Застрельщик солнечной революции

Лауреат премии «Глобальная энергия» Мартин Грин считает, что в ближайшее десятилетие разработчики поднимут производительность фотоэлементов почти наполовину, а благодаря отраслевой революции, прежде всего в Китае, они подешевеют настолько, что солнечная энергетика станет выгоднее тепловой даже в холодной России
Застрельщик солнечной революции
Мартин Грин, профессор Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее
«Глобальная энергия»

Четвертого октября в рамках Российской энергетической недели прошла церемония награждения лауреатов премии «Глобальная энергия». «Стимулу» удалось взять интервью у российского лауреата Сергея Алексеенко почти сразу после объявления победителей. Поговорить со вторым лауреатом, австралийцем Мартином Грином, награжденным «За исследования, разработки и образовательную деятельность в области фотовольтаики, позволившие существенно сократить расходы и повысить эффективность солнечных элементов» и разделившим с академиком Алексеенко 39 млн рублей, мы смогли уже во время Российской энергетической недели. Австралийский ученый, профессор Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее, где он руководит лабораторией перспективных солнечных технологий, известен как один из самых авторитетных и знаменитых в мире специалистов в области кремниевой фотовольтаики, его считают одним из авторов тех стремительных перемен, произошедших в солнечной энергетике в глобальном масштабе.

 

— Господин Грин, традиционный вопрос, который я задаю всем лауреатам премии «Глобальная энергия» в начале разговора: как бы вы сами объяснили, за что вы были номинированы на столь высокую награду?

— Официальное обоснование вы знаете. Если немного подробнее, то еще в прошлом веке, с 1983 до 1999 года, моя команда из Университета Нового Южного Уэльса смогла увеличить производительность кремниевого элемента солнечной батареи с 16,5 до 25 процентов — это более чем пятидесятипроцентное относительное улучшение. Наша команда оставалась мировым рекордсменом в области производительности кремниевых элементов в течение тридцати лет. За это время нами был изобретен и разработан солнечный элемент с так называемыми пассивированными эмиттерной и тыльной поверхностями, или PERC, который используется сейчас на четверти существующих предприятий во всем мире и уже практически на всех новых производственных мощностях. Суть этой технологии, если упрощенно, заключается в том, что специальный слой на тыльной части солнечного элемента отражает свет, который проходит через этот элемент обратно внутрь слоев кремния, в результате чего генерируется больше свободных электронов. И батареи PERC имеют более высокий КПД по сравнению с другими кремниевыми технологиями. По тем данным, которые мне известны, объем продаж солнечных панелей с элементами PERC в конце прошлого года уже превысил 20 миллиардов долларов США, и, по оценкам агентства Bloomberg New Energy Finance, ожидается, что к 2040 году суммарный объем продаж таких батарей превысит два триллиона долларов. Что ж, если доживем, увидим, сбудется ли этот прогноз.

— В своей лауреатской речи на церемонии награждения вы сказали: «Мое послание позитивно: пришло время солнечной энергии, и это хорошая новость для планеты». На чем основан ваш оптимизм?

— Около сорока лет назад президент Джимми Картер, человек, которого можно назвать пионером солнечной энергетики, устанавливая в Белом доме фотопанели, произнес такие слова: «Через поколение эти панели станут либо диковинкой, музейной редкостью, примером неправильного пути, или же одним из величайших и дерзких предприятий всемирного масштаба». Сейчас солнечные батареи Джимми Картера стали музейным экспонатом, но, несмотря на это, солнечная энергетика все же стала одним из величайших мировых достижений.

magnifier.png Наша команда оставалась мировым рекордсменом в области производительности кремниевых элементов в течение тридцати лет. Батареи PERC имеют более высокий КПД по сравнению с другими кремниевыми технологиями

Согласно прогнозам, содержащимся в докладе Международного энергетического агентства (МЭА) «Перспективы развития мировой энергетики» 2006 года, объем внедрения фотоэлектрических технологий в мировом масштабе должен был составить к 2015 году меньше 22 гигаватт и 145 гигаватт к 2030-му, со стоимостью установленного киловатта на крупных солнечных электростанциях, СЭС, более 2500 долларов, причем такие цены должны были держаться до 2030 года. Однако во многом благодаря достижениям мировой науки, в которых наша исследовательская группа сыграла отнюдь не последнюю роль, к концу 2015 года было введено в действие более 220 гигаватт (это в десять раз превышает прогноз МЭА), а затраты на крупных СЭС составляют уже около тысячи долларов за киловатт, при этом стоимость установленного киловатта снижается в среднем более чем на десять процентов в год. Конкурсные предложения на последних международных торгах на поставки электроэнергии показывают, что сейчас фотоэлектрика — это наиболее дешевый способ таких поставок. Понятно, что это касается в первую очередь стран с высоким уровнем солнечной радиации. Например, последние конкурсные предложения в Саудовской Аравии составили около 17,86 доллара за мегаватт-час, а это ни много ни мало примерно в три раза меньше самых дешевых конкурсных лотов от угольных электростанций за тот же период времени.

