ФЭУ мощностью 350 Вт, установленная в 2005 году (Аяз

«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.