Загадки звездных островов. Книга 2 (сборник)

У теплоэлектрических солнечных станций есть серьезный соперник — фотоэлектрические станции, или, иначе, солнечные батареи. (Они уже упоминались, когда речь шла о солнечных самолете и электромобиле.) Если солнечные теплоэлектростанции преобразуют энергию солнечного света сперва в тепловую, а затем в электроэнергию, то фотоэлектрические станции обходятся без промежуточной ступени: фотоэлектрический преобразователь (фотоэлемент) превращает энергию света прямо в электроэнергию. Роль преобразователя выполняют полупроводники.

Со времени запуска третьего советского спутника и американского "Авангарда-1", на которых были впервые установлены солнечные батареи, они по-прежнему остаются основным источником электропитания космических аппаратов. Кремниевая солнечная батарея на "Спутнике-3" проработала два года, снабжая электроэнергией передатчик "Маяк", пока сам спутник не сгорел в более плотных слоях атмосферы.

Не без основания солнечные фотоэлектрические станции считаются весьма перспективным направлением: в них отсутствуют движущиеся части, они имеют неограниченный срок службы, требуют минимального обслуживания (или вообще не требуют такого). В отличие от электрогенераторов других типов они могут применяться в широких пределах мощности — от одного ватта и менее до нескольких миллионов киловатт.

С выходом на космические орбиты расширилось и наземное использование солнечных батарей. Это еще один пример практической отдачи тех усилий, которые были вложены в освоение космоса.

Пока еще стоимость солнечных элементов достаточно высока, но в ряде случаев их применение уже сейчас является экономически выгодным. Автоматические морские и речные бакены, сигнальные огни на буях, в маяках, на морских нефтяных вышках, автоматические метеостанции и другие удаленные труднодоступные приборы, источники электроэнергии для небольших южных селений, экспедиций, чабанов, слуховые аппараты, вмонтированные в оправу очков… Вот далеко не полный перечень устройств, использующих солнечные батареи. В США строится даже промышленное предприятие, где вся необходимая электроэнергия — для освещения, отопления и даже для технологических нужд — будет производиться солнечными элементами. Они расположатся на южном скате крыши здания и займут площадь 2400 квадратных метров. В пасмурные дни будет расходоваться энергия, запасенная впрок в мощных аккумуляторных батареях.

Фотоэлементы непрерывно совершенствуются — снижается стоимость их производства, повышается эффективность преобразования солнечной энергии, уменьшается масса.

Наиболее освоены па сегодняшний день кремниевые элементы. Их коэффициент полезного действия составляет около 15 процентов. Но коммерческое производство кремниевых солнечных элементов довольно сложно. Оно включает стадию выращивания кристалла из расплава, где требуется контроль температуры с точностью ±0,1 °C при температуре 1420 °C.

У кремниевых батарей появился серьезный конкурент — элементы на арсениде галлия. В лабораторных условиях их коэффициент полезного действия доведен до 20 процентов, кроме того, они способны выдерживать тысячекратную концентрацию потока солнечных лучей, менее чувствительны к воздействию различных разрушающих факторов космического пространства и в несколько раз тоньше, чем кремниевые батареи.

Замечательная способность арсенида галлия преобразовывать в электричество световой поток высокой плотности послужила основой для создания интересной схемы солнечного источника. Зеркала, которые можно сделать из сравнительно дешевых материалов, позволяют собирать солнечные лучи с необходимых площадей и затем фокусировать на фотопреобразователь из арсенида галлия небольшого размера и соответственно значительно меньшей стоимости по сравнению с солнечной батареей, построенной по традиционной схеме. Это одно из направлений, в котором у советских ученых есть неплохой задел на будущее. Ведутся работы по созданию фотопреобразователей с использованием органических полупроводников.

В последнее время достигнуты большие успехи в разработке солнечных батарей на основе сульфида кадмия. Хотя их коэффициент полезного действия пока ниже кремниевых, однако полагают, что в массовом производстве они будут дешевыми и способными в недалеком будущем конкурировать с привычными нам источниками энергии. По результатам ускоренных ресурсных испытаний ожидается, что срок службы элементов с использованием сульфида кадмия превысит двадцать лет. У сульфида кадмия важное преимущество: солнечная батарея может быть выполнена в виде пленки. Это упрощает монтаж па ферменных конструкциях, которые перспективны как для космоса, так и для Земли.

Но кремний пока не собирается сдавать позиции.