Солнечные панели становятся все эффективнее, а энергия солнца — все доступнее. В 2000 году Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозировало, что к 2020 году в мире появится в общей сложности 18 ГВт солнечных электростанций. Семь лет спустя оказалось, что этот прогноз был совершенно неверным: этот показатель был достигнут всего за год. Рассказываем, как появилась и развивалась технология.
От энергетической независимости до безумно дешевых мощностей: как развивалась солнечная энергетика
Елена Лиханова
Международное энергетическое агентство было создано в 1974 году, чтобы оценивать энергосистемы мира и прогнозировать изменения. С тех самых пор его ежегодный прогноз был важнейшим документом для всех, кто участвовал в разработке энергетических политик.
Однако в последние два десятилетия МЭА регулярно упускало из виду активный рост возобновляемых источников энергии. Организация не только недооценила использование энергии солнца и ветра, но и завысила спрос на уголь и нефть.
Дженни Чейз, руководитель аналитики солнечной энергетики в BloombergNEF, отметила, что такую ошибку допустило не только МЭА.
«В 2005 году, когда я устроилась на работу, то думала, что однажды солнечная энергия будет обеспечивать 1% электроэнергии в мире. Теперь это уже 3%. По нашему официальному прогнозу, к 2050 году ее доля составит 23%, но он очень занижен, — сказала она. — Я рассматриваю это как пределы моделирования. Большинство моделей энергетических систем создаются для моделирования незначительных изменений в энергетической системе, которая основана на ископаемом топливе или ядерной энергии. Каждый раз, когда производственные мощности увеличиваются вдвое, стоимость солнечных батарей падает на 28%».
«Мы дошли до точки, когда во многих частях света солнце становится самым дешевым источником энергии, — отметила Дженни Чейз из BloombergNEF.
«Это значит, что мы пытаемся смоделировать ситуацию, в которой энергосеть сегодня выглядит совершенно иначе», — объяснила она.
Такое быстрое и радикальное снижение цен на солнечные батареи стало возможно благодаря китайской промышленной мощи, поддержке американского капитала, европейской политике, а, главное, команде исследователей из Австралии.
Эта история начинается с нескольких президентов США и их стремления к энергетической независимости.
Первым был Ричард Никсон, который в ноябре 1973 года объявил о запуске «Проекта независимость». Его целью было снизить зависимость США от ближневосточной нефти.
Затем в апреле 1977 года Джимми Картер провозгласил энергетический переход «моральным эквивалентом войны» и направил миллиарды долларов на исследование возобновляемой энергии.
С приходом Рональда Рейгана финансирование проектов резко прекратилось.
Но к тому времени этим заинтересовалась Австралия.
Отец солнечной энергетики
Солнечные фотоэлементы были изобретены в 1940 году, когда исследователь Bell Labs Рассел Шумейкер Ол заметил, что образец расколотого кремния производит ток, когда находился на солнце. Однако он бы не продвинулся далеко без помощи молодого профессора Мартина Грина, который работал в Университете Нового Южного Уэльса.
Грин родился в Брисбене и провел некоторое время в Канаде в качестве исследователя, прежде чем вернуться домой в 1974 году. Годом позже он создал группу для исследования солнечных панелей на базе маленькой университетской лаборатории, которая использовала ненужное оборудование от американских инженерных компаний.
Среди его первых экспериментов, проведенных вместе с одним из аспирантов, был поиск способов повысить напряжение на первых солнечных батареях.
Довольно скоро они смогли добиться больших результатов, чем исследователи из США. Как сказал сам Грин: «У НАСА был проект, над которым работали шесть подрядчиков. Мы обошли их всех».
Вскоре после этого амбиции команды начали расти. После того, как была решена задача с напряжением, была поставлена новая цель: создать фотоэлементы более высокого качества. В 1983 году первые разработки Грина и его коллег смогли побить мировой рекорд эффективности. В течение 30 из следующих 38 лет они будут регулярно его обновлять.
На заре возникновения отрасли считалось, что 20% — это максимальный коэффициент конверсии, которого можно добиться от фотоэлектрических элементов. Однако в 1984 году Грин опубликовал работу, которая опровергала это мнение.
Через год его команда создала первый фотоэлемент, который превысил этот предел, а в 1989 году создала первую солнечную панель с конверсией в 20%.
Новый предел эффективности был отодвинут до 25%, но уже в 2008 году Грин и его команда побили его.
В 2015 году они разработали самый эффективный фотоэлемент в мире с конверсией в 40,6%, используя сфокусированный свет, отраженный зеркалом.
Восхождение «солнечного короля»
Благодаря этому появилась китайская солнечная промышленность. Ее основной движущей силой стал амбициозный физик по имени Чжэнгрон Ши.
Ши родился в 1963 году на острове Янчжун, получил степень магистра и приехал в Австралию за год до протестов на площади Тяньаньмэнь. В 1989 году он заметил рекламу исследовательской стипендии и уговорил Грина взять его в аспирантуру. Ши закончил диссертацию всего за два с половиной года — рекорд, который не побит и по сей день. К тому времени, когда он получил докторскую степень, он так впечатлил Грина, что остался в группе в качестве исследователя.