Сейчас мы находимся на пороге действительно знаменательного события: стоимость солнечной энергии становится ниже не только стоимости электричества, добываемого при сжигании угля, но и ниже стоимости самого угля, предназначенного для сжигания.

ГРИН СОЛН БАТ.png
Объем продаж солнечных панелей с элементами PERC в конце прошлого года уже превысил 20 миллиардов долларов США, и, по оценкам агентства Bloomberg New Energy Finance, ожидается, что к 2040 году суммарный объем продаж таких батарей превысит два триллиона долларов. М. Грин с солнечной панелью
Предоставлено М. Грином

— Дешевизна солнечной энергии касается стран с высокой долей получаемой солнечной радиации. Ваш коллега по премии «Глобальная энергия» Михаэль Гретцель во время нашего разговора прошлым летом говорил, что установленную мощность, например, в Швеции с точки зрения производительности надо сразу делить на десять и 300 гигаватт СЭС, установленных на то время во всем мире, реально выдают в сеть 50 гигаватт, в то время как человечество потребляет в 500 раз больше — 24 тераватта. Так что едва ли в обозримое время конкурсные предложения СЭС в северных странах будут дешевле предложений от тепловых станций.

— То есть вы считаете мой оптимизм преувеличенным? Я знал, что в России неоднозначный подход к ВИЭ, потому перед нашей встречей запасся набором разных цифр и данных. Смотрите, если брать показатели начиная с 2005 года, то установленная мощность солнечных станций выросла к концу 2017 году в 70 раз, достигнув 400 гигаватт. В прошлом году инвестиции в этой сфере достигли почти 200 миллиардов долларов по всему миру.

magnifier.png Мы находимся на пороге знаменательного события: солнечная энергия становится дешевле не только электричества, вырабатываемого при сжигании угля, но и самого угля, предназначенного для сжигания

Когда-то солнечная энергия была интересной, но действительно ужасно дорогой. Теперь я утверждаю: именно она воплощает надежду человечества на бесконечный возобновляемый ресурс, недорогой и способный стать решением одной из острейших экологических проблем нашей планеты, связанных с глобальным потеплением климата. Благодаря инновациям и крупномасштабному производству, особенно в Китае, затраты на солнечную энергию все время снижаются. В прошлом году стоимость модуля упала на 20 процентов, а в этом году уже на 30 процентов. При этом эффективность солнечных модулей растет, опережая даже прогнозы экспертов. Такой рост эффективности и экономической целесообразности, в свою очередь, приводит к росту спроса со стороны энергокомпаний и других потребителей — в промышленности и быту. Посмотрим на динамику: в прошлом году были созданы элементы, способные генерировать одну десятую тераватта мощности, семью годами ранее выход энергии составлял лишь одну сотую долю тераватта, еще семью годами ранее — одну тысячную долю тераватта, а за семь лет до того — лишь одну десятитысячную. Если прогресс пойдет дальше теми же темпами, то меньше чем через семь лет, то есть ближе к 2022 году, мы получим тераватты солнечной мощности в год. Пусть это только двадцать пятая часть того, что потребляет человечество сейчас, но мы солидарны с расчетами аналитиков из компании Shell, которые считают, что уже к 2040–2050-м годам в балансе потребления первичной энергии Солнце сравняется с газовой и угольной энергетикой, достигнув мощности 22–25 тераватт, после чего доли органических топлив — нефти, газа, и угля — пойдут только на убыль.

magnifier.png Мы солидарны с расчетами аналитиков Shell, которые считают, что к 2040–2050-м годам в балансе потребления первичной энергии Солнце сравняется с газовой и угольной энергетикой, после чего доли органических топлив — нефти, газа и угля — пойдут на убыль

