Солнце в проводах
Древние греки несколько тысяч лет назад первыми начали эксперименты с солнечной энергией, зажигая огонь при помощи увеличительного стекла. Однако только в ХХ веке человечество научилось превращать солнечную энергию в электрическую.
После нефтяного кризиса конца 1970-х – начала 80-х годов в нескольких особенно пострадавших странах было построено семь солнечных электростанций. Самая крупная из них была сооружена в Калифорнии – ее мощность составляла 10 МВт, что примерно в 1000 раз меньше генерирующих мощностей каскада ГЭС «Иркутскэнерго». Первые солнечные электростанции состояли из множества кривых зеркал, поворачиваемых таким образом, чтобы пучок света попадал на котел, который представлял собой простейший парогенератор. Далее пар отправлялся на обыкновенную турбину. КПД подобных электростанций был очень низким, и в течение следующих 20 лет американские LUZ, KJC, немецкий консорциум PHOEBUS и другие компании в тепличных условиях, созданных им правительствами, совершенствовали эту технологию. Без особого, впрочем, успеха создав сложные и очень дорогие механизмы, разработчики смогли приблизиться лишь к результатам самых неэффективных тепловых электростанций. Немецкое и американское правительства не собирались вечно поддерживать разработчиков перспективных технологий. По мере того как нефтяной кризис становился частью истории, отменялись государственные льготы, в результате многие исследовательские компании обанкротились. Однако, несмотря на банкротства «солнечных компаний», в конце 1980-х в США появились фотоэлектроэнергетические установки (ФЭУ), прообраз сегодняшних солнечных батарей. В числе пионеров этой технологии были NASA's Lewis Research Center и SolarPowerCorp.
Недалеко от экватора
Когда батареи Solar появились на рынке, в некоторых из американских штатов была запущена «программа поддержки отечественного производителя». При покупке комплекта солнечных батарей за $3000 для загородного дома правительство США, движимое идеей охраны окружающей среды, компенсировало покупателю $2000. В других западных странах солнечные батареи используются лишь «зелеными» энтузиастами. Тем не менее многие Интернет-магазины предлагают небольшие солнечные батареи производительностью 10 – 20 вольт за $200.
Технологиями ФЭУ живо заинтересовались и развивающиеся страны, особенно Индия и Кения. В этих странах есть населенные пункты, от которых до ближайшей линии электропередачи неделя пути на слоне. Для электрификации таких деревень традиционно используются дизельные генераторы, требующие регулярного подвоза топлива. Кения и Индия расположены близко к экватору и не обделены солнечными днями, поэтому переход с платного дизельного топлива на бесплатную солнечную энергию для этих стран очень привлекателен. В конце 1980-х начале 90-х в Индии и Кении благодаря ФЭУ было электрифицировано несколько десятков тысяч сельских домов.
Тем временем западные университеты продолжали совершенствовать ФЭУ. Так американские исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли совместно с учеными Корнельского университета и японского университета Рицумейкан нашли сплав из довольно редких элементов, способный поглощать весь спектр солнечного света.
А в 2002 году австралийские ученые выиграли научный конкурс AwardEngineeringExcellence за свой проект SolarThermalProject. Суть предложенной ими технологии состояла в том, что тепловая солнечная энергия заставляет вступать метан в особую химическую реакцию и выделять больше электроэнергии, которая в итоге получается и дешевле, и экологичнее.
Фотоны и циклоны
Солнечные электростанции смогут составить реальную конкуренцию тепловым только тогда, когда будет разработана очень простая в эксплуатации тонкая пленка, способная преобразовывать солнечную энергию в электрический ток напрямую. Эта технология одинаково актуальна и для «бытовых» и для промышленных электростанций. При этом подобная энергия станет не только экологически чистой, но и дешевой, а в случае с «бытовыми» установками и удобной – ее не надо будет транспортировать. И такие разработки велись с 1980-х годов. В результате в США и странах Западной Европы было создано несколько разновидностей пластика, способного преобразовывать энергию фотонов в электрическуюэнергию. Однако эти технологии были малоэффективны, пока не появились две перспективные разработки.
Ученые из университета Аризоны в начале 2002 года создали смесь из органических полимеров, которую с помощью струйного принтера можно наносить на любые поверхности. Эта технология в состоянии произвести революцию в энергетике. Например, смесь полимеров можно нанести на парус яхты, и путешественники смогут смотреть телевизор и варить кофе во время кругосветного плавания.
Другая перспективная разработка в этой области базируется на нанотехнологиях. Пол Аливисатос, Уэнди Хьюин и Янке Диттмер из университета Калифорнии и лаборатории им. Лоуренса придумали насытить электропроводящие полимеры наностержнями. Получилось недорогое вещество, способное под воздействием солнечных лучей возбуждать электроны и генерировать электрический ток. Это вещество можно наносить на стены и крыши зданий с помощью обычного малярного валика: слой электродов, слой композита с наностержнями, слой электродов и немного прозрачного лака для фиксации. Стоить такая «электростанция» будет гораздо дешевле традиционных солнечных батарей. Сегодня батареи, производимые APC, BP, Evergreen, Kyocera, PowerFilm, Shell, Solar roofing, Solarex, Specialty, Uni-Solar, способные обеспечивать энергией лампочку в 50 ватт, стоят от $800 до $3000. Покраска же крыши на среднестатистической подмосковной даче обходится в сумму порядка $100 за весь объем работ. Таким образом, независимость дачника от РАО «ЕЭС» может быть достигнута за счет очень скромных финансовых вложений. С единой, впрочем, оговоркой – солнечная энергетика не работает в пасмурную погоду, поэтому в дни, когда над дачной местностью господствуют циклоны, владельцу дачи придется вновь возвращаться к энергетике традиционной.
Подписывайтесь на нас:
Еще по теме
