Перспективы для российского бизнеса на мировом рынке солнечной энергетики

Введение

Актуальность. Россия выказывает интерес в предотвращении глобального потепления, сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу, о чем свидетельствует участие РФ в Парижском климатическом соглашении [1], выступление В. В. Путина на климатическом саммите в апреле 2021 года [2]. Россия располагает достаточным количеством ископаемого топлива, что позволяет ей не испытывать дефицита в электроэнергии. Наличие ископаемого топлива отличает РФ от стран, которые не владеют традиционными энергоресурсами и вынуждены диверсифицировать свою энергетику. [3] Солнечная энергетика позволит отказаться от зависимости от ископаемого топлива, реализовать экологически чистое производство электроэнергии без вредных выбросов парниковых газов в атмосферу. Правительство России поддерживает субсидированием инициативы, связанные с развитием объектов, работающих на основе возобновляемых источников энергии. [4] Международное сотрудничество в области солнечной энергетики Россия осуществляет преимущественно с Казахстаном [5] и Узбекистаном [6].

Литературный обзор. Н.А. Черных [и др.] [7], О.А. Символоков [8], Г.В. Выпханова, Н.Г. Жаворонкова [9] определили правовые аспекты солнечной энергетики. Е.Б. Малых [10], Т.О. Тагаева, Л.К. Казанцева [11], Ю.Н. Линник, А.Б. Жабин, В.Ю. Линник [12] рассмотрели мировой рынок солнечной энергетики. В.А. Михалева, Я.А. Батманов [13], А.И. Сафина [14] А.Е. Усков [15] определили перспективы развития солнечной энергетики в России. А.С. Урляков [16], А.А. Орлянская [17], Ю.А. Жорова [и др.] [18] выявили ключевые проблемы солнечной энергетики.

Научный пробел заключается в отсутствии комплексного анализа солнечной энергетики с точки зрения мировой экономики и наукоемкого производства.

Целью работы является оценка уровня технических разработок в солнечной энергетике, анализ международного рынка солнечной энергетики, оценка рынка солнечной энергетики в России в мировом значении, характеристика российского бизнеса солнечной энергетики.

Научную новизну составляют: актуализация обзора научных исследований солнечных технологий в мировом опыте, сравнительный анализ мировых рынков солнечной энергетики, определение роли России на международном рынке солнечной энергетики.

Авторская гипотеза подразумевает, что активная позиция бизнеса, развитие и внедрение инноваций, наличие природных ресурсов, участие государства и привлечение инвестиций из других стран позволит России обрести вес на международном рынке солнечной энергетике.

Метод исследования основывается на оценке уровня техники солнечной энергетике, на анализе международного рынка солнечной энергетики в сравнении с российским рынком.

Основная часть

Постоянно растущий мировой спрос на электричество ведет к истощению природных ресурсов, загрязнению окружающей среды и глобальному потеплению. Возобновляемые источники энергии, такие как солнце, ветер, волны, гидроэнергия, геотермальная теплота и т. п. способны постоянно пополняться, они являются неисчерпаемыми, что может в обозримом будущем оказать значительное влияние на теперешнюю энергетическую отрасль. [19, 20] Солнечная энергия наиболее доступный вид возобновляемой энергии, основанный на ядерном синтезе в результате осуществления протон-протонной реакции. Солнечная энергия присутствует в больших количествах на Земле, ее мощности достаточно для выполнения требований по обеспечению необходимого количества электроэнергии для каждого человека, данный вид энергии обладает стабильностью при использовании в долгосрочной перспективе. Реализация солнечной технологии не подразумевает расход какого-либо вида топлива, технология исключает генерирование парниковых газов, что благоприятно отражается на окружающей среде, поскольку получение электричества таким способом не приводит к загрязнению воздуха. Современные научные разработки в солнечной энергетике позволяют снизить затраты, связанные с производством электроэнергии, повысить уровень эффективности [21, 22], далее будут рассмотрены основные направления научных исследований в солнечной энергетике, имеющие значение на сегодняшний день.

