В 1980-х годах началась глобальная гонка: найти более эффективный способ преобразования энергии солнца в электричество.
Около 30 лет назад исследовательская группа в Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) совершила прорыв, названный кремниевым солнечным элементом PERC. Эти элементы стали самой распространенной технологией производства электроэнергии с точки зрения ежегодно добавляемой в мире мощности - с удобством превосходящей возможности ветра, угля, газа, гидроэлектроэнергии и других.
PERC расшифровывается как "пассивный излучатель" и "задняя ячейка". К концу этого года технология PERC позволит сократить около 1 % мировых выбросов парниковых газов за счет вытеснения сжигания угля. Предполагая, что ее быстрый рост продолжится, она должна снизить выбросы парниковых газов на 5% к середине 2020-х годов и, возможно, намного больше в последующие годы.
Ужасные кустарниковые пожары в Австралии этим летом, усиленные самым жарким и сухим годом за всю историю 2019 года, подчеркивают необходимость срочного сокращения выбросов парниковых газов. Безусловно, наиболее эффективным способом является вытеснение угля из электроэнергетических систем за счет очень быстрого использования солнечной энергии и ветра.
Скоро это изобретение будет производить половину мировой солнечной энергии. Это уместное напоминание о способности Австралии находить преобразующие технические решения для борьбы с изменением климата. Но для этого нужна правильная правительственная поддержка.
Солнечные батареи преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество без движущихся частей. Более эффективные солнечные элементы, как правило, производят более дешевое электричество, потому что для заданной мощности солнечной энергии требуется меньше солнечных элементов, стеклянных крышек, транспорта, земли и опорных конструкций.
К началу 1980-х годов эффективность лучших лабораторных фотоэлементов в мире достигла 17%. Это означает, что 17% солнечного света было преобразовано в электричество, а остальная (83%) солнечная энергия была потеряна (в виде тепла).
В 1980-х годах наша исследовательская группа на UNSW во главе с Мартином Грином и мной самой создала серию кремниевых солнечных батарей с рекордной в мире эффективностью. Мы сообщили о 18% эффективности в 1984 году, 19% эффективности также в 1984 году, а также о важной вехи 20% эффективности в 1986 году.
Этот новый, более эффективный элемент был лучше старых, потому что мы устранили некоторые дефекты на поверхности кристалла кремния, что привело к более низким электронным потерям. Конструкция PERC также позволила нам более эффективно улавливать солнечный свет.
В 1990-х годах на UNSW были произведены дальнейшие усовершенствования лабораторных ПЭРХ-ячеек, что привело к ячейкам в диапазоне эффективности 24-25%. Мировой рекорд эффективности кремниевых солнечных батарей оставался на UNSW до недавнего времени.
Между разработкой PERC-элементов и их быстрым коммерческим внедрением, начавшимся в 2013 году, существует 25-летний разрыв. За это время многие работали над адаптацией конструкции PERC к коммерческому производству.
Ячейки из PERC более эффективны, чем предыдущие коммерческие ячейки. В последнее время появились сильные стимулы к использованию более эффективных элементов в связи с постоянным снижением доли расходов на элементы в общей стоимости солнечных энергосистем (включая транспортные, наземные и монтажные системы).
В настоящее время солнечная энергия составляет более 40% от чистого прироста новых электрогенерирующих мощностей, при этом баланс составляют ископаемые, ядерные, ветровые, гидро- и другие возобновляемые источники энергии.
Солнечная энергия растет быстрее, чем другие технологии производства электроэнергии. Со временем, по мере вывода из эксплуатации электростанций, работающих на ископаемом топливе, солнечная (и ветровая) энергия будет доминировать в производстве электроэнергии, что приведет к значительному сокращению выбросов парниковых газов.
Солнечная энергия на протяжении десятилетий демонстрирует устойчивый экспоненциальный рост, в то время как другие генерирующие технологии в настоящее время переживают статический, падающий или ничтожный уровень продаж.
В этом году будет продано достаточное количество солнечных модулей PERC для выработки 60-70 гигаватт электроэнергии. Согласно прогнозам, в середине 2020-х годов PERC достигнет трех четвертей годового объема продаж солнечных модулей, что достаточно для того, чтобы соответствовать приросту генерирующих мощностей от всех других технологий вместе взятых.
На сегодняшний день продано модулей PERC на сумму около 50 миллиардов долларов США. Ожидается, что в конце этого десятилетия она достигнет нескольких сотен миллиардов австралийских долларов.
