«Состояние и перспектива развития Узбекистана в сфере солнечной энергетики» Турсунов М.Н. доктор технических наук, зав.лабораторией «Полупроводниковые солнечные элементы» Физикотехнического института НПО «Физика-Солнце» АН РУз Начало исследований • Основными материалами солнечных элементов наземного применения являются кристаллический кремний (90 %), арсенид галлия, теллурид кадмия, соединения индия-селена-меди. Используется прямое и концентрированное солнечное излучение. • В 1956 -58 г.г. началась использование кремниевых СЭ в космосе (США и СССР, КПД СЭ на уровне 6-8 %). С этого момента началась интенсивное финансирование НИР по разработке технологий солнечных элементов и фотоэлектрических батарей. В начале для космоса, а затем и для наземного назначения. • С 2007 года по объему производства фотоэлектрических батарей Германия вышла на первое место обогнав Японию. • В настоящее время в год в мире производится более 10 ГВт ФЭБ, в 1984 году производство составляло всего1МВт. За последние 6-8 лет средний рост производства составляет более 30 %. Начало исследований в Узбекистане • • • • • • Основным разработчиком фотоэлектрических систем в республике Узбекистан является Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» Академии наук. В период с 1956 по 1976 гг. в ФТИ проводились исследования фотоэлектрических свойств кристаллического кремния на предмет использования в качестве полупроводниковых приборов различных датчиков, в том числе СЭ. С 1978 года в ФТИ, затем с 1985 года в ОКБ ФТИ проводились работы по разработке технологии изготовления СЭ на основе кристаллического кремния, арсенида галлия, теллурида кадмия. Первые СЭ для изготовления фотоэлектрических батарей с КПД 8-10 % были получены к 1986 году на пластинах кремния (отходах производства интегральных схем на предприятии ПО «Фотон»). В 1988 году была организована опытная линия по изготовлению СЭ и ФЭБ на основе проведенных разработок. В 1989 году было изготовлены 2 первых фотоэлектрических установок мощностью 100 Вт на основе батарей мощностью 10 Вт и реализованы, одна установка в Киргизию в лабораторию академика Акаева А.А., а другая установлена на одном из маяков Северного Ледовитого океана (от г.Мурманска 500 км на северо-восток на острове Б.Медвежий). Солнечные элементы для космоса и специального применения • • • Период 1988-92 годы были выполнены договорные работы с организациями ВПК , НПО «Квант», НИИТП, ОКБ «Фотон» Днепропетровск, НПО «Сатурн» Краснодар. За этот период опытным производством были изготовлены более 100 тыс.СЭ различных размеров и назначений с эффективностью от 10 до 16 %. Экспериментальные батареи, изготовленные на основе этих СЭ проходили испытания в условиях космоса на экспериментальных батареях. Также были изготовлены СЭ на основе разработанной технологии из GaAs с эффективностью 18-22 % для концентрированного солнечного излучения 100 солнц. Были изготовлены более 1000 таких элементов. Эти элементы были близки по параметрам к разработкам ЛФТИ, сотрудников академика Алферова Ж.И. 1991-92 год наши СЭ использовались в 2 небольших шхунах, которые вышли кругосветное путешествие из порта Херсона и Одессы с украинскими путешественниками. Батареи были использованы в качестве источника питания узла связи. Солнечные элементы для космоса и специального применения • 1987-89г.г. В отделе «Фотоэнергетика» ОКБ НПО «ФизикаСолнце» работали более 40 сотрудников средний возраст которых едва превышало 30 лет, из них 5 канд.наук возраст, которых было менее 45 лет. На основе договоров были разработана мобильная фотоэлектрическая станция мощностью 150 Вт, установленная на тенте автомобиля ГАЗ-66 для геологов Навои (1992 г.). • В1992-93г.г. были разработаны концентраторные СЭ для кратностей солнечного излучения 10, 20,50 и 100 солнц на основе монокристаллического кремния и достигнут результат на одном элементе с диаметром 76 мм около 38 А тока и более 18 Вт мощности (1993 г.). • 1994-2000 г.г. Были разработаны и изготовлены фотоэлектрические батареи и установки различной мощности и назначения. Разработка установок адаптированных к условиям Узбекистана • С 2000 года основное усилия были направлены на разработку и изготовление эффективных СЭ и фотоэлектрических установок, адаптированных непосредственно к условиям регионов республики. • Была разработана технология изготовления СЭ на основе кристаллического кремния с КПД более 16 % и на их основе разработаны и изготовлены ФЭУ. • Реализованы более 40 ФЭБ мощностью 10, 25, 50 Вт в качестве учебных пособий кафедрам физики ВУЗов и физическим лицам. Производство ФЭБ с применением зарубежных элементов • В связи с тем, что оборудование опытного производства ФТИ была устаревшая (производства 80 годов ), площадь СЭ составляла 40 см эффективность ФЭБ не превышала 10 % и была низкая производительность, не было для модернизации. • Возникли проблемы с наличием кремниевых пластин и приобретением некоторых комплектующих на местном