Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 04

«Если бы свет Солнца, не проходя через земную атмосферу, светил непрерывно, в течение суток на квадратный километр земной поверхности мы получили бы 43 200 больших калорий», — писал в своей работе «Жизнь в эфире» К.Э. Циолковский еще в начале XX века.

Правда, добавлял ученый, из-за рассеивания и поглощения земной атмосферой «в среднем до почвы в сутки доходит не более 5000 калорий: на экваторе несколько больше, а к полюсам — меньше. Если же принять в расчет облачность, низкое стояние Солнца, то еще меньше»…

Тем не менее, и этого количества хватит, чтобы произвести огромное количество работы. «Механическая энергия, — писал Циолковский, — соответствующая такому количеству тепла (5000 кал), составит в сутки более 2 000 000 килограмм-метров, то есть она достаточная, чтобы поднять 1000 килограммов на 2 километра высоты».

Большая часть этой энергии превращается в теплоту и только примерно 1/5000 часть преобразуется в потенциальную энергию плодов, зерен, фруктов, овощей, древесины…

Потому Циолковский предлагал строить солнечные электростанции. И рассчитал, что при КПД всего 10 % на каждого жителя Земли, как будто на фараона, бесплатно и круглосуточно работали бы 4000 рабов!

При жизни великого ученого, как известно, никто такими «рабами» не обзавелся. Ну а как обстоят дела сейчас, в начале XXI века? Вот какие факты и цифры привел в одном из своих выступлений генеральный директор научно-производственного объединения «Интерсоларцентр» А.Б. Пинов.

За последние 10 лет в мире накоплен огромный опыт по организации автономного энергоснабжения на основе использования солнечной энергии путем ее преобразования 8 электрическую с помощью фотоэлектрических солнечных панелей, встроенных в крыши домов. Такие установки вырабатывают ныне суммарно 50 млрд. кВт-ч.

Впрочем, несмотря на масштабность этого числа, оно составляет всего лишь 0,5 % от общей выработки электроэнергии на планете. Так что резервы тут огромнейшие! И во всем мире стараются наверстать упущенное.

В ФРГ, например, практический успех первой программы «1000 солнечных крыш» привел к тому, что ныне таких крыш стало уже в 100 раз больше, чем задумывали. Программа «70 000 солнечных крыш» осуществлена в Японии, и уже более 1 млн. крыш оборудовано солнечными элементами в США.

Так выглядит современный дом, крыша которого изготовлена из солнечных фотоэлементов.

Передвижная фотоэнергетическая установка, созданная нашими специалистами.

В России, к сожалению, в основном, ограничивались лишь созданием солнечных элементов для спутников и космических станций. Хотя физические принципы преобразования солнечной радиации были разработаны российскими учеными и специалистами уже давно. В них использованы самые современные теоретические модели и новые конструкции с предельным КПД до 9 3 %.

Для решения этой проблемы в 1996 году Министерством науки и технологий РФ был разработан проект по созданию высокоэффективных кремниевых фотопреобразователей и модулей.

Для их производства была создана научно-производственная фирма «Кварк» в Краснодаре. Спустя два года на фирме «Солнечный ветер» в Краснодаре было налажено экспериментально-опытное производство продукции, характеристики которой соответствуют лучшим мировым образцам. Одновременно было начато внедрение этой технологии в ЗАО ОКБ завода «Красное знамя» (г. Рязань). Там под руководством «Интерсоларцентра» разработан проект организации широкомасштабного производства кремния и кремниевых солнечных элементов и модулей общим объемом до 2 МВт в год.

Промышленная реализация этого проекта позволит создать в России мощное производство, способное поставлять качественные изделия даже на мировой рынок. Так что дела вроде бы движутся. Но все-таки темпы освоения солнечной энергии все еще оставляют желать лучшего.

Между тем, как показывают проведенные исследования и опыты, солнечные фотоэлементы могут с успехом работать не только в районе Краснодара или Сочи, но и практически повсеместно. Зимой в тундре такие агрегаты бесполезны. Зато летом солнце там светит круглые сутки, наверстывая упущенное. А вот, скажем, в Сибири или Забайкалье солнечные установки могут работать круглый год с достаточно высокой эффективностью.

Например, в поселке Кольцово, близ Новосибирска, построен уже целый поселок, где половина потребности в тепле и энергии покрывается за счет нашего светила. А в Бурятии, как показали расчеты, даже при КПД всего 12 % удельная выработка электроэнергии составляет 200 кВт на квадратный метр площади солнечных панелей.

Этапы развития фотоэлектричества в России

1958 г.Запущен первый спутник Земли с солнечными батареями.

1964 г.В пустыне Каракумы, недалеко от Ашхабада, в Туркмении, опробована солнечная батарея с концентраторами мощностью 0,25 кВт для подъема воды.

1967 г.Разработан новый класс фотопреобразователей — многопереходные солнечные элементы из кремния.

1970 г.Технологию ионной имплантации начали применять в производстве солнечных элементов.

1970 г.Разработана технология фотопреобразователей с двусторонней чувствительностью.

1975 г.Прошли испытания солнечные батареи площадью 1 м 2и напряжением 32 кВ для ракетного ионно-плазменного двигателя.

1975 г.Разработана технология солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs. В 1981 г. эти элементы были использованы в лунной космической программе.

1980 г.Разработана технология многопереходных солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs.

1984 г.В Ашхабаде установлена фотоэлектрическая система мощностью 10 кВт с пластиковыми параболическими концентраторами.

1985 г.При преобразовании лазерного излучения солнечными элементами достигнут КПД 8 36 %.

1987 г.Разработана технология очистки металлургического кремния для солнечных элементов.

1989 г.В Краснодарском крае построена «солнечная» деревня мощностью 40 кВт.

1989 г.Разработана специальная технология производства солнечных элементов наземного применения.

1993 г.Достигнут КПД в 30 % для каскадных солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs гетероструктуры на германиевой подложке, разработаны новые классы голографических, призматических, параболических концентраторов и оптических систем на их основе.

Публикацию подготовил С.НИКОЛАЕВ