Современное состояние солнечной энергетики. В последнее время во всем мире наблюдается тенденция к росту энергопотребления, что обусловлено стремительными темпами развития мировой экономики. В свою очередь, также наблюдается спад цен на оборудование солнечных систем наряду с ростом числа производителей. Тем не мене, в связи с сокращением льготных тарифов по закупке альтернативной энергии в Европе, в связи с последствиями экономического кризиса, наблюдается спад «зеленых» программ и проектов в области солнечной энергии в таких странах как Германия, Франция, Италия и Греция, а также других странах Евросоюза. Многие предприятия ликвидируются или сокращают объемы производства, некоторые – переводят их в страны с действующими субсидированными тарифами на электроэнергию. Это, в свою очередь, вызвало появления на вторичном рынке большого количества промышленного оборудования: как самих модулей, так и технологических линий для их производства. Причем, среди числа такого оборудования представлены системы высокого качества производства компаний 1-го эшелона по довольно приемлемым ценам. Это в свою очередь вызвало появление в некоторых странах СНГ (Россия, Казахстан, Украина и др.) с действующими «зелеными» тарифами компаний-производитилей и инсталаторов, а также дочерних предприятий первичных европейских холдингов, которые ориентировали свою деятельность на конкретные местные проекты, и таким образом могут обеспечить условия и требования по местной составляющей производства в этих странах. Наряду с постоянно оптимизирующимися технологиями производства Китайських и Корейських компаний-производителей солнечных панелей, которые являются освновными конкурентами европейських и американских технологий, все это создало довольно благопритные условия для бизнес-проектов в солнечной и ветровой энергетике в странах СНГ. По мнению множества отечественных и зарубежных экспертов в этой области рынок альтернативной энергии, которая закупается по субсидированным тарифам, будет актуален до 2015-2017г. Множество местных компаний пытаются достичь точки окупаемости до этого периода, так как по прогнозам и согласно требований законов по закупке энергии из альтернативных источников, льготные тарифы будут снижены согласно сохранившейся тенденции в Европе и США при росте числа распределенных малых генераторов (альтернативных электростанций) в общих энергосистемах.
Однако «энергетическая безопасность» рассматривается промышленно развитыми странами мира, как элемент национальной безопасности, и безусловное обязательство государства - обеспечить экономический рост вне зависимости от наличия энергетических ресурсов и цен на них. Поэтому, развитие технологий энергосистем государств будет осуществляться по пути и модели развития информационных систем и сетей – от централизованных магистралей – к распределенной сети генераторов и потребителей. В будущем электрические сети будут иметь множество распределенных генерирующих узлов, смешанных с большим числом потребителей.
Поэтому, наряду с ветровой и гидроэнергетикой, актуальной областью остается солнечная энергия. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, только за неделю превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. По терминологии, принятой в ООН, все виды энергии, в основе которых лежит солнечная энергия, называются возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). Использование энергии возобновляемых (альтернативных) источников (энергии Солнца, ветра, биомассы, геотермальной энергии, энергии морей и океанов) является приоритетным.
За тридцать лет практического использования энергии возобновляемых источников ее объем ежегодно увеличивается. Наиболее бурно в мире развивается ветроэнергетика – в среднем около 50 % прироста ежегодно, солнечная энергетика до 33%, геотермальная и водная - более 8%. Сегодня 19% производства мировой энергии обеспечивают возобновляемые источники.
Современные разработки и исследования в области солнечной энергии. По данным анализа актуального состояния науки и техники ведущего ресурса Sciencedaily.com, в последнее время ведутся разработки более дешевых и технологичных решений солнечной энергетики с использованием дополнительных собирающих зеркал и полимерных фотоэлектрических ячеек. Для достижения целей американской программы SunShot Initiative (цель программы – уравнивание цен на обычную, традиционную электроэнергию и энергию от солнечных батарей до 2020года) многими научными и инжиниринговыми организациями ведутся разработки с использованием зеркал, собирающих солнечный свет из незадействованных площадей. Таким образом, увеличивается выходная выработка электроэнергии примерно в 1.5-2 раза, в зависимости от материала ячеек. При этом обеспечивается удешевление солнечной системы на 25-40%. Однако, не до конца исследованными остаются вопросы надежности солнечных панелей при освещении их световой интенсивностью, вдвое большей от технических требований. Поэтому большая часть исследований направлена на поиск и синтез материалов с малой степенью деградации и разработки методов повышения надежности и долговечности уже существующих технологий. Также в большей части проектов используется концентрационные фотоэлементы CSP (Concentrating Solar Power) на основе арсенида галлия (GaAs), что позволяет повысить также и общий энергетический КПД системы.
Кроме этого, все так же соблюдаются тенденции интенсивных научных исследований в области нанотехнологий и их прикладного применения в солнечной энергетики. Уже построены и выпущены первые промышленные партии фотопанелей на базе улучшенных материалов с применением наноструктуризации слоев и нанокремниевых примесей, а также покрытий из наноматериалов, уменьшающих отражения излучения и деградацию активного материала. Такие образцы способны конвертировать излучение Солнца в электричество с большей эффективностью на 40-70%, по сравнению с традиционными, однако имеют пока меньшие показатели технологичности (сложно производить) и меньшую надежность при большей цене. Поэтому ведутся разработки и поиск эффективных решений в области снижения цены на эти технологии. Недавно был разработан новый метод синтеза нанокристалов для солнечных батарей, который позволил собирать большее количество света на поверхности. Этот метод описан в статье, опубликованной в известном Международном научном журнале Visualized Experiments, где основной акцент делается на жидкофазном синтезе двух нанокристаллов, из газообразного водорода при электролизе. Основным преимуществом этого метода является повышение поглощения света неорганическими связями при помощи катализатора. Однако, при этом, в отличии от известных аналогичных способов повышения поглощения, солнечные батареи являются значительно более надежными на протяжении длительного времени эксплуатации.
Согласно новому недавнему исследованию химика Сяо Ян Чжу из Техасского университета в штате Остин (США), может быть существенно увеличен КПД обычных кремниевых солнечных батарей с помощью применения новых механизмов преобразования солнечной энергии и удвоение числа электронов, получаемых из одного фотона солнечного света, благодаря использованию органического пластикового материала. Максимально достигнутая эффективность кремниевой солнечной батареи из тех, что используются в настоящее время, составляет примерно 31 % (в лабораторных условиях), потому что большая часть солнечной энергии, падающей на элемент, обладает слишком высоким значением отношения интенсивности к площади поверхности преобразования. Большая часть энергии вместо полезного действия теряется путем перехода в тепло. Новый механизм преобразования отлавливает «горячие» электроны, что позволяет потенциально увеличить эффективность преобразования солнечной энергии в электричество до уровня в 66 % от начального. Ученые отметчают, что применение такого механизма могло бы увеличить эффективность солнечных батарей на 44 % без необходимости фокусировки луча света, что открыло бы более широкие возможности использования этой солнечной технологии.