Экологические проблемы и ограниченные объемы традиционного топлива — угля, нефти, газа — заставляют искать альтернативные источники энергии, безвредные и возобновляемые. С развитием технологий стало возможно использовать солнечные батареи в крупных масштабах — в солнечных электростанциях и энергоустановках. Директор компании «Хевел» Игорь Шахрай рассказал «Хайтеку» про путь солнечной энергетики в России, потенциале отрасли и заблуждениях о том, что в Сибири нет солнца.
Игорь Шахрай — генеральный директор компании «Хевел». В 1997 году окончил Иркутскую государственную экономическую академию по специальности «Экономист», а в 2008-м получил степень MBA в Академии народного хозяйства и госслужбы при Правительстве РФ по направлению «Управление стоимостью компании». В период с 1998 по 2002 годы работал в кремниевой промышленности на производстве, позднее — в экономическом блоке производственных компаний. В июне 2010 года назначен заместителем генерального директора по экономике и финансам «Хевел». С октября 2013 работал директором завода, запустил предприятие ив августе 2015-го стал генеральным директором компании.
Как в Чувашии появилось свое Солнце
Десять лет назад в солнечную энергетику в России никто не верил. Но это было лишь одной из проблем. «Для запуска производства не было ни научной базы, ни нормативного регулирования, ни собственных технологий, ни готовой инженерной инфраструктуры и соответствующих технических регламентов», — вспоминает Игорь. Предстояло выстроить управленческие и финансовые процессы и наладить работу по строительству первого в стране завода по производству солнечных модулей.
Начали изучать зарубежный опыт, хотя и в мире на тот момент солнечная энергетика только начинала достигать значимых результатов в наземном сегменте. Лидерами рынка тогда были Германия и Китай. Аналогичные предприятия в других странах выглядели перспективно с точки зрения бизнеса, отрасль набирала обороты, несмотря на то, что стоимость кремния — основного сырья при производстве модулей — была высокой, а КПД солнечных батарей — относительно низким. Мировые мощности на основе возобновляемых источников энергии росли (в 2005 году общемировой объем солнечной энергии составлял 4,5 ГВт, а в 2011 году — уже 65 ГВт), и это давало уверенность, что в будущем солнечная энергия сможет конкурировать с ископаемым топливом. Поэтому было принято решение открыть завод по производству солнечных батарей в России.
Объемы энергии, производимой солнечными модулями, регулярно растут. Заметный рост начался во второй половине нулевых.
С 2001 по 2009 годы цифры выросли с 1,3 до 23,2 ГВт.
- 2010 год — 40,3 ГВт.
- 2011 год — 70,5 ГВт.
- 2012 год —100 ГВт.
- 2013 год — 138,9 ГВт.
- 2014 год — 179 ГВт.
- 2015 год — 230 ГВт.
- 2016 год — 294,7 ГВт.
- 2017 год — 402,9 ГВт.
Цифры разных источников незначительно отличаются из-за разных баз данных и методик оценки.
По данным Международного энергетического агентства по фотоэлектрической солнечной энергетике, общий мировой объем солнечной энергетики в 2018 году превысил 500 ГВт.
В пятерку мировых лидеров по действующим мощностям входят Китай (176,1 ГВт), США (62,2 ГВт) и Япония (56 ГВт), Германия (45,4 ГВт) и Индия (32,9 ГВт). Если говорить про темпы роста, то пятерка выглядит так: Китай (в 2018 году мощность увеличилась на 45 ГВт), Индия (на 10,8 ГВт), США (на 10,6 ГВт, Япония (на 6,5 ГВт), Австралия (на 3,8 ГВт). Всего в мире уже 32 страны, суммарная мощность солнечных батарей в которых равна или превышает 1 ГВт.
Для строительства площадки выбрали Новочебоксарск (Чувашская Республика). Строили завод с 2011 по 2014 годы. До этого в России производств такого класса не было в принципе. Не существовало нормативной базы и регулирования, все регламенты по работе оборудования приходилось составлять с нуля совместно с Ростехнадзором.
Мировые лидеры по производству солнечных батарей компании
- Yingli Green Energy (YGE), ежегодно выпускающая батареи общей мощностью 2 ГВт.
- First Solar, 3,8 ГВт в год.
- Suntech Power Cо, производственные мощности которых составляют примерно 1,8 ГВт в год.
- Среди российских производителей, кроме «Хевел» (50% рынка), можно выделить «Солар Системс». Имеют них свое производство в Московской области по китайской технологии (основные инвесторы компании — китайцы). Они не продают свои солнечные модули на российском розничном рынке, но строят на них станции. А также .компании «Телеком-СТВ» (Зеленоград), Рязанский завод металлокерамических приборов, «Сатурн» (Краснодар). Также на российском рынке популярна продукция украинской компании «Солнечный ветер».
