Журнал "Компьютерра" N782

А вот стоимость проекта, учитывая низкие эксплуатационные затраты, отнюдь не смущает: она оценивается всего в миллиард долларов (точнее, столько денег организаторы рассчитывают собрать с инвесторов)1. В конце концов, куда более сомнительная с экологической точки зрения Богучанская ГЭС, которую никак не достроят на Ангаре, обойдется на круг впятеро дороже? при всего лишь десятикратно большей проектной мощности (17600 ГВт-час в год). Согласитесь, что если считать не стоимость чистой энергии, а потери в целом (в том числе утрату полутора сотен тысяч квадратных километров девственной тайги, значительную часть которой даже вырубить не удастся,

затопление исторических памятников, уничтожение ценных видов рыб из-за всплывания торфяников, потерянные сельхозугодья, переселение жителей), не так уж и дорого получается.

СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

А в чем, собственно, принципиальная проблема солнечной энергетики? Солнечной энергии до Земли доходит довольно много: через сечение земного шара проходит поток солнечного тепла в 42250 ТВт, что примерно в 20 тысяч раз больше, чем потребляет сегодня человечество (2,1 ТВт). Казалось бы - неисчерпаемый источник!

1 Есть, правда, сомнения как в реалистичности этой суммы. так и в технологической реализуемости проекта Solaren вообще - Прим. ред.

2 Из расчета, что в 2004 году завершение строительства Богу-чансксй ГЭС. готовой на 60%. оценивалось в $2 млрдОднако эта энергия, как говорят физики, низкопотенциальная: если за пределами атмосферы поток солнечного излучения составляет 1353 Вт/м2 (так называемая солнечная постоянная), то на земной поверхности при нахождении солнца в зените он составит уже 925 Вт/мг, а при высоте солнца в 45° над горизонтом поток снижается до 845 Вт/м2. Так что с учетом смены дня и ночи средняя величина составит лишь 300-500 Вт/мг в солнечный день в южных широтах, а в Европе облачным днем может быть и гораздо меньше: 100-150 Вт/м2.

Для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую служат кремниевые солнечные элементы. Есть и другие типы элементов (Википедия насчитывает их десятка полтора), причем теоретически самые эффективные должны получаться на арсениде галлия (GaAs), но на практике такие элементы дороги, а эффективность их гораздо меньше теоретической из-за трудностей получения качественной монокристаллической пленки полупроводника. Поэтому около 90% солнечных фотоэлементов делаются на основе монокристаллического или поликристаллического кремния,

Первый солнечный элемент был создан в 1954 году в Bell Labs на основе кремния и имел КПД около 6%. Устройство типового современного элемента (их еще называют полупроводниковыми фотоэлектрическими преобразователями или фотовопьтаиче-скими элементами) показано на рис. 1. Как видно из рисунка, он состоит из защитного стекла с просветляющим покрытием, полупроводниковой зоны с л-проводимостью, покрытой тонкой прозрачной пленкой одного из контактов (отрицательного), и зоны с р-проводимостью, которая расположена на подложке, обычно являющейся одновременно и вторым (положительным)

контактом. Ранее солнечные батареи делались и без стекла с просветляющим покрытием, но их эффективность значительно ниже из-за потерь на отражение.

Напряжение такого элемента под нагрузкой составляет 0,45-0,47 В и, что интересно, мало зависит от освещенности. А вот вырабатываемый ток как раз напрямую определяется освещенностью. Мак-

КПД элемента падает с ростом температуры (примерно на 10% от начальной величины при повышении температуры с 25 до 60 °С), и в настоящее время для самых распространенных типов солнечных батарей остается удручающе мал в среднем 16%, с перспективой роста до 17,5% к 2010 году (по данным фирмы Nitol Solar). Состав полупроводника и па-

КПД ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ТИПОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ОСТАЕТСЯ УДРУЧАЮЩЕ МАЛ: В СРЕДНЕМ 16%

симальная эффективность однослойного преобразователя равна 31-37% (большая величина - при использовании концентраторов, увеличивающих освещенность). В многослойных элементах теоретическая эффективность растет (в пределе - до 72%), но от такого пути отказались из-за технологических трудностей. Более перспективными оказались эксперименты с полупроводниковыми структурами (например, построенными на базе переходов Шоттки - полупроводник-металл), но пока доля нетрадиционных структур в производстве мала.

ЛАБОРАТОРИИ

|ельзя не упомянуть и о последних достихенинх в области солнечных элементов. К примеру I ученые из Дубны довели КПД кремниевых элементов до 55%, заодно научив батарею питаться инфракрасными лучами (то есть работа возможна и ночью), правда, в очень сложной и дорогой гетероструктуре, включающей наночастицы золота и серебра.