Солнечная энергия: от простого к сложному
Использование солнечной энергии не ограничивается прямым нагреванием воды или обогревом территории. Учёные уже придумали несколько способов преобразования световой энергии Солнца в электрическую.
Конечно, уменьшение расходов на нагрев воды и помещения — это важно, но область человеческой жизнедеятельности не ограничивается этим.
Если мы хотим полностью заменить уголь, нефть и газ альтернативными видами топлива, такими, как солнечная энергия, нам просто необходимо найти способ преобразования энергии солнца в электричество с наименьшими потерями.
Для солнечной энергетики у учёных существует специальное понятие — гелиоэнергетика (от греческого Helios — солнце). То, что мы все привыкли называть солнечными батареями, — это набор соединённых между собой элементов, которые могут преобразовывать солнечную радиацию в электричество. Они называются фотоэлектрическими генераторами и состоят из полупроводниковых элементов.
Лучшие образцы полупроводниковых кристаллов сейчас обладают коэффициентом полезного действия более тридцати процентов, что, в общем-то, неплохо.
У солнечных батарей есть явное преимущество перед другими генераторами — «сырьё», которое они используют, никогда не закончится. Кроме того, солнечная батарея не имеет движущихся и трущихся частей, а значит, может служить практически вечно. Но, к сожалению, в данный момент они довольно дороги.
Однако все мы видели калькуляторы и другие маломощные приборы с низким потреблением электричества, выполненные именно с таким источником питания. А в некоторых странах установка солнечных генераторов на крыши домов и гаражей имеет массовый характер.
Например, в Швейцарии в данный момент построено более 2600 гелиоустановок на фотопреобразователях мощностью от одного до тысячи киловатт. Там этот процесс происходит в рамках программы «За энергонезависимую Швейцарию» и позволяет значительно снизить расходы на импорт электричества.
Кроме традиционных кремниевых фотоэлементов учёные разработали несколько новых технологий. Например, специалисты института физической электроники при университете в городе Штутгарт (Германия) придумали синтетические волокна, которые под воздействием света могут генерировать электрический ток. Его силы достаточно для питания многих маломощных устройств. Технология довольно перспективная.
Например, рубашка, сшитая из такого материала, может питать карманный компьютер, сотовый телефон или какой либо другой прибор, нужный человеку. Эту ткань вполне можно стирать, и она не потеряет своей работоспособности. А если из неё сделать парус на яхте, то использование солнечного света будет гораздо эффективнее: от этого генератора можно будет питать электричеством всю бортовую электронику.
Ещё одна интересная разработка учёных-химиков из Университета Беркли в Калифорнии. Они нашли способ производства дешёвых солнечных батарей с использованием полимерных плёнок, которые отличаются он своих «кремниевых собратьев» особой гибкостью, так что их можно наносить на любые материалы.
Представьте себе мобильный телефон, который своей поверхностью будет вырабатывать электричество для зарядки своего же аккумулятора. Или же автомобиль, поверхность которого вполне может вырабатывать электричество, чтобы уменьшить нагрузку на аккумулятор.
Пока, правда, эта технология очень «сырая» и имеет много недостатков. Одним из них является низкий КПД — всего 1,7% (против 30% у традиционных батарей). Причём, даже небольшое повышение КПД достигается путем значительных усилий. Мало того, создание новых полимеров возможно только в суперстерильных условиях, достичь которых в лабораторных условиях практически невозможно.
Тогда учёные пошли другим путём, решив объединить новую полимерную технологию и традиционную технологию солнечных батарей. Новый материал представляет собой «смесь» твердых полимеров и очень мелких кристаллов. Их размер настолько мал, что назвать их микроскопическими было бы ошибкой — увидеть в микроскоп их невозможно.
Таким образом, наиболее продуктивным оказался синтез двух технологий. В общем, в ближайшее время будем ждать недорогие, гибкие и легкие солнечные батареи из нового материала с высоким КПД.