Университет стремился извлекать выгоду из передовой технологии и в 1995 году заключил партнерство с Pacific Power. Государственная коммунальная служба вложила $47 млн в новую компанию под названием Pacific Solar. В пригороде Сиднея Ботани-Бэй была создана фабрика, а Ши назначили заместителем директора по исследованиям и разработкам, где он быстро заработал репутацию за изобретательность и дотошность. Позднее Грин вспоминал, что фактически Чжэнгрон управлял компанией.
В ноябре 2000 года Ши получил заманчивое предложение. На обеде, состоявшемся у него дома, четыре чиновника из китайской провинции Цзянсу предложили 37-летнему исследователю и гражданину Австралии вернуться в Китай и построить там собственную фабрику. После некоторого размышления Ши согласился и поселился в небольшом городе Уси, где основал SunTech. Стартап получил $6 млн от муниципального правительства.
Появление Ши вызвало переполох. Способность производить дешевые солнечные батареи с эффективностью в 17% намного превосходила возможности конкурентов.
«Это было для них шоком, — рассказывал Ши. — Когда они увидели, что мы делаем солнечные батареи большей площади и высокой эффективности, они сказали: «Вау»».
Несмотря на изумление, многие считали такие результаты преждевременными, считая, что для технологии еще не было рынка сбыта, а в стране она была малоизвестна.
Все изменилось, когда Германия приняла новые законы, поощряющие использование солнечной энергии. Быстро стало ясно, что существует огромный глобальный спрос, и мировые производители изо всех сил старались поддерживать предложение.
Консорциум, в который входили Actis Capital и Goldman Sachs, искал возможности для инвестиций и предложил Ши сделать компанию публичной. В 2005 году она вышла на Нью-Йоркскую фондовую биржу, привлекла $420 млн и мгновенно сделала Ши миллиардером. Через год его состояние оценивалось в $3 млрд, и он стал самым богатым человеком в Китае, получив прозвище «солнечный король».
После этого началось активное развитие солнечной промышленности Китая. Одна только SunTech увеличила свои мощности с 60 МВт до 500 МВт, а в 2009 году достигла 1 ГВт. Компания росла так быстро, что не успевала закупать стекло, поликремний и электронные системы, необходимые для изготовления панелей. Поэтому она была вынуждена инвестировать значительные средства в местные цепочки поставок.
Дешевые мощности, которые дались дорогой ценой
Как и прочие отрасли в Китае, производство солнечных панелей развивалось стремительными темпами. Очень быстро оно превратилось в целую индустрию, которая сама себя разрушала и создавала вновь. При этом маржинальность была крайне малой, а конкуренция — жестокой, и все игроки балансировали в одном шаге от падения.
Примерно в 2012 году мировой рынок был наводнен солнечными панелями, из-за чего цена резко упала, а положение SunTech было уязвимым. Компания уже находилась под сильным финансовым давлением, когда произошла катастрофа. Внутреннее расследование обнаружило, что предложение о поглощении было обеспечено поддельными гособлигациями Германии на €560 млн.
После этого Ши отстранили от должности CEO его собственной компании, а через год подошел срок погашения кредита в $541 млн. SunTech подала заявление о банкротстве.
Тем не менее, почетный профессор Университета Маккуори (Австралия) Джон Мэтьюз говорит, что эта компания помогла навсегда изменить как Китай, так и мир. Судьба распорядилась так, что стремление США сократить зависимость от нефти в конечном итоге было подхвачено Китаем, который смог сделать солнечную энергию очень дешевой.
Фото: Kampan / Shutterstock
«Китайский подход к возобновляемым источникам энергии полностью связан с энергетической безопасностью, — сказал Мэтьюз. — В масштабах, в которых страна создает новые отрасли промышленности, ей потребуется колоссальный импорт обычного ископаемого топлива, что сопряжено с экономическим ущербом. Обойти проблему поможет собственное энергетическое оборудование».
Сегодня Грин и Ши поддерживают связь. Оба работают над новыми проектами. Ши руководит новой компанией, в то время как 72-летний Грин ищет новые инновации для изучения.
Одна из них — штабелируемые солнечные элементы. Технология все еще на ранней стадии и остается нишевой. Основная идея в том, чтобы наложить материал на солнечный элемент, чтобы увеличить его выходную мощность.
«Мы думаем, что как только мы усовершенствуем подход, в мире будут производить модули с конверсией не в 22%, а в 40%, — отметил Грин. — Мы просто пытаемся найти новый элемент, который будет обладать всеми качествами кремния, и поможет увеличить его эффективность. Международное энергетическое агентство теперь говорит, что солнечные панели производят самую дешевую энергию, которую когда-либо видел мир. Но в будущем она станет еще доступнее. И это в корне изменит мир».
Источник.
Фото на обложке: Andre Nery / Shutterstock
