения электроэнергией всех стран СНГ в течение 6 месяцев.