рынке. • было решено переходить на комплектацию ФЭБ СЭ зарубежных стран, то есть, приобретение структур и разработка технологии изготовления ФЭБ на этой основе. • Другая идея состояла в том , чтобы провести работы совместно с малыми предприятиями. • В настоящее время мы работаем более, чем 7 (4 малых предприятия созданы с участием наших сотрудников) предприятиями по разработке различных установок и их комплектации. Спрос на фотоэлектрические установки • Начиная с 2010 года возрос спрос на фотоэлектрические установки. В этих условиях малые предприятия начали более активно работать. Увеличился доля более мощных установок. Появилась спрос также на комбинированные установки ветро – фотоэлектрические установки (ООО «Интеллект диалог»). Приобретено и запущено современное оборудование по ламинированию СЭ ООО «Мир Солар», что в несколько раз увеличивает производительность. Однако, наряду с этими производственными предприятиями действуют также фирмы торгующими фотоэлектрическими батареями и установками зарубежного производства, не учитывающими климатические условия республики. • В 2011 году (январь- ноябрь) в республике изготовлено более 120 кВт ФЭБ. Однако, реализованных за счет привозных, повидимому раза два больше. • Возникло трудности с комплектацией установок АБ. Наши разработки и предложения • • • • • • • Мы предлагаем следующие разработки, учитывающие местные климатические условия, для внедрения через работающие малые предприятия или создаваемые совместные предприятия: Фотоэлектрические системы для использования в качестве зарядных устройств сотовых телефонов, ноутбуков мощностью 5- 50 Вт. Фотоэлектрические установки для использования в качестве источников питания бытовых и хозяйственных приборов, систем освещения мощностью 150- 500 Вт. Фотоэлектрические системы для обеспечения энергией при переработки сельскохозяйственной продукции (молока, мясо, шерсти и другие) мощностью 500-1500 Вт. Автономные фотоэлектрические системы водоподъема из колодцев для орошения полей с применением ресурсосберегающей технологии (мощность фотоэлектрической части 1000- 5000 Вт). Автономные мобильные многофункциональные фотоэлектрические системы экстренного обеспечения энергией объектов, удаленных от централизованных источников энергии (мощность ФЭС 2000- 10000 Вт). Переносные комбинированные фототеплопреобразовательные установки электрической мощностью 100-200 вт и производительностью горячей воды с температурой до 50 градусов 30-50 литров в час. Наши разработки и предложения • • • Имеется определенный опыт работы, в настоящее время успешно работает организованное совместное узбекско-корейское малое предприятие ООО «HI-TECH SOLAR». Корейская сторона нам представляет комплектующие (СЭ, ТЭ и др.). Нами разработана технология изготовления ФЭУ, адаптированных к местным условиям регионов республики. Планируется внедрение и коммерсализация новых разработок через данное малое предприятие. Изготовление фотоэлектрических установок на малом предприятии «HI-TECH SOLAR» в 2011 году увеличился в 3 раза. Некоторые из совместных разработок демонстрировались на выставках в Ташкенте, и также в Корее. Считаем, пришло время провести модернизацию нашего производства для увеличения производства фотоэлектрических батарей 20-30 раз и довести до 500-600 кВт в год. Для этого необходимо финансирование в пределах 100-150 тыс.долларов США для приобретения некоторого технологического оборудования. У нас для реализации этих планов есть высококвалифицированные кадры с опытом работы более 30 лет и молодые кадры, обученные нами, также и достаточно площади. Разработан и изготовлен опытный образец ФТП -1 для корейских партнеров, фотоэлектрическая часть была выставлена на выставке 2011 г. ФЭУ мощностью 350 Вт, установленная в 2005 году (Аяз-калъа) ФЭУ мощностью 140 Вт для бытовых нужд Текущие научно-исследовательские проекты, выполняемые в 2012 году Будет проводится научные исследование по фундаментальному и прикладному проектам, посвященных вопросами увеличения эффективности СЭ и ФЭБ на основе кристаллического кремния. Создана новая комбинированная ФТП установка и получен 2 патента и подана следующая заявка на патент. • Выполняется инновационный проект на подъем воды из колодцев с использованием ФЭУ в южных регионах республики. • Подан инновационный проект совместно с ОАО «Ташкентский Тракторный Завод» на создание мобильной установки экстренного обеспечения энергией в форс-мажорных ситуациях. Преграды • Государство создало различные приоритеты (льготы) производителю, однако, пока мало льгот для покупателей и потребителей. • Бюджетные организации, такие как ФТИ, «связаны по рукам» из-за необходимости получать разрешения Казначейства для проведения каждой финансовой операции по хоздоговорам. • Мало частных спонсоров или организаций вкладывающих капитал в научные разработки. • Нет современного технологического оборудования как для проведения научных исследований, так и для производства.