Гибкие солнечные батареи: необходимость взять фору в соперничестве с Китаем при нерешенных задачах функциональности и стоимости (Часть 2)

Эффективность генерации

Технологию, которая лежит в основе гибких солнечных батарей (перовскитовых батарей), разработали японские ученые. Более того, в основе генерирующего материала в таких батареях используется йод, который можно получать в своей стране, причем Япония располагает выдающейся технологией его производства. Именно этим и объясняется то, что в рамках своей промышленной политики правительство страны стремится к развитию данной технологии, пусть она и требует субсидировать исследования и разработки.

Но прежде, чем выйти на траекторию уверенной реализации данной технологии в товарном виде, предстоит преодолеть ряд остающихся сложностей. Одна из них – эффективность генерации (КПД), то есть насколько много электроэнергии удается получать из используемого солнечного света. Вот как это объясняет Мураками Такуро, который возглавляет исследовательскую группу органических солнечных батарей в Национальном институте передовых промышленных наук и технологий.

«Чем меньше размеры солнечной батареи, тем выше эффективность выработки электрической энергии. В научных статьях и других материалах сообщается о высокой величине коэффициента генерации гибких солнечных батарей в 25–25%, когда речь идет о маленьких батареях – квадратиках величиной в несколько миллиметров. Если же говорить о реализации технологии в коммерческом продукте, то чем больше размеры батареи, тем выше оказывается величина электрического сопротивления; внутри материала возникают пустоты, и эффективность генерации падает».

Фактически эффективность выработки у гибких солнечных батарей компании Sekisui Chemical при квадратной форме со стороной в 30 сантиметров составляет максимум 15%, а у батарей Toshiba площадью 703 квадратных сантиметра – 16,6%. В институте это относят к задачам для дальнейшей работы, поскольку «в нынешнем состоянии эффективность генерации перовскитовых солнечных батарей даже ниже, чем у имеющихся кремниевых».

Защита от влаги

Помимо этого, гибкие солнечные батареи очень уязвимы перед сыростью. В отсутствие защитного слоя достаточно просто прикоснуться к рабочей поверхности или дохнуть на неё – и она тут же меняет цвет и приходит в непригодность.

Чтобы оградить генерирующий слой от влаги, его покрывают защитной пленкой, в связи с чем возникает проблема ее качества. «Это может показаться удивительным, но если, к примеру, делать защитную пленку из полиэтилентерефталата – материала для производства пластиковых бутылок – то один квадратный метр такой PET-пленки за сутки пропустит несколько десятков граммов воды. Для того, чтобы использовать данный материал в гибких солнечных батареях, необходимо уменьшить его влагопроницаемость в сто тысяч раз», – поясняет Мураками.

Слева: лаборатория Национального института передовых промышленных наук и технологий; справа: для того, чтобы поддерживать в лаборатории влажность на уровне не более 1%, в соседнем помещении пришлось установить крупный удалитель влаги (снимки сделаны автором статьи)

Защитная пленка со столь специфическими характеристиками – «главный фактор высокой стоимости всего изделия, и каждый производитель батарей изо всех сил бьется над тем, чтобы найти способ ее удешевить». Так комментирует положение руководитель группы разработки перовскитовых солнечных батарей компании Toshiba Energy Systems Асатани Цуёси. Вдобавок, влага проникает через малейшие зазоры в клее, которым крепится защитная пленка. В компании Sekisui Chemical проникновение влаги предотвращают за счет собственной уникальной разработки – «запечатывающей» технологии.

Солнечная батарея эксплуатируется в суровых естественных условиях – наряду с солнечными лучами она подвержена воздействию дождей и ветров. Если долговечность нынешних кремниевых батарей с их стеклянной защитной оболочкой составляет 25 лет, то у гибких солнечных батарей на данный момент она не превышает 10-ти. Компания Sekisui Chemical рассчитывает довести долговечность «до 20 лет уже в следующем году».

Болезненный урок с кремниевыми батареями

Хотя с технологической точки зрения новые батареи еще находятся в стадии разработки, компаниия Sekisui Chemical решилась выпустить этот товар в продажу в 2025 году, а Toshiba – на раннем этапе 2025-30-х финансовых годов. Толчком для этого послужило то, что премьер-министр Кисида Фумио, выступающий под знаменами декарбонизации, поставил целью практическую реализацию «в 2025 году».

Но самой главной причиной спешных усилий по реализации технологии в товаре выступает борьба за отрыв от зарубежных конкурентов. Помимо того, что китайская компания «ДаЧжэн» в 2023 году приступила к созданию линии для крупномасштабного производства, одно из венчурных предприятий Оксфордского университета в Великобритании планирует массовое производство с 2025 года. Хотя это и не означает, что зарубежные производители обязательно предложат в эти сроки конкурентную продукцию, японские предприятия уже не могут рассчитывать на то, что они будут располагать временем, позволяющим им выпустить в продажу готовую продукцию только тогда, когда она будет доведена до совершенства.

Даже если им удастся вкусить плоды первенства, в дальнейшем ожесточенного соперничества не избежать. Японии уже довелось испить чашу горького опыта в случае с кремниевыми солнечными батареями. До 2000-2007 годов она занимала на международном рынке первое место, а в какой-то момент ее доля достигала 50%. Но с 2008 года рынок заполонила дешевая китайская продукция, и сейчас по всему миру, в том числе и в Японии, в подавляющем большинстве продаются китайские изделия.

