В прошлом году Amazon была вынуждена отключить системы выработки солнечной энергии на всех своих объектах в США — на значительной части из них по разным причинам произошли пожары, поставившие под угрозу экологическую программу гиганта электронной коммерции.

Источник изображения: schropferoval / pixabay.com

Один из таких инцидентов произошёл 14 апреля 2020 года — возгорание было зафиксировано на крыше склада FAT1 в калифорнийском Фресно. Тогда были повреждены около 220 солнечных панелей и другое электрическое оборудование, но прибывшие на место пожарные смогли справиться с огнём. Около года спустя аналогичный инцидент был зафиксирован на объекте Amazon в городе Перривилле (шт. Мериленд). Между этими двумя событиями на складах компании были зафиксированы ещё четыре возгорания, согласно внутренним документам Amazon, с которыми удалось ознакомиться журналистам CNBC. Иными словами, с апреля 2020 по июнь 2021 гг. 6 из 47 оборудованных солнечными электростанциями объектов компании в Северной Америке столкнулись с серьёзными сбоями в работе — то есть 12,7 % центров обработки заказов.

Было бы ошибкой полагать, что подобные проблемы переживает только Amazon: в том или ином виде они затронули все компании, пытающиеся реализовывать экологические программы, уменьшив воздействие на окружающую среду и снизив зависимость от ископаемого топлива. Хотя Amazon, возможно, оказалась активнее прочих на этом пути. В 2019 году её основатель Джефф Безос (Jeff Bezos) пообещал к 2040 годы вывести компанию на нулевые выбросы, в том числе внедрив возобновляемые источники энергии и отказавшись от фургонов с ДВС.

В июне прошлого года Amazon пришлось отключить выработку солнечной энергии на всех объектах в США — руководство компании решило убедиться, что все системы спроектированы, развёрнуты и обслуживаются должным образом, чтобы повторно ввести их в эксплуатацию. Представитель компании Эрика Ховард (Erika Howard) уточнила CNBC, что технические сбои возникали на системах, которыми управляли её партнёры, а решение их отключить в Amazon приняли по собственной инициативе. Однако всех этих сведений в официальных экологических отчётах компании не было — там говорилось, что в середине 2021 года 90 центров обработки заказов обеспечивались энергией от солнечных батарей, к концу года их стало 115, а в апреле 2022 года — уже 176. Программа по внедрению солнечной энергии была запущена ещё в 2017 году.

Из публикуемых отчётов компания исключила и сведения о расходах, которые приходится нести при подобных инцидентах. Но один из сотрудников Amazon подсчитал, что в среднем речь идёт об издержках в размере $2,7 млн за каждый масштабный сбой: эти суммы складываются из расходов на проведение технических инспекций, а также на ремонт или замену неисправного оборудования. С другой стороны, недёшево обходится и простой солнечных батарей — $20 тыс. долларов за каждый из 47 американских объектов в месяц или $940 тыс. за все вместе взятые.

Источник изображения: StockSnap / pixabay.com

Технические инспекции для Amazon проводит её партнёр — компания Clean Energy Associates (CEA). Ей поручено обследование объектов не только в США, но и в других регионах присутствия ретейлера: в Европе, Азиатско-Тихоокеанском регионе, на Ближнем Востоке и в Африке. Причём CEA работала не только с объектами Amazon, но и с центрами принадлежащей ей сети Whole Foods. По состоянию на конец 2021 года, то есть через четыре года после поглощения сети супермаркетов, у нового владельца всё ещё не было технического отчёта по состоянию систем возобновляемой энергии на объектах Whole Foods. Тем не менее, представленный CEA отчёт в конце 2021 года содержал 259 стандартных замечаний и одну отметку критического характера. Замечания касались несоответствия разъёмов между модулями, неправильную установку разъёмов, ошибки при обслуживании проводки и признаки проникновения воды в инверторы, преобразующие солнечную энергию в электричество. К слову, пожарный инспектор во Фресно пришел к выводу, что возгорание на объекте FAT1 «возникло на двух инверторах или рядом с ними».

Похоже, конец 2021 года стал переломным моментом в этой истории — тогда подразделения Amazon запросили у руководства компании финансирование на сумму $3,6 млн на проведение повторных технических инспекций, которые установили бы, что системы солнечной энергии можно снова вводить в эксплуатацию. Сотрудники компании также обратились к руководству с призывом снизить зависимость Amazon от внешних поставщиков и заменить их работниками в штате. Со временем компания действительно стала нанимать больше специалистов по солнечной энергетике для представительств по всему миру.

