Современное состояние мировых фотоэлектрических технологий
Развитие возобновляемых источников энергии стало глобальным приоритетом в решении проблем энергетического перехода и борьбе с изменением климата. Среди возобновляемых технологий фотоэлектрическая (ФЭ) энергетика в последние годы демонстрирует стремительный рост, становясь во многих странах чистым, низкоуглеродным и конкурентоспособным по стоимости источником энергии. Только в 2020 году в мире было введено в эксплуатацию 127 ГВт новых ФЭ-мощностей, в результате чего общая установленная мощность достигла 707 ГВт.
В настоящее время доминируют солнечные элементы на основе кристаллического кремния, а новые технологии набирают популярность.
Фотоэлектрические элементы, являющиеся ключевым компонентом солнечной энергетики, классифицируются по материалам и технологиям на такие типы, как кристаллические кремниевые, тонкопленочные, перовскитные и органические элементы. Кристаллические кремниевые элементы, известные своей высокой эффективностью преобразования, доступностью сырья и экологической безопасностью, остаются основной технологией в крупномасштабном производстве.
Широкое внедрение технологии PERC (пассивированные эмиттер и тыльный слой) значительно повысило эффективность кристаллических кремниевых элементов в последние годы. Одновременно с этим, такие новые технологии, как перовскитные элементы, стали горячей темой исследований во всем мире. В лабораторных условиях эти элементы достигают эффективности преобразования, сопоставимой с кристаллическим кремнием, и хотя их промышленное внедрение продвигается, остаются проблемы, связанные с масштабированием и обеспечением долгосрочной стабильности.
Усовершенствованные фотоэлектрические системы и разнообразные области применения.
Фотоэлектрические системы совершенствуются в точности и масштабируемости. Внедрение систем на 1500 В теперь превосходит более старый стандарт в 1000 В, повышая безопасность и надежность сети, а также улучшая качество выработки электроэнергии. Расширяется сфера применения таких интегрированных решений, как «фотоэлектрические системы + сельское хозяйство», «фотоэлектрические системы + аквакультура» и «фотоэлектрические системы + архитектура». Инновации, такие как микросети и интеллектуальные сети, способствуют дальнейшей интеграции фотоэлектрической энергии с традиционной электроэнергетической инфраструктурой.
Тенденции в глобальных фотоэлектрических технологиях
Страны по всему миру ускоряют инновации по всей цепочке создания стоимости в сфере фотоэлектрической энергетики в качестве стратегического шага для развития новых отраслей. Усилия сосредоточены на совершенствовании материалов, производства и системных решений для снижения затрат и повышения конкурентоспособности.
Основные компоненты фотоэлектрических систем развиваются в направлении повышения эффективности и снижения стоимости.
Кристаллические кремниевые элементы, обладающие хорошо развитой промышленной экосистемой, будут и дальше доминировать в производстве. Будущие улучшения будут сосредоточены на повышении эффективности преобразования, снижении потребления материалов и энергии, а также уменьшении производственных затрат. Такие технологии, как перовскитные и тандемные солнечные элементы, представляют собой следующий рубеж, и значительные инвестиции направлены на улучшение характеристик и стабильности устройств. После решения проблем крупномасштабного применения и надежности ожидается, что перовскитные элементы изменят ландшафт рынка фотоэлектрических элементов.
Расширение областей применения фотоэлектрических технологий.
Страны адаптируют применение фотоэлектрических систем к своим уникальным условиям, продвигая такие разработки, как интегрированные в здания фотоэлектрические системы (BIPV), плавучие солнечные электростанции, сельское хозяйство с использованием фотоэлектрических систем и солнечные навесы для автомобилей. Соответствующие исследования акцентируют внимание на специализированных продуктах, интегрированных технологиях управления и операционной синергии для повышения универсальности и производительности.
Развитие фотоэлектрических технологий в Китае
В период 13-й пятилетки китайские фотоэлектрические технологии значительно продвинулись благодаря быстрому развитию отрасли. Ключевые компоненты, такие как фотоэлектрические элементы и модули, достигли мирового уровня в производстве, а производственное оборудование приблизилось к полной локализации. Интеграция интеллектуальных технологий в фотоэлектрические системы еще больше оптимизировала их производительность.
Технологии фотоэлектрических элементов и модулей мирового класса.
К концу 13-й пятилетки Китай перешел от традиционных поликристаллических ячеек с алюминиевой задней панелью к передовым монокристаллическим PERC-ячейкам. Средняя эффективность преобразования кристаллических кремниевых ячеек увеличилась с 18,5% в начале периода до 22,8%, что отражает скачок в технологиях производства.
Новые технологии, такие как TOPCon (туннельный оксидный пассивированный контакт), HJT (гетеропереход) и IBC (межпальцевой задний контакт), все чаще внедряются в промышленность, при этом китайские предприятия неоднократно устанавливают мировые рекорды по эффективности производства. Аналогичным образом, достижения в области перовскитных технологий позволили китайским исследователям сравняться с мировыми лидерами по показателям эффективности лабораторных исследований, и наблюдается постоянный прогресс в направлении коммерциализации.
Локализованное и современное производственное оборудование.
В Китае произошел переход от низкотехнологичного к высокотехнологичному производству фотоэлектрического оборудования. Высокая степень индивидуализации, автоматизация и цифровизация превращают этот сектор в мощный центр интеллектуального производства. Ключевые компоненты, такие как поликристаллические кремниевые пластины, элементы и модули, теперь преимущественно производятся с использованием отечественных технологий.
Более интеллектуальные и эффективные фотоэлектрические системы.
Новые технологии, включая системы слежения и конструкции на 1500 В, увеличивают выходную мощность фотоэлектрических систем. Интеллектуальные роботы, дроны, анализ больших данных и передовые коммуникационные технологии широко используются для эксплуатации и обслуживания систем, что еще больше повышает их производительность.
Тенденции в сфере фотоэлектрических технологий в Китае
Будучи крупнейшим в мире рынком фотоэлектрической энергии, Китай играет ключевую роль в развитии и внедрении новых солнечных технологий. В дальнейшем страна стремится возглавить глобальные инновации в области промышленных фотоэлектрических технологий.
Повышение эффективности фотоэлектрических элементов.
Кристаллические кремниевые элементы сохранят свое доминирующее положение, а технология PERC продолжит развиваться. Кристаллические кремниевые элементы n-типа, использующие технологии TOPCon или HJT, готовы стать следующим массовым вариантом, как только будет достигнут баланс между их стоимостью и эффективностью. Высокопроизводительные элементы, такие как перовскитные и тандемные элементы, будут способствовать дальнейшему повышению эффективности по мере развития индустриализации.
Усовершенствованные модули с двойным приоритетом: эффективность и надежность.
Технологии, такие как полуячеечные, черепичные и многошинные модули, получат более широкое распространение. Ожидается, что двусторонние модули, обеспечивающие более высокую выработку электроэнергии, станут массовыми, чему будут способствовать новые материалы и технологии герметизации, повышающие долговечность.
Более интеллектуальные и разнообразные фотоэлектрические системы.
Инверторы будут развиваться в направлении увеличения мощности, интеллектуального управления и бесшовной интеграции с системами хранения энергии. Инновации в области интегрированных в здания фотоэлектрических систем и других новых областях применения откроют дополнительные возможности для развития фотоэлектрической энергетики, максимально раскрывая ее потенциал в самых разных сценариях.
