Альманах "Эврика"-84

Учтем и другое. Экономичности и эффективности способов преобразования солнечной энергии сейчас уделяется пристальное внимание исследователей. В числе предлагаемых ими методов наиболее привлекательным представляется использование фотоэлектрического эффекта в полупроводниках. О чем идет речь?

Фотоэффект в полупроводниках был открыт еще в 70-х годах прошлого столетия и вот уже более века интенсивно изучается в лабораториях, широко используется в практике. Академик А. Иоффе мечтал о применении полупроводниковых фотоэлементов в солнечной энергетике еще в тридцатые годы, когда Б. Коломиец и Ю. Масла-ковец создали в Физико-техническом институте АН СССР серно-таллиевые фотоэлементы с рекордным для того времени коэффициентом полезного действия в один процент. Дальнейший импульс развитию этого направления поиска дали кремниевые фотоэлементы, первые образцы которых имели КПД около 6 процентов. Вот уже почти четверть века подобные батареи — основной источник энергоснабжения космических аппаратов.

Еще недавно полагали, будто фотоэлектрический метод пригоден лишь для решения частных задач — создания, например, автономных систем электропитания в труднодоступных районах. Совершенствование методов производства полупроводникового кремния, расширение гаммы используемых материалов, создание принципиально новых типов фотоэлектрических преобразователей кардинально меняют положение. У лабораторных образцов кремниевых фотоэлементов КПД достиг 18 процентов. В практике широко используются элементы с КПД 12–14 процентов. В условиях концентрированных солнечных потоков «производительность» ряда преобразователей на основе полупроводниковых гетероструктур значительно выше. Стоимость же «пикового» киловатта электрической мощности при использовании кремниевых фотоэлементов снизилась в 2–3 раза.

Достигнутое не предел. На основе известных материалов и принципов вполне реально уже в ближайшее время создать фотоэлементы полезного действия 35–40 процентов, а теоретически КПД преобразователей с использованием объемного фотоэффекта в гипотетических пока материалах может превысить и 90 процентов.

Так же реально в сотни и тысячи раз сократить занимаемую фотоэлементами площадь, предварительно концентрируя солнечные потоки. Некоторое удорожание из-за усложнения конструкций и технологий изготовления новых фотопреобразователей с лихвой компенсируется повышением их эффективности. Каскадные фотопреобразователи на основе гетероструктур арсенид галлия — арсенид алюминия совсем недавно достигли КПД 30 процентов. Это открывает хорошие перспективы создания мощных солнечных электростанций.

Немаловажно для практики, что стоимость модуля солнечной станции для концентрированных потоков излучения на основе серийно выпускаемых промышленностью простейших арсенид-галлиевых гетерофотопреобразователей в несколько раз ниже, чем у самых дешевых кремниевых фотоэлементов для преобразования обычного солнечного света.

Советские ученые и научные коллективы внесли огромный вклад в разработку теории фотоэффекта, в прогресс соответствующей области техники. Их приоритет в сфере конструирования полупроводниковых гетероструктур и фотоэлементов общепризнан. Все «рекорды» принадлежат отечественной науке. Это отрадно. Вместе с тем научные изыскания, в какой бы области они ни проводились, должны по возможности быстрее приносить практическую отдачу. Применительно к гелиоэнергетике приходится констатировать, что здесь допускается неоправданное промедление с внедрением результатов исследований в широкую практику, в первую очередь из-за низких темпов производства солнечных фотоэлектрических модулей. Их попросту пока не хватает. Но и те, что имеются, используются обычно в незначительных экспериментах.

Целесообразность автономных энергоустановок на солнечных батареях не вызывает сомнения. Однако для их широкого использования, скажем, в целях улучшения водоснабжения в засушливых отдаленных районах Средней Азии требуется комплексное решение ряда несложных технических и организационных проблем. Медлить здесь нельзя. Ведь из отдельных модулей маломощных поначалу станций впоследствии сложится и крупномасштабная система солнечной энергетики.

На прочном фундаменте советской научной школы физики полупроводников и полупроводникового материаловедения происходит развитие гелиоэнергетики. Ее большое будущее, на мой взгляд, не вызывает сомнений. Бесспорно, ученым и производственникам предстоит сделать очень многое, решить ряд крупных и частных проблем, прежде чем наземные солнечные электростанции станут реальностью.

Есть все основания полагать: при правильной расстановке сил и четкой организации работ уже к концу нынешнего столетия мы способны положить начало крупномасштабной солнечной энергетике. В следующем веке станции, преобразующие энергию Солнца в электричество, будут в полную силу служить человеку.

ТУРБИНЫ ВРАЩАЕТ СОЛНЦЕ