Высокоэффективные солнечные элементы, выполненные с использованием монокристаллического кремния, в том числе многопереходные элементы обладают усиленными возможностями поглощения солнечного света, исследованиями в данной области занимаются ученые М.А.А. Росле, Х.Д. Омар, М.З. Пахуруддин (Малайзия) [23]; А. Гавриков, В. Сергеев, В.И. Смирнов (Россия) [24]; Р. Страндберг (Норвегия) [25] Солнечные фотоэлектрики на основе перовскитов обладают хорошей эффективностью преобразования солнечного света равной 25,5%, при этом процесс изготовления таких элементов недорогостоящий, что позволяет прогнозировать количественный рост данной технологии в промышленности; основным недостатком перовскитных солнечных элементов является нестабильность, решением данной проблемы занимаются А. Фурасова [и др.] (Россия) [26], Я. Ли [и др.] (Китай) [27]. Тандемные солнечные элементы из перовскита и кремния, характеризующиеся многослойностью, обладают эффективностью 32,5%, им посвящены научные труды С. Асмонтас, М. Мухаммад (Литва) [28], Т.И. Аланази, М.Э. Саббах (Саудовская Аравия) [29]. Бифациальные солнечные панели способны улавливать солнечный свет с двух сторон, за счет поглощения и отражения света, что позволяет повысить производительность при выработке энергии; исследования в области бифациальных панелей проводились Н. Местников, П.Ф. Васильев (Россия) [30], А. Фарина [и др.] (Италия) [31], М.Х. Аксой, М.К. Чалик (Турция) [32]. Прозрачные солнечные панели были разработаны с целью использования в домах в фасадах зданий вместо стандартных стекол. Также прозрачные панели используются в сельском хозяйстве, поскольку они не препятствуют проникновению солнечного света, тем самым не нарушая процесс выращивания зерновых и технических культур. Прозрачные самоочищающиеся панели предлагается применять для местностей, где существует проблема, вызванная нахождением пыли в атмосфере. Технология нашла свое отражение в научных работах С. Мегнатх, С А.З. Каушик (Индия) [33], Э.П Томпсон [и др.] (Великобритания) [34], И. Кирпичникова, И. Махсумов, В.В. Шестакова (Россия) [35]. Исследования гибких солнечных панелей и панелей малой массы проводили Р. Даллаев [и др.] (Чехия) [36], Т. Сарджент [и др.] (США) [37], С. Исидзука [и др.] (Япония) [38]. Накопительные литий-ионные аккумуляторы солнечной энергии способствуют накоплению избыточной энергии с целью ее использования во время отсутствия солнечного света и передачи избыточной энергии, что зафиксировано в научных трудах Д. Ахмед, К.М. Мараз (Бангладеш) [39], А. Алем [и др.] (Бельгия) [40], Е.Д. Ладопулос (Греция) [41]. Современные интеллектуальные сети находят пути сообщения между источниками солнечной энергии и стандартными источниками энергии, обеспечивая стабильное соединение, эти процессы были рассмотрены учеными Э.К Оконкво [и др.] (Катар) [42], С. Дейлами, Л. Каллегаро, Ф. Тагизаде (Австралия) [43], Р. Смейл (Нидерланды) [44]. В солнечной энергетике существуют системы слежения, способные следить за направлением солнца меняя угол обзора в течение дня, для повышения эффективности улавливания энергии, такие системы слежения описаны в научных исследованиях К. Вильясанте [и др.] (Испания) [45], Ш. Сукумаран, К. Судхакар, А.Ф. Юсоп (Эстония) [46]. Плавучие фотоэлектрические установки используются на открытых водных поверхностях, на водоемах и водохранилищах, что позволяет уменьшить использование земли для солнечных электростанций и сократить испарение воды, это является благоприятным фактором в условиях глобального потепления, данные следуют из научных работ С.Т. Огунджо, А.О. Олусола, К. Олусегун (Нигерия) [47], Ф. Онеа, Э. Русу (Румыния) [48]. Агривольтаика сочетает в себе ведение сельскохозяйственной деятельности и производства солнечной энергии на одной территории, она решает существующую проблему расположения солнечных элементов, для размещения которых требуется большая площадь. Агривольтаике посвящены научные исследования У. Джамиль, Д.М Пирс (Канада) [49], Д. Матулич [и др.] (Хорватия) [50], Г. С. Куабан [и др.] (Польша) [51]. Цифровые технологии, такие как искусственный интеллект, машинное обучение, Big Data в настоящее время активно используются в солнечной энергетике для управления системой солнечных элементов. Цифровые технологии помогают оптимизировать работу солнечной электростанции, предупредить поломку оборудования, привести в действие средство для очистки солнечных панелей. Исследования в области цифровизации солнечной энергетики были проведены М. Хасан, К. Хричо (Ирак) [52], А.А. Дахуд, М. Фезари, А. Алдахуд (Алжир) [53].