Причем значительного роста доли СЭС можно достичь не только в странах, где ярко светит солнце. А вы знаете, что Россия за счет своей территории получает больше солнечного света, чем любая другая страна, близки к ней только моя родная Австралия и Бразилия? Правда, моя страна получает в год на каждый квадратный метр около 2500 киловатт солнечной энергии, а большая часть вашей страны — в три с лишним раза меньше. Но это вовсе не значит, что в России солнечную энергетику нельзя развивать вовсе. Моя команда решила задачу, поставленную несколько десятилетий назад: снизить стоимость солнечных элементов до приемлемого уровня и для таких стран, как ваша. Наши инновации и масштабы производства таковы, что сегодня основные издержки связаны с транспортировкой и установкой панелей. Благодаря им себестоимость производства ватта на СЭС снизилась примерно с пяти-шести долларов за ватт в 1998 году до 33 центов в 2017-м, а через два года упадет до четверти доллара. Я считаю, что события будут развиваться именно так и что это еще сильнее подхлестнет рыночный спрос на солнечные батареи во всех регионах мира.

ГРИН ГРАФ1.png

— В номинационной формулировке помимо слов «за исследования, разработки» есть и такая часть: «за образовательную деятельность в области фотовольтаики, позволившие существенно сократить расходы и повысить эффективность солнечных элементов». Поясните, как снижение себестоимости фотоэлементов связано с образованием?

— А это интересно: речь идет о том, что сотрудники и студенты, которые осваивали фотоэлектрические приборы и их изготовление, будучи членами нашей команды, позже встали в авангарде случившейся в последние годы революции в фотоэлектрике, в результате которой оптовые цены на солнечные элементы только за последние восемь лет снизились на 90 процентов. Отмечу, что бывшие студенты и аспиранты моей группы составляют сейчас костяк крупной фотоэлектрической промышленности в Китае. Ими было основано большинство, если не все из больших современных китайских компаний, производящих фотоэлектрические модули, где они занимают должности технических директоров или другие важные управленческие позиции, а сам Китай доминирует сейчас на мировом рынке батарей такого типа.

— Не могли бы вы рассказать об этом подробнее? Многие отмечают именно ваши исследовательские заслуги, указывая, что благодаря вам стоимость производства фотоэлементов сильно снизилась. С другой стороны, удешевление продукции в этой сфере связывают с масштабным производством солнечных батарей в Китае и Южной Корее. Соответственно, трудно не задать вопрос: какие заслуги в этом снижении принадлежат вам, а какие — промышленной политике Китая?

— Это очень хороший вопрос. Я думаю, что мы внесли свой вклад в снижение затрат тремя путями. Первый — это чисто академический подход: когда мы начали свои исследования, считалось, что самый высокий КПД, которого можно достичь, составляет лишь 20 процентов. Наши исследования показали, что это не так. Это первое достижение.

Второе наше существенное достижение заключается в том, что в эти исследовательские программы было вовлечено очень много студентов и аспирантов. Очень важно, что большинство из них были как раз из Китая и Кореи. Особенно много было слушателей из Китая, примерно начиная с 1980-х и в 1990-е, их много и сейчас. Почему это важно? Эти ребята уезжали к себе домой и там включались в работу по созданию фотовольтаистической инфраструктуры. А наша работа, приведшая к созданию высокоэффективных фотоэлементом PERC, — это третий вклад, который в сочетании с обучением ученых и инженеров в нашем университете сделал возможной революцию в производстве солнечных батарей в этой стране.

magnifier.png Бывшие студенты и аспиранты моей группы составляют сейчас костяк крупной фотоэлектрической промышленности в Китае. Они основали большинство, если не все крупные китайские компании, производящие фотоэлектрические модули

Мы создали очень эффективные технологии и сначала выдали на них лицензии итальянской компании VPSolar, где в 1990-е годы начали выпускать фотоэлементы с самым высоким тогда КПД. Но поскольку у нас было так много студентов из Китая и они уезжали к себе на родину работать на предприятия, которые изготавливали солнечные элементы и батареи, у нас появилась возможность, опираясь на близкие связи с ними, очень дешево производить их самим в Китае. Мы решили, поскольку у нас опыт больше и интеллектуальный потенциал лучше, больше не отдавать лицензию итальянцам, а попробовать выпускать солнечные батареи собственной разработки в том же Китае. Для этого в 1994 году мы совершили длительную поездку в эту страну, но с первого раза там ничего не получилось; дело в том, что когда мы детально изучили ситуацию, то в итоге поняли, что имеем дело с безнадежными с точки зрения стремления к технологическому совершенству и косными к инновациям заводами.