География подсказала название — «хевел» по-чувашски значит «солнце». Первоначальные инвестиции составили около 20 млрд рублей, это был акционерный капитал и заемные средства. Новая компания стала совместным предприятием Роснано и «Ренова». Через девять лет, в конце 2018 года, Роснано вышла из проекта, продав свою долю акций компании «Реам менеджмент».
Начать с нуля
Первые пять лет был большой дефицит кадров — российские вузы просто не готовили соответствующих специалистов. Не было инженеров, ресурсов, собственной научной базы. Энергетики приходили из «традиционных» отраслей — тепло-, гидро- и атомной энергетики. Персонал в «Хевел» обучали самостоятельно — для этого были разработаны совместные программы обучения в Санкт-Петербургском Государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова (Ленина) и Чувашском государственном университете. Главных технологов и ключевых инженеров дополнительно направляли на обучение в Швейцарию. Первые десять сотрудников трудятся в компании до сих пор, а общий штат уже достиг 1 000 человек.
После пуска завода стало возможным привлекать заемные средства специализированных фондов — Фонда развитии промышленности и Фонда развития моногородов — на развитие и расширение объемов производства под низкий процент.
«Сегодня коммерческие банки спокойно кредитуют проекты по строительству солнечных электростанций, но еще восемь лет назад задача найти банк, который даже при гарантированной доходности предоставит финансирование строительства солнечного парка, казалась невыполнимой», — объясняет Игорь.
Сейчас в структуру «Хевел», кроме Новочебоксарского завода, входят также Санкт-Петербургский научно-технический центр тонкопленочных технологий в энергетике и девелоперское подразделение, которое занимается проектированием, возведением и эксплуатацией солнечных электростанций. Электростанции «Хевел» есть в 23 российских регионах, в том числе: в республике Алтай, Башкирии, Бурятии, Калмыкии, Тыве, Забайкальском крае, на Чукотке, Хабаровской, Астраханской, Оренбургской и Саратовской областях.
Выбор технологии
Сложным этапом стал выбор способа производства модулей. Десять лет назад существовало две базовые технологии: кристаллическая и тонкопленочная.
Принцип работы солнечных батарей строится на преобразовании кристаллическими полупроводниками квантов света в электрический ток. В зависимости от того, какая требуется мощность, площадь батареи может быть от нескольких квадратных сантиметров (в калькуляторах и часах) до сотен квадратных метров (на орбитальных станциях).
При кристаллической технологии сначала получают кремний (выплавляют из кварцевого песка или выращивают из искусственных кристаллов), затем разрезают его на тонкие пластины, спаивают, ламинируют и заключают в алюминиевые рамки. В зависимости от типа кристаллов пластины бывают моно- и поликристаллические.
При тонкопленочной технологии кремневодород напыляется на тонкую подложку слоем менее 1 мкм. Если подложка гибкая, батареям можно придавать разную форму и размещать их на искривленных поверхностях. При этом для работы модуля не требуется прямых солнечных лучей — достаточно рассеянного света. Его можно использовать даже при пасмурной погоде или в условиях запыленности (например, на производстве), но из-за более низкого КПД он занимает гораздо большую площадь, чем кристаллический.
Преимуществом кристаллических модулей был более высокий КПД, зато себестоимость тонкопленочных была значительно ниже, поскольку при их производстве требовалось в 200 раз меньше кремния. В 2009 году, когда запустили производство «Хевел», стоимость кремниевого сырья на мировом рынке достигала $400 за килограмм, поэтому вопрос себестоимости при выборе технологии стал ключевым, несмотря на низкий (9–12%) КПД тонкопленочных модулей.
«Итоговый выбор был сделан после анализа конкурентного окружения, оценки эффективности работы в российских условиях. Важно было учесть потенциал технологии в дальнейшем снижении себестоимости производства, так как ключевая задача состояла в том, чтобы сделать продукцию доступной для российских потребителей», — объясняет Игорь.
Проблемы подсказывают решение
При запуске производства никаких аналогов в стране не было. Освоение отрасли «с нуля» привело к интеграции бизнес-процессов и расширению функционала.
«Мы не только производитель оборудования, но и инженерная компания, которая строит солнечные электростанции и небольшие объекты генерации, и обслуживающая организация, обеспечивающая их эффективную работу, и трейдеры, которые реализуют электроэнергию на оптовом рынке, и ученые, которые непрерывно работают над повышением эффективности и снижением себестоимости технологии, разрабатывают новые решения для расширения сферы применения солнечных элементов — в коммерческом и водном транспорте, сельском хозяйстве, авиационной и космической сферах», — рассказывает Игорь.
К совершенствованию технологий вынуждала и экономическая ситуация. Запуск завода совпал с обвалом на мировом рынке кремния. Это позволило предприятиям, выпускающим кристаллические модули, снизить цены, а заводы, работавшие по тонкопленочной технологии, стали закрываться.