Однако в отдельных случаях руководство реагировало недопустимо медленно. Ряд отделов обратился «наверх» за утверждением планов найма, проведения повторных инспекций и возобновления работы солнечных систем, а в ответ Кара Хёрст (Kara Hurst), вице-президент Amazon по вопросам экологии, и Алисия Болер-Дэвис (Alicia Boler-Davis), старший вице-президент по обслуживанию клиентов приостановили все работы по данному направлению на несколько месяцев. В июне 2022 года Хёрст и Болер-Дэвис покинули компанию.

На официальном уровне Amazon, конечно, отрицает, что члены руководства затягивают работу по запросам сотрудников — в списках вакансий компании до сих пор значатся специалисты по солнечной энергетике. Сейчас руководство Amazon понимает, что смена экологической стратегии при колоссальных масштабах деятельности неизбежно сопряжена с препятствиями. «Но мы в Amazon не уклоняемся от серьёзных проблем. Ответов на все вопросы у нас сегодня нет, но мы верим в потребность действовать сейчас», — написала Кара Хёрст в сопроводительном письме к экологическому отчёту за 2021 год.

Европейское космическое агентство (ESA) собирается запросить финансирование на проведение технико-экономического обоснования проекта космической солнечной электростанции. Деньги будут просить на встрече министров стран Европейского союза в ноябре этого года. Суммы не сообщаются, но сроки уже известны — обоснование должно быть завершено до 2025 года, когда придётся принимать решение о практической реализации проекта.

Источник изображения: ESA/Andreas Treuer

Программы по созданию проектов солнечных электростанций космического базирования (space-based solar power, SBSP) запущены в США, Китае, Великобритании и России. Солнечные электростанции на орбите Земли будут всегда освещены Солнцем и могут непрерывно вырабатывать электричество в оптимальном режиме. На Землю энергия может передаваться как по лазерному лучу, так и в виде высокочастотного радиоизлучения.

Европейский проект SBSP будет носить название Solaris. Современный энергетический кризис в Европе очевидно придаст ускорение проекту. Также вывод энергетики в космос поощряет «зелёная» повестка. Это должно снизить углеродный след от работы электростанций на Земле.

«У нас уже есть основные строительные блоки, но позвольте мне внести ясность: для успеха проекта необходимо еще много технологических разработок и финансирование», — написал в Twitter генеральный директор ЕКА Йозеф Ашбахер (Josef Aschbacher).

Ожидаемый запрос ЕКА на финансирование технико-экономического обоснования проекта SBSP опирается на два тематических исследования, проведённого европейскими компаниями: британской Frazer-Nash и немецкой Roland Berger. Обе компании пришли к выводу, что SBSP имеет потенциал для удовлетворения европейских энергетических потребностей, поддерживая при этом цель нулевых выбросов к 2050 году, установленную Европейской комиссией.

Согласно данным Frazer-Nash, стоимость европейской космической солнечной электростанции (электростанций) в период с 2022 по 2070 год может составить от €149 до €262 млрд. Если за точку отсчёта взять золотую середину из 54 спутников «гигаваттного класса», то они принесут за этот период выгоду €601 млрд при уровне затрат на разработку и эксплуатацию в районе €418 млрд. Основные выгоды при этом будут за счёт снижения выбросов углекислого газа и снижения затрат на эксплуатацию электростанций на Земле.

Из выводов Roland Berger следует, что создание одного спутника SBSP на основе существующей конструкции может обойтись всего в €8,1 млрд, а его эксплуатация в течение 30 лет — в €7,5 млрд при условии «существенного прогресса» в ключевых технологиях. Если прогресса не будет, то спутник обойдётся в €33,4 млрд, а его эксплуатация — €31,1 млрд. Несмотря на значительную неопределенность, авторы проекта пришли к выводу, что SBSP «имеет большой потенциал стать конкурентоспособной возобновляемой технологией».

Китайцы настроены не так пессимистично. В Китае ускорили реализацию программы по созданию на орбите Земли солнечной электростанции для передачи энергии земным потребителям. Первая такая электростанция должна будет выведена в космос в 2028 году — на два года раньше первоначальных планов. На Землю со станции с помощью лазера или микроволнового излучения будет передаваться всего 10 кВт энергии, но она станет основой для будущих масштабных проектов.

Крупнейшие китайские производители LCD-панелей, аккумуляторов и солнечных элементов питания в юго-восточной провинции Сычуань вынуждены ограничить деятельность. Дело в том, что этот крупнейший производственный хаб столкнулся с жёсткой нехваткой электроэнергии из-за аномальной жары.

