Печатные гибкие солнечные батареи Дмитрия Лопатина
В 2011 году проект беспроводного зарядного устройства W.IRA принес краснодарцу Дмитрию Лопатину Зворыкинскую премию. Сегодня выпускник аспирантуры Кубанского государственного университета вместе с коллегами стоит на пороге подписания контракта с Samsung и готовится к запуску нового проекта - производство печатных гибких солнечных батарей.
По прогнозам аналитиков американской исследовательской компании Navigant Consulting, к концу 2020 года в большинстве стран мира солнечная электроэнергия сможет на равных конкурировать по стоимости с энергией, выработанной традиционными источниками. А ежегодный доход от продажи «солнечного электричества» к указанному сроку превысит 134 млрд. долларов. Способствовать этому, по мнению экспертов, будет снижение цен на оборудование для фотоэлектрических установок и удешевление вырабатываемой ими энергии.
Сейчас в мире самыми востребованными являются китайские солнечные панели. Их доля на европейском рынке составляет около 80%. По информации Financial Times, увеличение производства батарей в КНР за период с 2008-го по 2012-й годы в десять раз привело к спаду стоимости установки одного ватта энергии с четырех до одного доллара. Дмитрий Лопатин считает, что его гибкие солнечные модули по цене и качеству ничем не будут уступать китайской продукции.
«Наша технология позволяет печатать батареи на принтере, уменьшая, таким образом, их стоимость, - рассказывает Лопатин. - Мы рассчитываем, что цена будет если не ниже, то хотя бы на уровне китайской».
Место под солнцем.
Идея создания гибких батарей родилась у выпускника аспирантуры кафедры радиофизики и нанотехнологий КубГУ, когда он, будучи студентом, проходил практику на краснодарском предприятии «Сатурн», которое занимается разработкой солнечных и аккумуляторных батарей для космических кораблей.
«Меня всегда интересовали экологические проекты, позволяющие хотя бы частично уменьшить зависимость от энергоресурсов», - объясняет свое увлечение Дмитрий Лопатин.
Сегодня работа над технологией является одним из проектов компании Wira Energy, созданной Лопатиным в 2011 году совместно с еще одним лауреатом Зворыкинской премии, москвичом Александром Атамановым.
«Мы в Краснодаре больше занимаемся собственными разработками, - объясняет Дмитрий Лопатин. - Функции Александра - бизнес, встречи и переговоры. Помимо проектов Wira Energy у него есть еще и два своих».
Над технологией производства гибких солнечных батарей краснодарец вместе с однокурсником Олегом Барановым, а также аспирантами и студентами КубГУ работает уже около трех лет. Свои разработки они проводят частично на базе университета, частично - на заводе «Сатурн».
Предложенный краснодарцами тип тонкопленочных солнечных модулей сегодня менее развит, чем батареи на кристаллическом кремнии. Общий объем их производства в мире составляет примерно четверть от всей фотоэлектрической промышленности. Особенность подобных панелей в том, что полупроводник в них осаждается на подложку тонким слоем (толщиной порядка одного микрона). А в качестве полупроводника могут выступать различные материалы, обладающие способностью поглощать свет.
Тонкопленочные модули не требуют прямых солнечных лучей и работают при рассеянном излучении. Поэтому их суммарная годовая мощность на 10-15% больше, чем у традиционных кристаллических солнечных панелей. Кроме того, подобные батареи более эффективны в условиях тумана, пасмурной погоды, а также в местах с высоким содержание макрочастиц в воздухе. Единственным их недостатком является то, что они занимают площадь в 2,5 раза больше, чем моно- и поликристаллические панели.
«Наши модули состоят из слоя пластика и непосредственно самого слоя батареи, - поясняет Дмитрий Лопатин. - Качества батарей мы добиваемся за счет того, что наносим слои равномерно, тонким распылением». По словам краснодарца, использование недорогих материалов, а также снижение их расхода за счет технологии приводит к уменьшению удельной стоимости получаемой энергии примерно в четыре раза. Это позволяет значительно сократить срок окупаемости панелей. Кроме этого, устройства по производству батарей позволяют в автоматизированном режиме печатать целые рулоны солнечных ячеек. «Сейчас для производства одного квадратного метра панелей требуется около двух часов. В перспективе мы хотим добиться результата в 30 квадратов за сутки», - объясняет г-н Лопатин.
Себестоимость 1 кв. м солнечных батарей составляет 3-4 тыс. рублей, а затраты, понесенные на создание установки для производства ячеек, - порядка 300-400 тыс. рублей. Основной доход Wira Energy планирует получать от продажи батарей, но не исключается и возможность реализации установок. И хотя область применения гибких панелей довольно широка, компания в большей степени ориентируется на использование своих батарей для электростанций. «Подобные модули могут использоваться для тех же нужд, что и обычные кристаллические, плюс благодаря гибкости их можно встраивать в одежду, палатки и другое туристическое снаряжение. Однако нас больше интересует использование панелей на крышах домов», - рассказывает Дмитрий Лопатин.
