Преимущества и недостатки: тонкопленочная и кристаллическая кремниевая генерация электроэнергии

Солнечная энергия — краеугольный камень глобальных стратегий возобновляемой энергетики. Тонкоплёночные солнечные батареи основаны на лёгких и гибких элементах, в то время как кристаллический кремний ориентирован на эффективность, но требует более толстых панелей. Ниже представлено подробное сравнение:

I. Тонкопленочная генерация энергии
Преимущества:

1. Эффективность материалов и производства

• Использует 1–5% полупроводникового материала по сравнению с кремнием.

• Простота изготовления, низкое потребление энергии и непрерывное производство на больших площадях.

• Подложки: недорогие варианты (стекло, нержавеющая сталь, полимеры).

2. Технические инновации

• Несколько маршрутов: CIGS (селенид меди, индия, галлия), CdTe, аморфный кремний.

• Гибкие модули позволяют использовать новые приложения (например, изогнутые поверхности, портативные устройства).

3. Эффективность в реальных условиях

• Превосходная реакция на слабую освещенность (например, в пасмурные дни, на рассвете/сумерках).

• Меньший разрыв между поколениями при солнечных/пасмурных днях по сравнению с кремнием.

4. Приложения

• Идеально подходит для электростанций в пустыне, интеграции зданий (BIPV), солнечных навесов для автомобилей и «солнечных домов».

Недостатки:

1. Низкая эффективность

• Средний коэффициент конверсии: ~8% (против 17–26% у кремния).

2. Высокие первоначальные затраты

• Инвестиции в оборудование/технологии: в 5–10 раз выше, чем в кремний.

3. Проблемы урожайности

• Модули из немикрокристаллического кремния: выход ~60%.

• CIGS (верхний уровень): выход годных ~65% (по сравнению с 95–98% у кремния).

II. Генерация энергии на основе кристаллического кремния

Преимущества:

1. Высокая эффективность

• Коммерческие панели: коэффициент конверсии 17–26% (монокристаллические > поликристаллические).

2. Зрелая технология

• Стабильные процессы, минимальная потребность в частых обновлениях.

3. Высокопроизводительное и экономичное оборудование

• Выход монокристаллов: >98%; поликристаллов: >95%.

• Отечественное оборудование удовлетворяет большинство потребностей производства.

• Смягчение: качественные бренды повышают надежность.

Недостатки:

1. Риски цепочки поставок

• Волатильность цен на поликремний (например, 2021–2023 годы: цены выросли на 300%).

2. Воздействие на окружающую среду

• Энергоемкое производство; высокий углеродный след.

• Риск изменения политики (например, налога на выбросы углерода).

3. Материальные ограничения

• Жесткие, тяжелые панели ограничивают гибкость монтажа.

Ключевое техническое сравнение

Заключение: критические компромиссы

• Тонкоплёночные материалы отличаются гибкостью, эффективностью при слабом освещении и эстетичным внешним видом, но уступают по эффективности и производительности. Лучше всего подходят для: интеграции в здания, проектов с ограниченным пространством и суровых условий.

• Кристаллический кремний обеспечивает эффективность и надёжность, но страдает от деградации и жёсткости. Подходит для: крупных ферм, регионов с высокой солнечной активностью и проектов с ограниченным бюджетом.

Долгосрочная ценность: хотя тонкопленочные технологии требуют более высоких первоначальных затрат, их практически нулевая деградация (по сравнению с потерей 10–20 % у кремния за 25 лет) может обеспечить превосходную окупаемость инвестиций в течение срока службы в приложениях, где приоритет отдается долговечности, а не пиковой эффективности.

Источники данных: NREL, IRENA, EU PVSITES, Институт Беккереля.