В результате анализа данных научной библиотеки Research Gate с 2019 по 2023 годы, можно сделать вывод, что ученые из разных стран мира, в том числе из России проявляют серьезный интерес к исследованиям в области солнечной энергетики, особенно за период после пандемии COVID-19. Исследования солнечной энергетики можно разделить на следующие направления: разработки в области материалов, конструкций, накопления и хранения энергии, системы слежения, плавучие сооружения, применение в сельском хозяйстве и цифровые технологии. Стоит отметить, что мировая техника солнечной энергетики находится на высокой ступени технического развития. В то же самое время Россия располагает внушительной теоретической научной базой, которую необходимо воплотить на практике в реальных проектах в ближайшей перспективе.

Рынок солнечной энергии в США вырастет согласно отчету экспертов Growth Market Reports на что указывает развитие новых проектов в области солнечной энергетике, которые находятся на стадии согласования или в разработке; проявление инициативы от органов государственной власти по поддержке производства солнечных установок и их использования; повышение информационной осведомленности граждан об угрозе глобального потепления и загрязнения окружающей среды; увеличение спроса на электроэнергию; рост размещения солнечных установок в архитектурном пространстве. Ограничивающими факторами рынка солнечной энергетики выступают наличие территорий с климатом подверженным выпадению осадков, а также лесных и сельскохозяйственных территорий, проблем, связанных с импортом солнечных элементов. [54] Затраты на установку солнечных панелей были снижены на 70% за последние 10 лет, Соединенные Штаты стремятся достигнуть нулевого выброса углерода к 2050 году. В 2021 году количество солнечных установок возросло в 35 раз по сравнению с 2008 годом, солнечная энергетика в США является привлекательным сектором для инвестирования, c 2022 по 2028 год прогнозируется рост рынка на 16,3%. [55] По степени мощности солнечной энергетики в стране по данным на 2022 год лидирует штат Калифорния, который генерирует более 37 гигаватт, на втором месте Техас - 15 гигаватт, на третьем Флорида – 9, 54 гигаватт. Основными предприятиями солнечной энергетики в США являются Minute Solar Energy, Monterson, First Solar, Nextera Energy, Soly Energy. [56] По данным на 2023 год мощность, получаемая от солнечной энергии в США, составляет 54%, следовательно, солнце является преобладающим источником электроэнергии, по сравнению с такими источниками как ветер 17%, природный газ 24%, другие источники 5%; при этом в 2010 году доля электроэнергии, получаемой от солнца составляла только 4%. [57]

Рынок солнечной энергии в Европе за следующие 5 лет должен увеличиться на 19%, величина прироста рынка вызвана острой потребностью населения в количестве электроэнергии, чередой политических решений, масштабным строительством новых солнечных электростанций, также европейское сообщество стремиться сократить выбросы парниковых газов на 55% к 2030 году, и, приблизиться к нулевому показателю к 2050 году, с целью замедлить наступление глобального потепления, основной проблемой строительства предприятий солнечной энергетики в Европе является недостаточное количество территории для размещения солнечных элементов. [63] Лидером рынка солнечной энергии в Европейском Союзе по данным за 2022 год стала Германия, которая произвела 7,9 гигаватт, на втором месте Испания – 7,5 гигаватт, на третьем месте Польша – 4,9 гигаватт; в десятку стран вошли Нидерланды, Франция, Италия, Португалия, Дания, Греция и Швеция. [58] Закон о возобновляемых источниках энергии, принятый в Германии устанавливает совокупную выработку солнечной электроэнергии в размере 215 гигаватт к 2030 году, в 2021 году мощность солнечной электроэнергии была установлена на отметке в 58,7 гигаватт. [59]

Рынок солнечной энергии в Китае по оценкам экспертов увеличиться на 14,5% с 2022 по 2027 годы. Солнечный рынок в Китае является одним из самых крупных рынков в мире, поскольку Китай производит и импортирует наибольшее количество солнечных панелей в мире, политическая повестка в стране направлена на поддержание развития солнечной энергетики за счет инвестирования и предоставления льгот в отрасли. По данным на 2020 год мощность установленных солнечных систем составила 254,355 гигаватт, в настоящее время в Китае развиваются крупные проекты, например, Сянъянская солнечная электростанция, которая обладает мощностью 100 мегаватт. Пандемия COVID-19 негативно сказалась на росте Китая в солнечной энергетике, для успешной реализации проектов существует необходимость удешевления технологии, также препятствием для развития солнечной энергетики может стать отсутствие свободной площади для размещения солнечных электростанций, данную проблему намерены решить путем использования земель пустынь в Китае. [60]