Банкротство грозило и «Хевелу», но помогли инвестиции в собственный НИОКР и авторские разработки. Ученые завода предложили новую технологию на базе гетероперехода. КПД гетероструктурных модулей оказался в два раза больше тонкопленочных (до 23% против 12%).
Здесь возникла другая сложность: надо было сохранить оборудование и перепрофилировать его под выпуск новых моделей по иной технологии. От разработки лабораторного образца нового солнечного элемента до выпуска полноразмерного модуля на заводе прошел год. Потребовалась незначительная модернизация технологической линии, большая часть оборудования была задействована в новом производстве. Его основу составляют плазмохимические реакторы, для которых в процессе модернизации были разработаны специальные паллеты, способные загружать отдельные пластины вместо цельного стекла, как это приходилось делать в рамках предыдущей технологии.
Сейчас новые модули входят в пятерку наиболее эффективных в мире. К преимуществам гетероструктурной технологии кроме высокого КПД относятся низкий температурный коэффициент (модули работают при температуре от -60 до +85 °С) и низкий уровень деградации (рабочий ресурс 25 лет).
Это позволяет увеличить выработку электроэнергии примерно на 15% в течение всего жизненного цикла по сравнению с классическими кремниевыми технологиями, а также сократить расходы на возведение солнечных электростанций за счет уменьшения количества строительных конструкций и вспомогательного оборудования.
Для европейских компаний из сегмента BIPV (Building Integrated Photovoltaics) и VIPV (Vehicle Integrated Photovoltaics), которые специализируются на создании собственных решений на базе солнечной энергетики — от систем освещения до беспилотников на солнечных элементах — принципиальна эффективность, размеры и гибкость элементов. Поэтому они также заинтересованы в гетероструктурных модулях.
Building Integrated Photovoltaics — интегрированные в конструкцию здания фотоэлектрические материалы, которые используют в качестве основного или вспомогательного источника энергии.
Vehicle Integrated Photovoltaics — интеграция фотогальванических элементов в электромобили, что увеличивает их мощность и пробег.
Клиенты и перспективы
Сегодня основной объем всех производимых «Хевел» солнечных модулей — порядка 70% — идет на строительство масштабных солнечных электростанций в России и Казахстане мощностью от 1 до 100 МВт. Еще около 20% — на солнечные электростанции небольшой мощности 15–200 кВт, которые снижают расходы на электроэнергию для бизнеса, инфраструктурных и промышленных объектов, а также в сельском хозяйстве. Примерно 5% покупают владельцы частных домов и предприниматели, которым проще использовать энергию солнца, чем согласовывать условия и платить за техприсоединение к энергосетям. Оставшиеся 5% сегодня экспортируются в европейские и азиатские страны.
Так, в 2019 году «Хевел» заключил соглашение о строительстве солнечной электростанции «Нура» мощностью 100 МВт в Казахстане. В этом же году шведской компании, занимающейся занимающаяся монтажом и обслуживанием энергоустановок для частных домов, «Хевел» поставил партию солнечных панелей.
В России также начались продажи солнечных батарей для частных домов. Этот рынок весьма перспективен: за последний год мощность солнечной генерации выросла на треть. Пока модули покупают в основном жители Краснодарского края (четверть общего объема продаж). Этому способствует высокий уровень инсоляции, большое количество частных домов в регионе и высокая стоимость подключения к энергосетям. На втором месте идет Челябинская область, на третьем — Москва и Московская область (12,8% и 11,7% соответственно). Всего за первое полугодие 2019 года розничные продажи составили более 7 000 модулей.
Говоря о дальнейших планах, Игорь отмечает, что на первом месте стоит наращивание доли экспорта и развитие розничного рынка. По его словам, несмотря на изменившееся отношение к солнечной энергетике, стереотипы о том, что «в России солнца нет», до сих пор популярны. Но некоторые города России превосходят по количеству солнечных дней Средиземноморье. Например, в Иркутске в среднем 200 солнечных дней в году, в то время как в Ницце — 150.
«Многие не верят в эффективность применения технологии, пока не увидят, как это работает у соседа или партнера по бизнесу, — вспоминает Шахрай. — В 2012 году одна из наших первых поездок была в Республику Алтай, где руководство региона помогло с организацией встречи с представителями муниципальных коммунальных служб. Мы рассказывали им о сфере применения солнечной энергетики в ЖКХ, приводили примеры экономии средств. Реакция была, мягко говоря, критичной. Но спустя два года, в 2014-м, вводится в эксплуатацию первая в России сетевая солнечная электростанция в Кош-Агаче».
В «Хевел» рассчитывают, что распространению солнечных модулей в частных домах будет способствовать закон о микрогенерации. Он не только облегчит установку солнечных батарей, но и позволит владельцам продавать излишки энергии на розничном рынке, при этом полученная прибыль не будет облагаться налогом как минимум до 2029 года. Госдума приняла законопроект в третьем чтении в начале декабря, но пока не будут приняты подзаконные акты, сложно сказать, как это повлияет на окупаемость солнечных установок.