Именно производство солнечных батарей для электростанций сегодня занимает большую часть мирового рынка - 90%. Оставшиеся 10% приходятся на текстильную промышленность. По данным РБК, основными предприятиями по объемам выпуска солнечных фотоэлементов и модулей в России являются «Солнечный ветер» (Краснодар), «ТелекомСТВ» (Москва, Зеленоград), московское предприятие «Всероссийский НИИ электрификации сельского хозяйства» (ВИЭСХ), «Сатурн» (Краснодар) и СОЛЭКС (Рязань). Их доля на рынке страны - более 80%, в мире же российским компаниям принадлежит лишь около 1% общего объема производства. Дмитрий Лопатин считает, что их продукции вполне по силам выйти на международный рынок.
«Главными технологическими конкурентами для нас сейчас являются американские компании Nanosolar и Twin Creeks Technology. Они используют похожие решения, однако наша технология в некоторых областях точнее и дешевле», - объясняет Лопатин.
Энергия грантов.
В свой проект краснодарцы уже вложили около 600-700 тыс. рублей. Из них 500 тысяч составили правительственные гранты и лишь 200 тысяч - собственные средства компании. Со своей технологией Дмитрий Лопатин стал лауреатом конкурса «Энергия молодости», организованного фондом «Глобальная энергия», а также получил помощь от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника). Общая сумма грантов составила более миллиона рублей. Еще на миллион рублей краснодарцы могут рассчитывать в случае присуждения Зворыкинской премии. Проект уже дошел до полуфинала конкурса, набрав по итогам первого этапа наибольшее количество баллов в номинации «Чистые технологии».
По словам Дмитрия Лопатина, чтобы доработать до конца образец устройства для печати батарей, потребуется еще около 3-4 млн. рублей. «Мы уже изготовили небольшую установку для производства. Недавно из США пришли детали для второй. Когда будет готова более масштабная модель, можно будет выходить на рынок», - рассказывает разработчик. Сейчас проект не имеет инвесторов, но разработкой активно интересовались представители Российской венчурной компании, а также ГК «Ренова». Последняя, кстати, недавно вместе с РОСНАНО запустила в Новочебоксарске предприятие полного цикла по производству солнечных модулей на базе технологии тонких пленок.
Однако сам Дмитрий Лопатин считает, что вкладывать деньги в проект пока рано.
«Для начала необходимо отладить технологию, - говорит молодой ученый. - А вот через год, когда все необходимое будет сделано, имеет смысл привлекать инвестиции для масштабирования производства». Именно совершенствование технологии станет главной задачей разработчиков на ближайшее время. Недавно они нашли еще одно помещение для работы в нескольких километрах от Краснодара. Там молодые специалисты планируют запустить тестовое производство своих батарей.
Корейское предложение.
Проекты «Печатаемые гибкие солнечные батареи» и W.IRA являются основными для компании Wira Energy. И если первый пока еще находится на стадии разработки, то последний вот-вот должен появиться на рынке. Недавно компания получила российский патент на изобретение, а также запустила серийное производство встраиваемых в столешницы блоков для зарядки смартфонов.
Технологию российских разработчиков уже высоко оценил соучредитель Apple Стив Возняк, со своими предложениями к краснодарцам обратились Nokia и Samsung. С представителями последней создатели W.IRA должны в скором времени подписать контракт. По словам Дмитрия Лопатина, сумма сделки оценивается в несколько десятков миллионов долларов.
«Мы пока на стадии подписания соглашения. Недавно была оформлена международная патентная заявка. Но чтобы Samsung смог внедрить наше изобретение, необходимо еще подать несколько заявок по странам, в том числе и в Корее», - рассказывает аспирант КубГУ. Пока же команда Лопатина размышляет над тем, как лучше поступить со своим изобретением: производить самим или использовать трансфер технологий.
«Мы больше склоняемся к промежуточному варианту. Линзы для поля будем делать сами. Остальное передадим в Samsung, у них получится сделать лучше и дешевле», - поясняет Лопатин.
Сейчас первоочередная задача для краснодарца - вывести главные продукты компании на рынок. А после этого, как признается сам ученый, он хотел бы заняться разработками, связанными с медициной. «Есть у меня еще один проект - компактный магнитный энцефалограф для лечения нервной системы. В нем частично используются технологии, ранее реализованные в беспроводных источниках питания. Только здесь они применяются для магнитной стимуляции мозга, - рассказывает изобретатель. - Также параллельно идет работа над системой магнитной энцефалографии. Ее отличие в том, что считываются не электрические потенциалы, а слабое магнитное поле мозга, которое примерно в тысячу раз слабее магнитного поля Земли. Эти датчики позволят лучше считывать глубинные сигналы мозга и создать более совершенные модели нейрокомпьютерных интерфейсов».
Пока ученые больше сконцентрированы на лечении заболеваний и заняты созданием шлема, позволяющего проводить стимуляцию головного мозга с целью избавления от последствий инсультных параличей и заикания. По словам Дмитрия Лопатина, область медицины его всегда привлекала. Единственным ее недостатком он считает длительный период разработки - от начала работы над проектом до внедрения медицинской технологии проходит, как правило, не менее пяти лет.
Источник