Индия находится на этапе стремительного экономического развития, в результате которого постоянно возрастает потребность в электроэнергии, к 2030 году планируется достигнуть показателя солнечной энергии равной 280 гигаватт, что является рекордной цифрой для отрасли. [61] В конце 2023 года эксперты прогнозируют объем солнечной энергии в Индии равный 79,07 гигаватт, в ближайшие пять лет рынок должен увеличиться на 19,9%. В настоящее время рост рынка обусловлен снижением стоимости технологии солнечной энергетики, также климат в Индии благоприятен для создания солнечных электростанций, основными проблемами являются организация передачи электроэнергии, не отлаженность бесперебойной работы систем. Тем не менее использование солнечной энергии в Индии будет преобладать по сравнению с другими источниками энергии. [62]

Огромные территории, наличие большого количества полезных ископаемых в России, а также хорошо налаженные и недорогие процессы по их добыче предопределили развитие энергетики в рамках невозобновляемых источников энергии. Экологическая безопасность государства, избавление от зависимости использования традиционных источников энергии обуславливает обновление подхода к реализации энергетики в России. [63] Солнечная энергетика в России составила 1420 мегаватт солнечной энергии на 2020 год, продемонстрировав значительный скачек в развитии по сравнению с 2015 годом и показателем равным 61 мегаватт. Для развития солнечной энергетики в России необходима поддержка государства, с 2025 по 2034 год на развитие солнечной энергетики планируется потратить 147 миллиардов рублей. Успешное функционирование солнечных электростанций требует определенных географических условий, стоит отметить, что не на всей территории России будет оправдано использование электростанций ввиду климатических особенностей. В 2021 году были запущены крупные проекты в Западной Сибири, Калмыкии, [64] ключевым центром солнечной энергетики на сегодняшний день является Оренбургская область, [65] другие солнечные электростанции расположены в Саратовской области, в Бурятии, в Омской области, в Волгоградской области, в Подольске, в Башкирии. [66]

Производством солнечных модулей в России занимаются такие компании как «Hevel», НПП «Квант», ЗАО «Телеком-СТВ», «ЗМКП». «Hevel» выпускают модули с эффективностью 25% и мощностью 445 Вт, которые могут работать в температурном режиме от -40℃ до +85℃, компания реализует проекты в энергетической отрасли на территории России и Казахстана. [65] НПП «Квант» был создан в Советском Союзе и специализировался на изготовлении солнечных панелей для космических кораблей; в настоящее время завод производит солнечные батареи на базе кремния, использует только российские разработки. [67] «РЗМКП» изготавливают солнечные электрические модули средней мощности для переносных систем и большой мощности для электростанций эффективностью 15,9% для работы в температурном режиме от -40℃ до +85℃. [68], ЗАО «Телеком-СТВ» производят модули эффективностью 25-30% при невысокой стоимости по сравнению с конкурирующими производителями на основе монокристаллических и поликристаллических ячеек, также компания занимается реализацией проектов по установке солнечных электростанций. [69]

Заключение

Оценка мирового рынка солнечной энергетики показала, что в обозримом будущем стоит ожидать рост солнечной энергетической отрасли. Причинами роста являются увеличение спроса на электроэнергию; экологические проблемы, связанные с глобальным потеплением и выбросами парниковых газов; расходование невосполнимых природных ресурсов; удешевление технологии производства солнечных элементов. Ограничения реализации проектов солнечной энергетики заключаются в географических особенностях территорий, много пасмурных дней, частые осадки, большое количество пыли; недостаток площади для размещения солнечных элементов. Поддержка солнечной энергетики должна осуществляться на государственном уровне законодательными средствами и финансированием. Создание солнечных электростанций представляет из себя наукоемкий процесс, требующий длительного времени на окупаемость, поэтому солнечная энергетика нуждается в привлечении инвестиций. Солнечная энергетика в России в настоящее время не является преобладающей энергетической отраслью, поскольку в течение длительного времени в Российской Федерации использовались более дешевые технологии получения электричества с помощью невозобновляемых источников энергии. Правительство России имеет серьезные намерения в оказании содействия солнечной энергетике, выделяя гранты на развитие отрасли, территории страны занимают большую площадь, большая часть которой может быть задействована для солнечных установок. Развивающиеся страны, не имеющие собственных технологических решений, например, Казахстан заинтересованы в совместных проектах с Россией в солнечной энергетике. Наличие разработок в области космических солнечных элементов не позволили Российской Федерации отстать в инновационном плане от мирового рынка солнечной энергетики. В настоящее время существуют эффективные и недорогие российские солнечные технологии, которые могут составить конкуренцию на международном рынке. Однако, производители солнечных элементов за исключением компании «Hevel» совершенно не используют средства маркетинга, продвижения продукции на рынок, не заявляют о себе, информацию о них трудно найти в открытых источниках, что препятствует привлечению инвесторов и потенциальных клиентов.