Источник изображения: Yetepireg ILes/unsplash.com

Предприятия в 19 городах провинции столкнулись с отключениями электричества, поскольку из-за аномальной жары власти отдают приоритет энергоснабжению жителей и обеспечению безопасности энергосетей. Вероятно, что введённые на период с 15 до 20 августа ограничения в энергоснабжении будут продлены, поскольку муниципалитет Чунцин уже сообщил о перебоях в энергоснабжении до конца августа.

Сычуань является одной из крупнейших баз выпуска панелей для дисплеев. Здесь производят LCD- и OLED-панели разных поколений компании BOE. Ранее ожидалось, что один из крупнейших в мире производителей дисплеев нарастит производство в 2022 году на 20 % по сравнению с 2021 годом. Тем не менее компания снизила нагрузку на линии электропередач в соответствии с требованиями местных властей, в первую очередь ограничив выпуск LCD. Сообщается, что при этом она продолжит в полном объёме поставлять OLED-панели ключевым клиентам. Ещё один производитель LCD — компания HKC Optoelectronics Technology — остановила выпуск панелей после неудачной попытки уговорить власти отказаться от ограничений.

Впрочем, снижение объёмов поставок не имеет критической важности для производителей экранов, поскольку вендоры, продающие телевизоры, снизили в последнее время закупки примерно на 15 % — не исключено, что придётся и дальше снижать объёмы производства даже при наличии электричества во избежание падения цен.

Кроме того, в Сычуане расположены многие предприятия, вовлечённые в производство компонентов для аккумуляторов. Ведущий производитель батарей Contemporary Amperex Technology (CATL) имеет крупную производственную базу в центре провинции и немало совместных предприятий с местными бизнесами по эксплуатации литиевых месторождений. Источники в индустрии сообщают, что перебои с энергией привели к проблемам с поставками сырья и полуфабрикатов для выпуска аккумуляторов для электромобилей. Ожидается, что это приведёт к росту себестоимости как АКБ, так и электромобилей.

Наконец, поскольку производство солнечных панелей требует много энергии, многие китайские компании из этой отрасли, включая Tongwei Solar, Trina Solar, Jinko Solar и GCL Technology тоже пострадают — в своё время они построили здесь предприятия из-за относительно невысоких цен на электричество. Последствия ещё предстоит оценить.

Компания Kennon пробила лёд в отношении строительства в Австралии многоэтажных зданий с «солнечным» фасадом, когда солнечные панели становятся неотъемлемой частью архитектуры. Так строение выглядит цельным, генерирует электричество с избытком, а крыша остаётся свободной для оранжереи, кафе или иных применений.

Источник изображения: Kennon

Сообщается, что до недавнего времени в Австралии не было стандартов пожарной безопасности при использовании в качестве отделки фасадов солнечных панелей. Компания Kennon на свой страх и риск закупила 40 солнечных панелей и произвела фрагмент фасада для натурных испытания. Экспертная компания Red Fire Engineers задокументировала процесс поджога макета и помогла подготовить разрешительные документы на использование солнечных панелей для облицовки зданий.

При строительстве первого в Австралии (в Мельбурне) многоэтажного здания 550 Spencer с фасадом из солнечных элементов будет использовано 1182 панелей немецкой компании Avancis. Своего производства солнечных панелей в Австралии нет. При оптимальном освещении солнечный фасад сможет вырабатывать 142 кВт·ч энергии, что до двух раз будет перекрывать потребности здания.

Внешне здание 550 Spencer будет выглядеть как сооружение со сплошной стеклянной стеной, но под стеклом вне оконных проёмов будут скрыты внешне не различимые «уродливые» солнечные панели, как их характеризуют дизайнеры.

Ожидается, что строительство закончится в середине 2023 года. Будет любопытно узнать, насколько расчётные данные окажутся близкими к полученным на практике показателям. В любом случае, этот проект открыл дорогу к новому слову в архитектуре зданий в Австралии, когда забота об экологии сочетается с красотой и функциональностью.

Хотя солнечная энергетика относится к экологичным отраслям, солнечные панели после завершения сроков использования могут нанести значительный вред окружающей среде без надлежащей переработки из-за содержащихся токсичных компонентов. Процесс утилизации отработанных солнечных панелей оказался сложным и дорогим, поэтому не все берутся за это дело, пишет «Коммерсантъ».