Но с 1994 года Китай начал очень быстро меняться, в результате чего его экономика начала стремительно расти. Прежде всего это стало результатом политики китайских властей, разрешивших местным органам власти оставлять у себя гораздо больше собранных налогов, чтобы стимулировать региональный экономический рост.

ГРИН ГРАФ2.png

— Вероятно, повлиял на ситуацию и тот факт, что в 1998 году Китай разрешил вход на рынок частным компаниям?

— Именно так, в 1998 году, когда страна открыла возможность для работы частных предприятий, некоторые из наших бывших китайских студентов захотели не только заниматься исследованиями, но и перейти в практическую плоскость и начать собственное дело. Но легче сказать, чем сделать, и выполнить поставленные планы тогда было очень сложно, потому что в Китае практически отсутствовала инфраструктура и не хватало специалистов для создания подобного высокотехнологического производства. Один из моих выпускников Ши Чжэнжун в 2001 году организовал и возглавил компанию Suntech в Китае. На помощь ему поехали сотрудники из моей лаборатории и помогли построить первую производственную линию по выпуску самых эффективных на то время солнечных панелей. Они курировали там все работы вплоть до установки сантехники, соединения труб, создания чистых комнат и так далее, обучали китайских инженеров, настраивали оборудование.

— Наивный вопрос: они работали по коммерческим контрактам?

— Представьте себе, нет, это была в основном добровольная поддержка. Конечно, некоторые из нашей исследовательской группы потом выходили из нее, переезжали в Китай, там организовали частные компании, заключали контракт с той же Suntech и со временем набрали гораздо больше практического опыта в этой области, чем сделали бы это в лабораторных условиях нашего университета.

— А в чем же заключалась выгода от такого волонтерства для вашего центра исследований в области перспективной фотоэлектрической энергетики, которым вы руководите и сейчас?

— Мы были уверены, что наши разработки коммерциализируемы, но хотели не только в этом убедиться, но и увидеть дальнейшее их развитие и промышленную масштабируемость.

— А продажа патентов?

— Конечно, продажа интеллектуальной собственности осуществлялась. Но эти лицензии продавались для китайских и совместных китайско-австралийских компаний на довольно льготных условиях. В итоге, несмотря на все сложности, Suntech стала успешной компанией. Сегодня это одно из самых известных предприятий в мире, специализирующихся на R&D и выпуске продукции кремниевых кристаллических фотоэлементов и модулей. Основанная в 2001 году, сейчас компания имеет свои рынки сбыта более чем в 80 странах всех регионов мира. Первую производственную линию мощностью десять мегаватт Suntech запустила с нашей помощью уже в 2002 году, и это было эквивалентно тому, что выпустил весь Китай за предыдущие четыре года. Вскоре она начала продавать свои модули немцам.

— А немецкие предприятия в итоге разорились.

В итоге да. Но изначально немецкие производители привлекали Suntech, потому что у них не было опыта выпуска таких эффективных батарей, а панели, которые производили китайцы, были лучше по всем параметрам. И немцы их покупали, а потом продавали под своей маркой. 

magnifier.png Несмотря на все сложности, Suntech стала успешной компанией. Сегодня это одно из самых известных предприятий в мире, специализирующихся на R&D и выпуске кремниевых кристаллических фотоэлементов и модулей

Позже Ши развил в Германии и целую отрасль поставок из Китая, к примеру стекла для солнечных батарей, других компонентов. Он понимал, что их дешевле производить и поставлять из Китая, чем покупать в Германии и других европейских странах. Вообще, это длинная история. Suntech начиналась как маленькая компания, но развивалась очень быстро, потому что была очень прибыльной. Позже она приобрела у японцев оборудование и увеличила свою производительность до 300 мегаватт. Уже к концу 2008 года выпуск модулей достиг одного гигаватта. Тогда же компания учредила научно-исследовательский институт фотовольтаических технологий. Уже через два года благодаря общим усилиям ученых и исследователей китайцы установили мировой рекорд производительности промышленных модулей — 19,2 процента для ячеек из монокристаллического кремния и 17,2 процента для модулей из поликристаллического кремния, а общий выпуск модулей Suntech достиг 2,4 гигаватта, что вынесло компанию на самый верх топа крупнейших мировых производителей на последующие два года. Эффективность преобразования наших высокоэффективных ячеек PERC пробила потолок в 21,31%, и их выпуск в компании вскоре составил 350 мегаватт.