Японские предприятия располагают рядом превосходящих технологий в солнечных батареях нового типа, но для того, чтобы не повторилось то, что уже произошло в свое время с кремниевыми солнечными батареями, требуется, в отличие от прошлого, заручиться усиленной поддержкой на пути к массовому производству со стороны правительства и одерживать победу как качеством продукции, так и ее ценой, подчеркивает Морита Такэхару, руководитель проекта солнечных батарей компании Sekisui Chemical.

Логика менеджмента и намерения властей

Поскольку у гибких солнечных батарей при всей дешевизне генерирующего вещества как такового очень дорого обходятся защитная пленка и другие периферийные материалы, начальный этап производства сопряжен с очень большим бременем инвестиций в производственное оборудование, что оборачивается высокой стоимостью. К тому же, поскольку еще только продолжаются разработки для повышения долговечности и КПД, в случае соперничества за одно и то же место под солнцем с нынешними кремниевыми батареями, вызывает опасения то, что ценовая конкуренция может вынудить продавать новинку в убыток.

Компании-производители как одна приводят в качестве аргумента в пользу приобретения гибких солнечных батарей возможность их установки в тех местах, где невозможно поставить кремниевые батареи, то есть, словами руководителя группы стратегии бизнеса солнечных батарей нового поколения компании Toshiba Energy Systems Сакураи Юсукэ, «целью является рынок, отличный от кремниевого». На данном этапе каждая компания, по-видимому, присматривает сравнительно нишевые рынки, где покупатели смогут приобретать продукцию по ценам, сопоставимым с ее стоимостью. Если же удастся в какой-то мере расширить этот спрос и выйти на массовое производство, то это позволит и сократить издержки.

С другой стороны, как признаются осведомленные лица, «правительство отнюдь не молчит» в ответ на логику менеджмента, ориентированную на занятие «нишевых углов». Ставя целью декарбонизацию к 2050 году, правительство стремится «максимально возможно задействовать в качестве главного источника электроэнергии» (как заявляется в Базовом энергетическом плане) энергетику возобновляемых источников, и в отношении солнечных батарей нового типа оно также подчеркивает стремление добиться не частичного, а как можно более широкого распространения. Таким батареям отводится важное значение и с точки зрения обеспечения энергетической безопасности, поскольку практически все сырье, включая йод – национального производства.

«Если действовать в соответствии с указаниями правительства, то неминуемо придется заниматься внедрением гибких солнечных батарей и в тех областях, где на первоначальном этапе это не будет рентабельно. Если внедрять их таким образом, то это неминуемо обернется убытками», – опасаются те, кто хорошо знаком с ситуацией. Деловые круги и пользователи из числа органов местного самоуправления указывают правительству на то, что для расширения покупательской базы не обойтись без поддержки со стороны государства, в том числе и в форме субсидирования.

Как сообщало информационное агентство Jiji Press, в бюджетном запросе на 2025 финансовый год Министерство экономики, торговли и промышленности намерено просить на создание сети внутренних поставок инновационной продукции, способствующей декарбонизации, в частности, перовскитовых солнечных батарей (гибких солнечных батарей) денежные средства общей суммой 255 млрд 500 млн йен.

Главное поле грядущей битвы – зарубежные рынки

В мае для распространения солнечных батарей нового типа Управление по природным ресурсам и энергии учредило совет, в который вошли представители властей и деловых кругов. В числе участников представлены все производители, связанные с выпуском солнечных батарей. А пользователей, помимо Федерации бизнеса Японии (Кэйданрэн), Японской торгово-промышленной палаты и других экономических объединений, в этом совете представляют железнодорожные и строительные компании, компании сферы жилья и управления недвижимостью, а кроме того – более сотни органов местного самоуправления со всей страны. Причиной столь весомого участия органов местной власти служит то, что в их ведении находится масса общественных объектов, где возможна установка солнечных батарей нового типа.

Одна из целей совета формулируется как «создание спроса». Иными словами, для того, чтобы благополучно спустить на воду и отправить в плавание корабль солнечных батарей нового типа, к сотрудничеству мобилизуют пользователей. Одновременно производители солнечных батарей добиваются «отлаживания системы производства». Деловые круги хотят, чтобы были определены целевые параметры, иначе говоря, они желают знать: «Где им позволят все это устанавливать?» По долетающим слухам, они честно признаются, что пока у них не будет ясного представления на этот счет, никакие призывы строить заводы не найдут отклика в окончательных решениях корпоративного руководства.

Хотя производители для начала прилагают усилия по распространению продукции на внутреннем рынке, в будущем основной ареной конкурентной борьбы станет международный рынок. По данным компании экономических исследований «Фудзи кэйдзай», объем национального рынка гибких солнечных батарей в 2040 году предополжительно составит порядка 23 млрд 300 млн йен, в то время как зарубежный рынок, согласно этому прогнозу, вырастет до стократно большей величины в 2 трлн 400 млрд йен.

«Одним выпуском солнечных батарей нового типа в продажу дело не закончится – необходимо будет продолжать их технологическую разработку. К тому же, без постепенного развертывания продаж на зарубежных рынках эффекта массового производства в истинном смысле этого слова добиться не удастся, и снижения цен в достаточной мере не произойдет. На данный момент технологии японских предприятий – лучшие в мире, но если не продолжать и дальше над ними работать, то тогда, аналогично тому, как это произошло с кремниевыми солнечными батареями, рынок неминуемо захватят китайские предприятия», – предостерегает Мураками Такуро из Национального института передовых промышленных наук и технологий.

Фотография к заголовку: Управление по природным ресурсам и энергии Министерства экономики, торговли и промышленности в токийском районе Касумигасэки. Здесь предпринимают усилия для распространения гибких солнечных батарей с прицелом на декарбонизацию (снимок сделал Мацумото Соити из редакции nippon.com)