Источник изображения: Pixabay

Калифорния (США) является одним из первопроходцев солнечной энергетики. Здесь уже более 20 лет используют солнечные панели для получения электроэнергии и власти штата выделяют на субсидирование этого направления значительные суммы. Срок службы солнечной панели составляет 25–30 лет, так что вскоре здесь столкнутся с проблемой утилизации отработанных панелей.

Впрочем, такая проблема уже есть или вскоре появится и в других странах. Международное агентство по возобновляемой энергетике прогнозирует, что к 2050 году объём отработанных солнечных батарей при негативном сценарии развития событий достигнет 78 млн т.

Без надлежащей переработки солнечные панели способны в большей мере, чем многие другие устройства, нести вред окружающей среде из-за имеющихся токсичных тяжёлых металлов, включая свинец, селен и кадмий. К тому же их переработка сложнее и дороже, чем большинства других гаджетов. Кроме того, этот процесс экономически невыгоден — из панели получают материалов на $2–4, а её переработка, по данным американской национальной лаборатории возобновляемой энергетики (NREL), обходится в $20–30.

Выход из сложившейся ситуации эксперты видят в субсидировании переработки. Также предлагается вменить производителям панелей в обязанность заниматься их утилизацией. А в ЕС уже ввели такие правила. Также могло бы заметно упростить переработку создание единых стандартов для солнечных батарей.

«Физики из СПбГЭТУ “ЛЭТИ” и Алферовского университета синтезировали многослойный наноразмерный материал, который в будущем может стать основой для высокоэффективных солнечных элементов», — сказано в пресс-релизе на сайте «ЛЭТИ». Материал повышает эффективность преобразования кремниевых фотоэлементов на несколько процентов, что для фотовольтаики считается значительным шагом вперёд. Но до превращения прототипов в серийные изделия ещё нескоро.

Источник изображения: etu.ru

«Мы синтезировали микрокристаллические многослойные структуры из фосфида галлия (GaP) на кремниевой подложке, для создания упорядоченной структуры использовался метод атомно-слоевого осаждения. Характеристики полученных композитов дают нам выигрыш в несколько процентов КПД в способности преобразовывать энергию в сравнении с аналогичными материалами — это достаточно весомый результат по меркам фотовольтаики», — рассказал профессор кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ведущий научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии Алферовского университета Александр Сергеевич Гудовских.

Химические элементы поэтапно осаждались на кремниевую подложку в условиях достижения эпитаксиального роста или, проще говоря, упорядоченно. Сначала к каждому атому кремния присоединялся атом галлия, а на следующем этапе — фосфора (в камеру подавался фосфин, который в плазме тлеющего разряда разлагался до фосфора). Слои фосфида галлия толщиной 10–20 нанометров чередовались с очень тонкими слоями кремния (3–5 нм). Последующий всесторонний анализ полученного материала подтвердил его замечательные свойства, о чём учёные рассказали в журнале Journal of Physics D: Applied Physics.

Сам по себе кремний практически исчерпал возможности для повышения КПД в составе солнечных фотопанелей. Отодвинуть барьер можно только с помощью разного рода модификаций фоточувствительных материалов, что понемногу делает фотовольтаику всё лучше и лучше.

В прошлом году агентство NASA запустило космический аппарат Lucy для изучения троянских астероидов Юпитера. Однако при развёртывании питающих исследовательский зонд солнечных панелей одна из них не смогла полностью раскрыться и зафиксироваться. Американское ведомство предприняло множество попыток развернуть панель и недавно сообщило, что нашло решение проблемы, пусть и не в полной мере.

Источник изображения: NASA

О том, что одна из солнечных панелей аппарата не может полностью раскрываться, стало известно спустя 12 часов после запуска Lucy. Изначально установить причину поломки не удалось. Так как на солнечных панелях аппарата нет камер, определить источник проблемы оказалась затруднительно. Специалисты NASA придумали другое решение. Они запустили двигатели Lucy в попытке определить любые аномальные вибрации, резонирующие по его корпусу. Затем инженеры собрали детальный макет одного из механизмов, отвечающих за раскрытие солнечных панелей зонда. В итоге эксперты пришли к заключению, что строп, который раскрывает купол панели, мог застрять в барабане лебёдки.

Инженеры предложили два способа решения проблемы. В рамках первого предлагалось оставить всё как есть. Панель раскрылась пусть и не полностью, но достаточно, чтобы вырабатывать энергию. Обе панели вместе обеспечивали 90 % мощности, а бортовые аккумуляторы аппарата штатно подзаряжались. Второй вариант предлагал сильнее потянуть строп солнечной панели при помощи основного и вспомогательного моторов лебёдки в надежде на то, что заклинивший механизм снова заработает.

