Пусть светит

Сотрудник Бюро патентов Швейцарии, выпускник Федерального Политехникума в Цюрихе, племянник владельца небольшой компании «Электротехническая фабрика Я. Эйнштейна и К°» – двадцатишестилетний Альберт — в 1905 году вывел изящную формулу, в которой длина волны (частота) света, связывалась с энергией и скоростью вылетающих из вещества под его воздействием электронов. Пытливый племянник электрического фабриканта придумал понятие фотона — частицы света – а сутью формулы было то, что энергия этого фотона расходуется на ионизацию атома вещества, на работу, которую необходимо совершить для того, чтобы «вырвать» электрон, а остаток переходит в кинетическую энергию электрона. И это можно использовать для зажигания лампочек, хотя сам Альберт впрямую этого не говорил. Он только разработал квантовую теорию света и с использованием фотонной концепции, установил основной закон фотохимии. В 1921 году ему была присуждена Нобелевская премия за вклад в теоретическую физику (он ещё разработал специальную и общую теорию относительности, теорию броуновского движения, релятивистскую космологию и единую теорию поля, но в Грамоте отмечено: «особенно, за его открытие закона фотоэффекта»).

А началось с того, что в 1839 г. Александр Беккерель впервые наблюдал сам фотоэффект — испускание электронов (электролитом) под действием света. В 1873 году Виллоби Смит обнаружил, что диэлектрик селен под воздействием света становится проводящим, а в 1883 Чарльзу Фриттсу удалось сконструировать первый модуль с использованием солнечной энергии с основой из селена, покрытого тончайшим слоем золота – он позволял один (!) процент солнечной энергии преобразовывать в электричество.

Затем эффект изучался в 1887 году Г. Герцем, в 1888–1890 нашим А. Г. Столетовым и Ф. Ленардом. В 1897 г. Д. Томпсон открыл электрон, и стало ясно, что фотоэффект (точнее – внешний фотоэффект) состоит в том, что свет может вырывать электроны из вещества. Внутренний фотоэффект — приводит к возникновению фотопроводимости — увеличению проводимости под действием света. Или к вентильному эффекту – возникновению под действием света ЭДС (фото-ЭДС) в системе, состоящей из контактирующих полупроводника и металла или двух разнородных полупроводников.

Конечно, сначала интерес был чисто академическим, но потом подсчитали, что суммарная мощность солнечного излучения на поверхности земли — 1000 Вт/м2. При этом оно светит даром – значит, надо эту энергию суметь использовать — всё просто, нужно только много солнечных дней.

Сегодня мировой рынок солнечной энергетики (установленная мощность фотоэлектрических систем) – превышает 10 тысяч МВт.

Конечно, на практике под солнечные ЭС нужны большие площади (хотя и меньше чем под водохранилища ГЭС), приходится учитывать климат как определяющий параметр. Дороговаты пока фотоэлементы (но и нефть ещё в прошлом году вон сколько стоила!). А уже через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться (значит, за это время нужно придумать новые – но котлы и турбины тоже не вечны). Особенно досадно, что когда нам особенно требуется электроэнергия – вечером и ночью – солнце обычно не работает. Но можно использовать источники бесперебойного питания, от него заряжаемые.

Фотоэлектрическое преобразование признано и теоретиками, и инженерами — наиболее перспективным направлением возобновляемой энергетики, причём оно экологически безопасное.

Экологически чистая электростанция, использующая энергию Солнца, построена на юге Испании. Сто тысяч фотогальванических панелей занимают площадь в 500 тыс. квадратных метров (немного больше 70 и чуть меньше 71 футбольного поля). Она будет производить 30 млн кВт-часов электроэнергии в год (достаточно для 12 тыс. домашних хозяйств) и не будет выбрасывать ежегодно 30 тыс тонн углекислого газа как обычная угольная с такой мощностью.

В наши дни в развитых, но не особо энергообеспеченных, странах популярны приватные солнечные установки: фермеры переоборудовали пастбища в поля для уборки солнечной энергии, в Германии уже есть фирмы — перекупщики – перепродавцы этой продукции.

Победоносное шествие системного (мирового, финансового, экономического и проч.) кризиса показывает, что падение цен на нефть, а за нею, в ближайшем последствии, и на газ, отнюдь не приведёт к удешевлению производства электроэнергии из углеводородов. В этих непростых условиях продолжаются не просто научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области возобновляемых, альтернативных источников энергии. Японцы всерьёз развивают экспансию на наш Дальний Восток, намереваясь строить там приливные и геотермальные электростанции.

Говорят, всеобщая эра солнечной энергетики настанет, когда стоимость её ватта опустится до $1, то есть будет меньше, чем «углеводородной». И говорят, что сегодня она стоит $3—4 за ватт, хотя четверть века назад - $ 100. Правда, не говорят, сколько собирается стоить $ завтра и где конкретно почём.

Но человечество ищет оптимальные варианты выживания, в том числе и с использованием солнечной энергетики – и оно бессмертно, пока ищет. Пока светит солнце.