Ознакомительная версия.
Производство компонентов солнечных электростанций (помимо модулей) также совершенствуется с высокой скоростью. Снижение стоимости инверторов, основных элементов солнечных электростанций, практически повторяет кривую стоимости фотоэлектрических модулей. Расход материалов для производства инвертора за последние десять лет сократился с 12 до 2 кг на ватт[50]. И производители прогнозируют продолжение данного тренда.
Вообще вопрос используемых материалов в солнечной энергетике достаточно важен. Кремний, являющийся основой фотоэлектрики, – второй по распространенности на Земле элемент после кислорода. Но даже его солнечная энергетика старается экономить. Расход кремния для производства панелей сократился за десять лет с 16 до 6 г на ватт, что, однако, сопровождалось вышеназванным ростом их эффективности[51].
Помимо кремния, при производстве солнечных ячеек и модулей используется целый ряд материалов, в том числе редких и ценных. Одним из них является серебро. Примерно 20 г серебра используется в каждой панели из кристаллического кремния, а для одного гигаватта требуется уже 80 метрических тонн драгоценного металла[52]. Солнечная энергетика потребляет сегодня примерно 5,6 % добываемого в мире серебра, и при заявляемых перспективах роста рынок может столкнуться с существенным повышением спроса на этот металл[53].
В то же время достаточно высока вероятность технологических прорывов и в данном направлении, которые могут привести к сокращению удельного потребления серебра либо к полному отказу от него в пользу, например, меди.
Экология солнечного электричества
Давайте посмотрим на экологическую сторону солнечной энергетики. Электричество, производимое с помощью солнца, не является «климатически нейтральным» или абсолютно экологически чистым. Более того, фотоэлектрика оставляет на Земле определенный «углеродный след». «Как же так? – спросите вы. – Опять обман с этой чистой энергией?»
Все познается в сравнении. Сама выработка электроэнергии с помощью фотоэлектрических модулей чистый процесс, но вот их производство – не вполне. Основные компоненты солнечных фотоэлектрических панелей изготавливаются из кристаллического кремния. Производство этих компонентов – энергоемкий процесс, в котором затрачивается до 60 % общего количества энергии, используемой для изготовления солнечных батарей. Точный углеродный след какой-либо конкретной солнечной панели зависит от многих факторов, в том числе источника материалов, расстояния, на которое они должны транспортироваться, и источников энергии, которая используется заводами. Например, в Китае – ведущем производителе солнечных фотоэлектрических панелей – производственный процесс в значительной степени зависит от угольных электростанций, что способствует повышению углеродного следа солнечных панелей, сделанных в Китае.
Тем не менее выбросы, связанные с фотоэлектрикой, в десятки раз меньше, чем у газовой и, тем более, угольной генерации, – всего от 15,8 до 38,1 г CO2 на киловатт-час производимой энергии[54]. Для китайских модулей, правда, исследователи предлагают умножать данный показатель на коэффициент 1,3–2,1.
Кроме того, поскольку солнечная энергетика замещает традиционную генерацию на основе ископаемого топлива, можно подсчитать, к какому сокращению вредных выбросов это приводит. Установленные к концу 2013 г. солнечные электростанции производят примерно 160 ТВт·ч электроэнергии в год, что обеспечивает сокращение выбросов CO2 на 140 млн т в год[55].
Энергоемкость производства солнечных модулей позволяет скептикам высказывать сомнения в окупаемости оборудования с энергетической точки зрения. Мол, в производстве солнечной панели сжигается столько энергии, сколько данная панель никогда не выработает. Это ошибочная точка зрения, и срок энергетической окупаемости (energy payback time) солнечных модулей в сравнении с жизненным циклом модуля на сегодняшний день чрезвычайно мал. Он составляет 0,68–1,96 года в зависимости от условий производства и эксплуатации[56], притом что современные производители обычно гарантируют 25-летнюю работу солнечных модулей с сохранением минимум 80 % исходной мощности.
Производство фотоэлектрических панелей связано со сложными химическими процессами, в результате которых может происходить загрязнение окружающей среды не только посредством энергетических затрат и соответствующих выбросов в атмосферу, но и, так сказать, напрямую.
В принципе процесс производства фотоэлектрических модулей во многом схож с производством полупроводников, используемых в компьютерах и электронике. Да, здесь применяются разнообразные вредные вещества: хлористоводородная и серная кислота, азотная кислота, фторид водорода, ацетон и т. п. При производстве должны соблюдаться соответствующие требования по охране труда и окружающей среды.