Опасность второго варианта была в том, что конструкция лебёдки не предусматривает работу обоих моторов одновременно. В течение нескольких месяцев команда инженеров NASA разрабатывала и проводила испытания компьютерных моделей для понимания всех возможных последствий этой операции. В итоге её всё же решились провести. Они семь раз одновременно запускали оба мотора лебёдки, благодаря чему удалось сильнее раскрыть солнечную панель, придав ей натяжение.

К сожалению, обе половины панели до конца так и не раскрылись и не были закреплены специальным механизмом фиксации. Однако теперь солнечная панель «находится в значительном натяжении для того, чтобы аппарат смог проводить запланированные научные исследования», отмечают в NASA.

В октябре аппарат Lucy должен покинуть область воздействия земной гравитации и отправиться на встречу свой первой цели для исследования, которой он достигнет в 2025 году.

Одним из важнейших элементов новой энергетики считаются солнечные панели, но их эффективность всё ещё оставляет желать лучшего. Популярные панели из кремния работают только в красном и инфракрасном спектрах солнечного света, тогда как остальные спектры рассеиваются без пользы. Американские учёные попытались найти способ уловить синий спектр и преобразовать его в красный, чтобы кремний получил больше фотонов и энергии. И это сработало!

Источник изображения: Con Edison / Tandon

Исследователи из Инженерной школы Тандона Нью-Йоркского университета разработали тонкую плёнку, которая повысила эффективность солнечных батарей, преобразовав не реагирующие с кремнием длины волн света в такие, которые могут использоваться для производства электроэнергии. Для этого учёные провели множество экспериментов с различными конструкциями солнечных батарей, материалами и красителями, которые помогли бы использовать большую часть спектра, но до сих пор особенных успехов не было, пока они не создали тонкую плёнку из перовскита с добавлением иттербия.

Перовскитная плёнка, нанесённая на кремниевый фотоэлемент, успешно поглощала фотоны в синем и ультрафиолетовом спектре, а иттербий излучал эту энергию в ближнем инфракрасном диапазоне, передавая кремниевой подложке фотоны в том виде, которые ею отлично поглощались. Эффективность предложенной плёнки составила 82,5 % и может даже превысить 100 %, если подобрать нужное соотношение компонентов. Это не КПД панели, которое в среднем для кремния колеблется около отметки 20 %, а та эффективность, с которой «синие» фотоны, превращаются в «красные».

Подобное преобразование позволит ещё немного поднять КПД кремниевых панелей, но пока учёные не берутся назвать даже приблизительные цифры. Для этого нужны новые исследования.

Министерство энергетики США (DOE) объявило о выделении $56 млн на развитие производства и переработки в сфере получения солнечной энергии. Сегодня страна на 90 % зависит от импортных поставок солнечных панелей, что расценивается как угроза национальной безопасности. Выделенные властями средства помогут появиться новым солнечным ячейкам, новым технологиям их производства и эффективным процессам по переработке отслуживших своё панелей.

Источник изображения: Panasonic

В прошлом месяце президент США Джозеф Байден (Joseph Biden) воспользовался чрезвычайным правом в виде Закона об оборонном производстве для снятия на два года пошлин на ввоз в страну солнечных панелей из стран Юго-Восточной Азии. В отношении ряда производителей региона компетентные органы США проводили расследование, изучая вопрос скрытых поставок в США китайской санкционной продукции. Закон об оборонном производстве позволил продолжить расследование и обеспечил бесперебойные поставки панелей для американских проектов солнечных ферм.

В то же время в США понимают, что зависеть от плохо контролируемых цепочек поставок — это неудачное решение. В перспективе необходимо развивать в стране самое передовое производство солнечных панелей и учиться глубоко перерабатывать отработавшие свой срок панели. Именно на эти два направления направлены инвестиции властей. К слову, $10 млн на эти цели поступят из фонда, предусмотренного Законом об инфраструктурных инвестициях.

В целом заявленные средства будут разделены на две большие категории. На финансирование исследований и разработок в области фотовольтаики, на проекты для более полной переработки панелей и повторного использования компонентов, на проекты по разработке дизайна фотоэлектрических модулей, снижающих производственные затраты, а также проектов, направленных на развитие производства фотоэлементов из перовскитов будет направлено $29 млн.

