Загадки звездных островов. Книга 2 (сборник)

В ряде стран, в том числе и в СССР, разрабатывается новая технология производства кремниевых элементов в виде длинных тонких лент. При этом удается исключить из технологии дорогостоящий процесс нарезки тонких кремниевых пластин из большого монокристалла, автоматизировать и снизить стоимость производства. Но пока выпуск дешевых и эффективных элементов в широких масштабах предвидится не ранее 1985 года. Одна из трудностей получения фотоэлементов, особенно кремниевых, состоит в том, что для их производства требуются большие затраты энергии, но здесь ученые возлагают надежды на само Солнце, а точнее, на уже упоминавшуюся солнечную печь.

Прогресс технологии производства кремниевых элементов наглядно отражается в стоимости одного ватта энергии, получаемой от солнечной батареи. Например, в США в 1974 году стоимость составляла 50–60 долларов за один ватт мощности, снимаемой с солнечной батареи. В 1977 году за счет совершенствования технологии стоимость была снижена до 15 долларов. Предполагается, что в 1986 году она составит около 50 центов за ватт. При такой стоимости кремниевые элементы смогут вырабатывать электроэнергию в земных условиях по ценам, конкурентоспособным с другими автономными источниками энергии.

Большое внимание уделяется повышению коэффициента полезного действия фотоэлементов; Это позволит снизить площадь, отводимую под гелиостанции. На основе известных материалов и принципов вполне реально уже в ближайшее время создать фотоэлементы с коэффициентом полезного действия 35–40 процентов, а теоретически коэффициент полезного действия преобразователей с использованием объемного фотоэффекта в гипотетических пока материалах может превысить и 90 процентов.

Особенностью наземных гелиостанций является то, что источник их энергии — солнечный свет — нестабилен. Интенсивность его даже при идеальных погодных условиях изменяется в течение суток от максимума в полдень практически до нуля ночью. В облачные, пасмурные дни, при пыльных или песчаных бурях солнечный свет может надолго "выключаться" даже днем. Поэтому, чтобы обеспечить бесперебойное снабжение электроэнергией, ее надо запасать впрок, и в довольно больших количествах. Из-за этой особенности солнечные электростанции будут эффективными при пиковых, а не базовых, постоянных, нагрузках.

Крупномасштабное накопление энергии — задача сложная. Строить резервуары-хранилища на большое количество горячей воды и пара — довольно дорого, да и потери при хранении и преобразовании энергии будут немалыми. Заманчиво иметь запас энергии непосредственно в самой удобной форме — электрической. Работы по созданию "складов" электрической энергии ведутся. Например, объединение американских фирм разрабатывает гигантский свинцово-кислотный аккумулятор, который займет площадь 0,2 гектара и будет весить 2250 тонн. Элементы этой аккумуляторной батареи будут автоматически заполняться электролитом. Общий вес ее свинцовых пластин составит 1575 тонн. Ввод "супераккумулятора" намечен на 1984 год. Батарея по проекту должна обеспечить подачу мощности в 45 мегаватт. А вот еще один пример "склада" электричества, основанного на явлении сверхпроводимости. Известно, что электрический ток может сколь угодно долго циркулировать без каких-либо потерь энергии по "кольцевому маршруту" в соленоиде, охлажденном до температуры, близкой к абсолютному нулю (минус 273 градуса Цельсия). При такой температуре электрическое сопротивление проводника становится нулевым. В 1984–1987 годах в США, в университете штата Висконсин, планируется создать экспериментальную установку, способную хранить 100 мегаватт-часов электроэнергии. Гигантская катушка более 100 метров в диаметре будет установлена в специальном тоннеле, пробитом в горах. В нем с помощью установок с жидким гелием будет поддерживаться температура, близкая к абсолютному нулю. По оценкам специалистов Висконсинского университета, коэффициент полезного действия подобных установок будет около 95 процентов.

В последнее время ученые думают над тем, как воспользоваться существующими в природе способами преобразования солнечной энергии. Один из них биологический, базирующийся на фотосинтезе растений, вот уже миллионы лет превращающих световую энергию в химическую. Но в среднем по земному шару коэффициент полезного действия такого преобразования составляет лишь доли процента. В то же время микроскопические водоросли, такие, как хлорелла, имеют коэффициент полезного действия до шести процентов. Возникает вопрос: как еще увеличить его? Ответить на этот вопрос можно, только зная в деталях механизм фотосинтеза. Исследования в этом направлении ведутся в институтах фотосинтеза, биохимии, физиологии растений АН СССР и за рубежом.