Skip to main content
13 Сентября 2018  22

Как конкурировать с мировыми лидерами

Как конкурировать  с мировыми лидерами

Создание вертикально-интегрированной производственной цепочки по обработке сырья, повышению качества и получению высокоэффективных солнечных элементов и модулей на основе гетеропереходной и SmartWire технологий стала основой для интеграции целевых отечественных технологий с передовыми мировыми практиками в области солнечной энергетики. 

Алексей Назаров, Алматы

Следующий этап заключается в отладке установленного оборудования и выведении его на производственную мощность, что позволит сделать солнечную энергетику более доступной для создания «зеленой» экономики Казахстана, считает руководитель лаборатории фотоэлектрических явлений и приборов в Физико-техническом институте Казахского национального исследовательского технического университета имени К. И. Сатпаева Нурлан Токмолдин. Проект «Создание инновационной вертикально-интегрированной технологической линии по производству кремниевых солнечных элементов и модулей с рекордными параметрами с использованием гетероперехода «кристаллический кремний – аморфный кремний», технологии SmartWire и безрамной конструкции «стекло на стекле» был представлен на Международной выставке ЭКСПО-2017. На этом грандиозном смотре передовых технологий в области возобновляемых источников энергии казахстанские разработчики представили свой проект в виде видеоролика. В нем они рассказывали об отечественных инновациях, связанных с двумя технологиями – получением металлургического кремния и специальных интерметаллических сплавов. 

Примечательно, что руководитель проекта, выпускник докторантуры PhD Imperial College London по программе «Болашак» продолжает детище своего отца Серекбола Жарылгаповича Токмолдина, заслуженного деятеля РК, Лауреата Государственной премии РК, ученого, который стоял у его истоков и привлек прямые инвестиции на сумму 3,5 млн долларов США из Саудовской Аравии. 

Задача проекта – не только создать солнечные батареи, мощнее ныне представленных на рынке, но и объединить в одну технологическую цепочку весь процесс от заготовки сырья до выпуска самих модулей. Воспроизводимость технологии является одной из важнейших характеристик ее эффективности. Сегодня в Физико-техническом институте создан опытно-технологический участок по изготовлению гетеропереходных кремниевых солнечных элементов промышленного размера. К слову, эта технология в настоящий момент демонстрирует рекордную в мире эффективность среди кремниевых батарей. Сегодня коэффициент полезного действия (КПД) традиционного фотоэлемента, используемого в солнечной энергетике, составляет в среднем 15-18%, а линия, созданная в лаборатории Физико-технического института, позволит выпускать фотоэлементы с повышенным КПД, свыше 21%. Кроме того, при работе эти элементы менее подвержены воздействию высоких температур.

– Казахстанские ученые ориентируются на самые передовые технологии, какой в настоящий момент является технология гетероперехода – кристаллический кремний и аморфный кремний. Объединение этих двух различных по природе материалов позволило получить высокую эффективность солнечных элементов, – говорит Нурлан Токмолдин.

Следующий этап заключается в отладке установленного оборудования и выведении его на производственную мощность. Руководитель проекта считает, что полупромышленный масштаб лаборатории позволяет отрабатывать все процессы и оценивать экономическую привлекательность этой технологии для ее дальнейшего масштабирования. Кроме этого, она служит полигоном для подготовки квалифицированного персонала и обучения студентов, проведения научно-исследовательских работ, а также опытно-конструкторских разработок. Весь процесс производства разделен на несколько этапов. Ключевой технологический этап на основе казахстанских разработок – получение и очистка кремния из обычного песка, богатого кварцем. Песок, известь и фторид кальция смешивают, плавят в печи и получают кремний повышенной чистоты. Приблизительно таким же образом получают интерметаллические сплавы для синтеза газообразного силана.

– Уникальность нашего проекта в том, что мы смогли разработать «ноу-хау» технологию получения кремния из кварцевого песка, а также получения и очистки газообразного силана, ценнейшего сырья для полупроводниковой микроэлектроники и солнечной фотоэнергетики, – подчеркнул руководитель лаборатории.

Изготовление солнечных элементов, из которых состоят солнечные батареи, вырабатывающие электричество, производят в отдельной лаборатории на специальном оборудовании. При полной нагрузке этой линии можно производить от 100 кВт до 1 МВт солнечных элементов в год. Серьезную поддержку в создании этой линии оказало Национальное агентство по технологическому развитию РК, которое оценило потенциал этой технологии и ее дальнейшего применения. Выпуск солнечных элементов высокой эффективности – серьезная заявка Физико-технического института, который при реализации проекта смог наладить эффективное сотрудничество с учеными из России, Европы и Саудовской Аравии. Проект имеет чисто практическую направленность. 

– Имея опыт научно-исследовательской работы в рамках своей докторской диссертации в Великобритании, я получил возможность сравнить исследования, проводимые в Физико-техническом институте, с мировыми разработками. С полной ответственностью могу сказать, что уровень казахстанских работ показался мне намного выше. Вертикально-интегрированное производство – это не одна технология, а несколько, – отметил молодой ученый.

Нурлан и его коллеги едины во мнении, что только солнечная энергетика, как основа возобновляемой энергетики, способна вытеснить все традиционные технологии получения электричества. Не использовать огромное количество солнечной энергии для получения полезного электричества, при всех современных знаниях и технологическом уровне, просто неразумно. Не важно, сколько будет стоить эта технология в данный момент. К примеру, в Исландии, которая сегодня является лидером по производству геотермальной энергии, первые альтернативные электростанции были довольно дорогими. Но они поставили перед собой цель отказаться от нефтяной зависимости и развивали эти технологии. Сегодня электроэнергия, получаемая этим способом, является одной из наиболее дешевых в мире. То есть эффект масштаба и совершенствование технологий позволили снизить себестоимость. Опыт Европы и США последних лет в области солнечной энергетики показывает, что конкурировать с Китаем сложно. Поэтому любой стране, имеющей амбиции конкурировать в этом направлении, необходимо развивать что-то уникальное и высокотехнологическое.

– Мы пытаемся развивать свой уникальный концепт развития солнечной энергетики, ориентируясь на вертикальную интеграцию наиболее перспективных технологий, для того, чтобы в будущем иметь возможность на каждом технологическом этапе работать над уменьшением себестоимости и тем самым конкурировать с мировыми лидерами, – подчеркнул Нурлан Токмолдин.

По словам молодого ученого, подобная технологическая линия является уникальной на территории СНГ, аналогичные технологии в настоящее время развиваются только в России и в самых развитых странах мира. Создание опытно-технологического участка по изготовлению высокоэффективных солнечных элементов было профинансировано в рамках реализации научно-технической программы «Разработка чистых источников энергии РК на 2013-2017 годы» МОН РК при поддержке Национального агентства по технологическому развитию РК, а также Британского Совета.