Остальная сумма в размере $27 млн будет направлена на коммерциализацию новых технологий, которые могут расширить частные инвестиции в производство солнечной энергии в США. В частности, финансирование получит сфера производства солнечных панелей из теллурида кадмия. Такие панели не будут зависеть от поставок поликристаллического кремния, производимого в основном в Китае. Обе суммы, добавим, будут выделены на 2022 финансовый год (в США начинается с 1 октября) и, вероятно, будут поддержаны бюджетом в последующие годы.

В самом престижном научном журнале Nature Energy вышла статья немецких учёных о разработке технологии масштабируемого производства самых совершенных на сегодня перовскитных солнечных фотоэлементов. Речь идёт о полностью перовскитном тандемном солнечном элементе, оба слоя которого содержат кристаллические структуры только этих минералов. Это означает, что такие элементы можно производить просто и быстро без потери довольно высокой эффективности.

Источник изображения: Bahram Abdollahi Nejand, KIT

Тандемные солнечные элементы позволяют ячейкам работать в более широком энергетическом спектре. Например, верхний кремниевый слой поглощает красный и инфракрасные спектры, а нижний перовскитный — синий и зелёные. На прошлой неделе такие тандемные перовскитные ячейки установили рекорд по эффективности, когда КПД фотоэлементов впервые в истории превысил 30 % (для элемента площадью 1 см², что важно, поскольку при увеличении масштаба КПД снижается). Результат удивительный, хотя следует помнить, что один из слоёв этого элемента представлен кремнием со всеми вытекающими особенностями производства, включая дорогую обработку.

В новом исследовании учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT) задались целью создать тандемную ячейку исключительно из перовскитных минералов с разной шириной запрещённой зоны, что дало бы возможность верхнему и нижнему слоям ячейки работать с разными спектрами и избежать использования кремния. Полученный результат оказался настолько хорош, что учёные назвали разработку прямым путём к массовому производству тандемных чисто перовскитных ячеек.

Используя комбинации механического нанесения растворов и вакуумного напыления, исследователи создали ячейку, которая при чистой площади фотоэлемента 12,25 см² (без учёта рамок и контактных электродов) показала КПД на уровне 19,1 %. При изготовлении такого же элемента площадью 0,1 см² КПД составило 23,5 %. Кратное масштабирование процесса изготовления привело всего к неполным 5 % падения эффективности. Это означает, что техпроцесс может быть масштабирован до массового без значительной потери эффективности. При этом сохраняются главные преимущества производства перовскитных ячеек — обработка с помощью жидких растворов и, как следствие, возможность создавать фотоэлектрические поверхности сложных форм и на гибкой подложке.

Работа свободно доступна в издании Nature Energy по ссылке.

Сегодня переработка солнечных панелей в целом считается невыгодным занятием. Отработавшие своё солнечные элементы дешевле выбросить на свалку, чем переработать для получения вторичного сырья. Но вскоре всё изменится, считают аналитики компании Rystad Energy. В ближайшие годы рынок вторичной переработки ждёт взрывной рост, а переработка отработавших солнечных панелей примет массовый характер.

Источник изображения: Pixabay

Сейчас рынок переработки фотопанелей оценивается примерно в $170 млн, но уже к 2030 году стоимость этого рынка взлетит до внушительных $2,7 млрд и больше. К 2050 году тенденция будет только нарастать, подняв стоимость этого рынка до $80 млрд.

Переработка фотопанелей рассматривается как важный элемент энергетического перехода, хотя и находится пока в зачаточном состоянии. Ожидается, что объём отходов солнечных панелей возрастёт к 2040 году до 27 млн тонн в год. К этому времени индустрия научится возвращать в производство порядка 6 % из этого хлама, тогда как сегодня возвращается не более 0,08 % отходов.

Спрос на восстановленное сырьё будут стимулировать как увеличение площадей солнечных ферм, так и потенциальная нехватка первичного сырья и ограничения в логистике. Проще говоря, солнечные панели обещают дорожать, что заставит бережнее относиться к отходам. Впрочем, технологии извлечения полезных элементов из отработавших панелей тоже совершенствуются, что сделает их добычу экономически выгодным мероприятием если не для всех элементов, то хотя бы для многих.

«Рост цен на энергию, совершенствование технологий переработки и государственное регулирование могут проложить путь к рынку, на котором всё больше неработающих солнечных панелей будут отправляться на переработку, а не на ближайшую свалку. Переработка фотоэлектрических панелей может помочь операторам сократить расходы, преодолеть проблемы с поставками и повысить вероятность того, что страны достигнут своих целей по вводу солнечных мощностей», — говорит аналитик Rystad Energy Кристин Стуге (Kristin Stuge).