Экологический вред производства солнечных модулей часто преувеличивается. Например, некоторые критики указывают на содержание в некоторых панелях кадмия, который является чрезвычайно токсичным металлом. При этом забывается, что один стандартный, используемый в шуруповертах и фонарях для дайвинга никель-кадмиевый аккумулятор содержит в 2500 раз больше кадмия, чем тонкопленочный модуль CdTe, а производство киловатт-часа электроэнергии угольной электростанцией приводит к выбросам кадмия, в 360 раз превышающих потребность модуля CdTe для производства того же киловатт-часа[57].
Вред окружающей среде от того или иного вида генерации может быть оценен в денежном выражении с помощью специальных моделей. По данным исследования ученых Колумбийского университета (2006 г.), экстерналии (external costs) фотоэлектрики составляют €0,015 на выработанный киловатт-час, что сопоставимо с другими возобновляемыми источниками энергии и в 10–40 раз ниже, чем у электростанций, работающих на углеводородном топливе[58]. Более позднее исследование министерства окружающей среды Германии (Umweltbundesamt) показало, что экстерналии солнечной энергетики оцениваются в €0,012 на киловатт-час[59]. Для распределенной солнечной генерации, в особенности при интеграции ее в здания (на крыши и фасады), внешние эффекты должны быть еще меньше, поскольку в таком случае не выводятся из оборота земельные участки и не происходит климатических изменений в районе размещения, как это может происходить при покрытии больших поверхностей суши фотоэлектрическими панелями.
Развитие технологий, уменьшение затрат материалов на единицу мощности, о котором говорилось выше, приведут к дальнейшему сокращению нежелательных «внешних эффектов» солнечной энергетики для окружающей среды, не говоря о повышении ее рентабельности. Солнечная энергетика уже сейчас становится конкурентоспособной по стоимости производства электричества с традиционными видами генерации, также и удельные капитальные затраты опускаются ниже показателей газовых и угольных электростанций, тем более атомных и дизельных. Об экономической стороне развития ВИЭ подробно рассказывается в главе «Экономика возобновляемой энергетики».
Солнечная энергетика на основе фотоэлектрических модулей является самым «демократичным» видом энергетики. На энергетическом рынке присутствуют солнечные электростанции любых размеров, начиная от нескольких киловатт до сотен мегаватт. В Германии в настоящее время действуют 1,4 млн солнечных электростанций[60], большая часть которых принадлежит частным лицам (установлена на крышах индивидуальных жилых домов), и примерно половина электроэнергии ВИЭ производится гражданами и фермерскими хозяйствами. В Австралии также установлено более миллиона кровельных солнечных электростанций, примечательно, что в 2008 г. этот показатель составлял всего 20 000[61]. Порядка 14 % зданий в Австралии уже оснащено фотоэлектрическими модулями[62]. Китай, стремительно вырывающийся в мировые лидеры солнечной энергетики, усиленно продвигает распределенную генерацию. В 2015 г. там планируется ввести в эксплуатацию втрое больше мощностей распределенной солнечной генерации, чем в 2014 г., при этом минимум 3,15 ГВт мощностей должно быть расположено на крышах зданий[63].
Таким образом, особенностью солнечной энергетики является ее распределенный характер – возможность безопасной, бесшумной и экологически чистой генерации солнечного электричества непосредственно в месте потребления без присущей традиционной энергетике необходимости создания инфраструктуры по доставке сырья и капиталоемкого строительства протяженных линий электропередач.
При этом, разумеется, наряду с миллионами малых «индивидуальных» станций существуют и крупные формы – в мире действуют также и гигантские фотоэлектрические парки. Две крупнейшие в мире солнечные электростанции находятся в штате Калифорния, США. Topaz Solar Farm (введена в 2014 г.) и Desert Sunlight Solar Farm (2015 г.), каждая из которых обладает установленной мощностью 550 МВт, обеспечиваемой миллионами фотоэлектрических модулей. Крупнейшая европейская солнечная электростанция, Senftenberg Solarpark (мощность 166 МВт), расположена в Германии. Планы мирового первенства в данной сфере в последние годы вынашивает Китай, заявляющий о планах строительства фотоэлектрического гиганта в 2000 МВт.
Ознакомительная версия.