ГРИН ГРАФ3.png

— Вы говорили о роли американских и других инвесторов в бурный рост Suntech.

— В начале 2000-х серьезные американские компании вроде Morgan Stanley и Goldman Sachs начали пристально изучать китайский рынок и искать компании, которые они могли бы запустить на фондовые биржи в США, чтобы инвесторы открыли для себя Китай как новую инвестиционную возможность для получения доходов. Они сразу разглядели потенциал Suntech, и в 2005 году Ши Чжэнжун зарегистрировал свою компанию на Нью-Йоркской фондовой бирже. Это была вообще первая частная китайская компания, которая вышла на Нью-Йоркскую биржу, а последующий допуск ценных бумаг компании к официальной торговле и на других биржах США обеспечил финансовую подпитку. Во время листинга удалось привлечь 400 миллионов долларов. То есть стоимость акций компании Ши Чжэнжуна превышала миллиард долларов, и он стал первым миллиардером в отрасли солнечной энергии. Помимо собственно развития компании наличие свободных средств позволило ускорить и развитие инфраструктуры солнечной индустрии Китая в целом, так как Шин Чжэнжун мог предоставлять предоплату поставщикам — небольшим компаниям, способствуя их развитию и снижая для себя цену на их продукцию, опять-таки уменьшая себестоимость конечной продукции — солнечных панелей. Что касается инвесторов, позже они многократно окупили свои вложения. Только Morgan Stanley заработала 200 миллионов долларов на своем участии в этом проекте. Понятно, что инвесторы стали и дальше искать в Китае интересные с инвестиционной точки зрения предприятия, в которые можно таким же образом вложиться. В результате за следующие два года еще семь китайских компаний зарегистрировались на Нью-Йоркской бирже или на Nasdaq. И сейчас это в основном крупные производители солнечных комплектующих, а до этого были просто компании, которые осуществляли модульную сборку и не были так развиты, как Suntech. Таким образом, они, извините, как у нас говорят, упали на хвост Suntech и проехались на ее успехе к своей пользе и удовольствию инвесторов, которые, попав в условия начинающегося мирового финансового кризиса, нашли точку применения своих средств в Китае, выгодно вложив в солнечную индустрию этой страны около десяти миллиардов долларов. После 2009 года уже само китайское правительство решило масштабно поддержать эту отрасль, вложив в ее развитие миллиарды долларов, но ее инфраструктура к этому моменту уже была фактически организована, в том числе с нашей помощью, поэтому я без ложной скромности говорю, что часть лавров бешеного успеха солнечной индустрии в этой стране мы можем присвоить и себе.

magnifier.png Считаю, что в ближайшие пять-десять лет монокремний продолжит доминировать; КПД технологии PERC будет повышена более чем на 25 процентов, причем не в лабораторных, а в производственных условиях, а срок их эффективной службы достигнет 25 лет

Если вернуться к Suntech, то в 2013 году часть акций компании выкупила гонконгская Shunfeng International Clean Energy, предоставив серьезные средства для дальнейшего развития китайской компании, и уже к 2015 году Suntech продала 25 миллионов модулей по всему миру, установленная мощность которых составила восемь гигаватт, превысив достижения всех остальных производителей по отдельности.

— Можно ли существенно превысить достигнутый вами предел производительности солнечных элементов в 25 процентов?

— Мы как раз работаем над этим. Считаю, что в ближайшие пять-десять лет монокремний продолжит доминировать; КПД технологии PERC будет повышена более чем на 25 процентов, причем не в лабораторных, а в производственных условиях, а срок их эффективной службы достигнет 25 лет. Я уже не раз говорил, что необходимо больше работать над тем, чтобы научиться подбирать и уметь «накладывать» элементы, выполненные из других материалов, на кремниевые: исследования показывают, что такой подход должен вывести эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую на новый уровень. Мы занимаемся и другими материалами. Например, синтезируем полупроводники, к примеру, из таких распространенных веществ, как олово, медь, цинк и сера. После недолгих исследований мы уже достигли 11-процентная эффективность ячеек, созданных из этих материалов. Пробуем мы комбинации и других элементов Периодической системы. Я убежден, что рано или поздно мы найдем способ значительно повысить эффективность солнечных элементов.

Темы: Интервью

Еще по теме
Руководитель ВНИИФТРИ Сергей Донченко считает, что очередной и не столь далекий технический прорыв человечества будет св...