В Rystad Energy считают, что к 2050 году 53 % электроэнергии в мире будет вырабатываться за счет Солнца, что эквивалентно 19 тераваттам (ТВт). Это заметно поднимет спрос на минералы и материалы для фотопанелей, что, вероятно, сделает первичное сырьё существенно дороже. Если принять, что в среднем панели работают 15 лет, то можно определить самые крупные рынки вторичного сырья.

Вероятно, на первом месте окажется Китай с прогнозируемым рынком вторичного сырья от переработки солнечных панелей на уровне $3,8 млрд к 2037 году. На втором месте обещает оказаться США — $1,5 млрд, а на третьем Европа — $1,4 млрд. Затем будет Индия с рынком $800 млн, и Япония — с рынком «панельного» вторсырья стоимостью $200 млн. Всего мировой рынок вторичного сырья из солнечных панелей в 2037 году будет стоить $9,6 млрд.

Источник изображения: Rystad Energy

Компоненты панелей с наибольшей стоимостью — это алюминий, серебро, медь и поликремний. Серебро составляет около 0,05 % от общего веса, но на него приходится 14 % стоимости материалов. Поликремний получают в ходе энергоемкого процесса для достижения концентрации, необходимой для обеспечения эффективности солнечных панелей, что отражается в относительно высокой цене перепродажи. Наибольший объём материала составляет стекло, которое имеет высокий коэффициент переработки, но относительно низкую стоимость при перепродаже.

Добавим, извлечение вторичного сырья при переработке значительно снижает выбросы углекислого газа в атмосферу, который получается при обработке первичных материалов. Это ещё один аргумент в пользу использования вторичных ресурсов для выпуска солнечных панелей.

После полномасштабного запуска проекта по установке кровли из солнечных панелей Solar Roof компании Tesla прошло уже более 5,5 лет, но это направление бизнеса для компании до сих пор не демонстрирует должных результатов. Глава Tesla Илон Маск (Elon Musk) ещё два года назад рассказывал о планах собирать до 1000 объектов в неделю, и, по последним данным, этот показатель пока представляется совершенно недостижимым.

Источник изображения: tesla.com

Ресурс Electrek со ссылкой на анонимный источник передаёт, что за II квартал суммарная мощность установленных Tesla солнечных крыш составила 2,5 МВт. Это соответствует примерно 260 установкам среднего размера (9,6 кВт) или приблизительно 20 объектам в неделю. По более оптимистическому сценарию, если принять мощность каждого объекта в 5 кВт, получится лишь 38 установок в неделю, то есть менее 4 % от заявленной цели в 1000.

Tesla провела демонстрацию своей солнечной кровли в 2016 году на территории Universal Studios в Лос-Анджелесе. «Это не что-то на крыше. Это и есть крыша», — сказал тогда Маск. Это действительно достойная альтернатива традиционным солнечным панелям, значительно менее изящным.

Официальных комментариев по результатам работы проекта Tesla пока не дала, хотя на его проблемные точки компания и сама указывала неоднократно. В прошлом году господин Маск признал, что первоначально подход к расчёту стоимости работ был выбран неверно, и в каждом отдельном случае мастерам компании приходится их корректировать, порой весьма значительно. Отмечались и некоторые сложности с поставками: в I квартале 2022 года Tesla была вынуждена сообщить о резком сокращении развёртывания панелей по этой причине.

К слову, направление «солнечной черепицы» остаётся проблемным не только для Tesla: его же прорабатывают GAF Energy и SunRoof, но ни одному из игроков пока не удалось отправить «на пенсию» традиционные панели.

До сих пор эффективность традиционных и тандемных солнечных элементов не превышала 30 %. Предыдущий рекорд составил 29,8 %, но к нему шли годами и очень-очень понемногу. Учёные из Швейцарии первыми в мире смогли преодолеть психологически важный рубеж КПД ячеек в 30% и готовы двигаться дальше по пути к эффективной и возобновляемой солнечной энергии.

Источник изображения: CSEM

Теоретический предел КПД солнечных фотоэлементов оценивается учёными на уровне 29,4 %. Исследователи в своих разработках создали кремниевые фотоэлементы с КПД 26,7 % и медленно-медленно продвигаются к теоретическому рубежу. КПД перовскитных элементов, которые интересны своей потенциальной дешевизной производства (они поддерживают струйную печать), приблизился к 27,5 %. Вместе эти материалы готовы покорять высоты эффективности, поскольку кремний работает в красном и инфракрасном диапазоне, а перовскит — в синем и зелёном.

Новая разработка тандемных солнечных элементов, объединяющих кремний и перовскит, учёными из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и Швейцарского центра электроники и микротехнологий (CSEM) представлена в двух вариантах и оба проникли за барьер КПД 30 %.

Одно из решений представляет собой слои перовскита, нанесённые из жидкого раствора на гладкую поверхность кремния. Такой фотоэлемент показал КПД на уровне 30,93 % для площади 1 см². Во втором случае использовался гибридный метод осаждения перовскита из пара и жидкого раствора на текстурированную поверхность кремния, что позволило достичь эффективности 31,25 % для солнечной батареи той же площади.

Источник изображения: CSEM

«Тандемные технологии перовскита на кремнии, как говорят, имеют потенциал для превышения 30-процентной эффективности, но это первый случай, когда этот давно предсказанный потенциал был продемонстрирован, что, надеюсь, проложит путь к еще более дешёвой устойчивой электроэнергии в будущем», — сказал Кристиан Вольф (Christian Wolff), ведущий исследователь из группы EPFL.

Пока сложно сказать, можно ли считать концептуальную разработку Tesla «самым большим пауэрбанком в мире», но внимание на выставке IdeenExpo в Ганновере она определённо привлекла. Автомобильный прицеп, оснащённый выдвижными солнечными панелями и терминалом Starlink для связи с внешним миром, способен генерировать до 2,7 кВт электроэнергии. Пока это лишь концептуальный макет, о планах по производству ничего не сообщается.

Источник изображения: Twitter, Tesla_Adri

Хотя сторонние энтузиасты пытались обеспечить зарядку тяговых батарей электромобилей Tesla от солнечной энергии во время автопробега, им приходилось использовать солнечные элементы на гибкой основе. Сам Илон Маск (Elon Musk) свои симпатии к подобным идеям до сих пор высказывал только в контексте оснащения коммерческих фургонов солнечными панелями на крыше и откидных боковых секциях. Теперь же на выставке в Германии компания продемонстрировала прототип прицепа с солнечными панелями, которые в разложенном состоянии за день стоянки на солнцепёке способны пополнить запас хода электромобиля на 80 км, но это лишь в идеальных условиях. Терминал Starlink при этом обеспечит автовладельца доступом к спутниковому интернету, и это довольно неплохой симбиоз технологий Tesla и Starlink.

Источник изображения: Twitter, Tesla_Adri

На той же выставке Tesla демонстрировала более приземлённые достижения — кузов кроссовера Model Y в разрезе, демонстрирующий интегрированные в силовую структуру аккумуляторные ячейки нового типоразмера 4680. Таковые в Германии на конвейере Tesla пока не используются, но до конца года компания собирается модернизировать производственные процессы, чтобы вслед за новым предприятием в Техасе освоить выпуск перспективных версий электромобилей.

Автопроизводители до сих пор скептически оценивали целесообразность использования бортовых солнечных панелей для генерации электричества в серийных электромобилях. Тем не менее, исследования в этом направлении продолжаются и отраслевые источники считают направление перспективным. Прорыв может случиться за счёт применения перовскитных панелей вместо традиционных кремниевых.

Источник изображения: Tesla

По информации издания Business Korea, ссылающегося на отраслевые источники, перспективные солнечные панели из перовскита, размещаемые на крышке электромобиля, позволят в течение ясного дня накапливать заряд до 5 кВт‧ч. Электромобили Hyundai IONIQ 5 и Kia Niro, например, расходуют 1 кВт‧ч для перемещения на расстояние от 4,5 до 5,3 км. Другими словами, после стоянки на солнцепёке в течение дня электромобили с солнечными панелями нового типа на крыше смогут увеличить запас хода на 25 км и более без каких-либо затрат со стороны владельца.

Солнечные панели на базе перовскита интересны для электромобилей потому, что обладают большей гибкостью и меньшей массой. Последнее, пожалуй, особенно важно: будет странно увеличивать запас хода за счёт солнечной зарядки, и при этом сокращать его увеличенной массой авто. Кроме того перовскитные панели способны генерировать электроэнергию за счёт поглощения ультрафиолетовой части спектра солнечного света, поэтому их эффективность оказывается выше многих кремниевых панелей.

Проблему с долговечностью панелей из перовскита тоже можно решить, как показывают новейшие эксперименты. Кстати, даже Илон Маск (Elon Musk) положительно оценивает идею подзарядки электромобилей от солнечных панелей во время стоянки, хотя он говорил в этом контексте исключительно о крупных грузовых авто с большой площадью поверхностей, на которых можно разместить солнечные панели, включая откидные боковые секции.