Сонце в розетці

Мешканці планети Земля споживають щороку близько 15-ти терават |див. словничок| енергії. Ус відомити зміст цієї цифри можна за допомогою простого порівняння: це все одно, що 200 млрд (!!!) побутових електролампочок потужністю 75 Вт, увімкнених одночасно. І приблизно стільки сонячної енергії падає на поверхню Землі протягом лише однієї хвилини.

 

 

Здавалося б, усе просто: технологія напівпровідникових елементів, що перетворюють світло на електричний струм, відома вже понад 50 років. Залишається тільки набудувати якомога більше сонячних електростанцій, і про парниковий ефект від викидів в атмосферу чи радіоактивні відходи можна забути назавжди. Втім, ще донедавна подібні рожеві мрії розбивалися вщент при першому ж зіткненні з дійсністю. Річність фотоелектричного перетворення (в теорії до 33%, у представлених на ринку системах – 14–18%) забезпечують панелі, виготовлені з кристалічного кремнію. Це другий за поширенням хімічний елемент на нашій планеті (звичайний річковий пісок – це окис кремнію). Однак елементарні розрахунки довели, що на виготовлення монокристалічного кремнієвого фотоелемента необхідно більше енергії, ніж він виробить протягом всього періоду свого використання.

 

Та за останні три десятиріччя людство зуміло значно здешевити сонячну енергію від $100 за ват потужності генерації у 1971 році до $7 у 1985-му. Наразі ця цифра ще зменшилася, і в середньому становить $5,5. Проте з економічного погляду чиста енергія залишається в рази дорожчою за традиційну енергію теплових чи атомних електростанцій. Так, є перспектива підвищити ККД кремнієвих фотоелементів до 40% за допомогою оптоелектронних концентраторів |див. словничок|, які зосереджують максимальний потік світла на поверхні батареї. В червні комп’ютерний гігант Hewlett-Packard уклав із каліфорнійською геліоенергетичною компанією Xtre me Energetics угоду про співпрацю саме в цьому напрямі. Та фундаментальної проблеми – високої ціни кристалічного кремнію – ця технологія також не вирішує.

 

 

Зараз у сонячній енергетиці на перший план виходить ідея не максимально ефективних батарей, а максимально придатних до використання. Технологічним підґрунтям для неї служать так звані тонкоплівкові фотоелементи. В них електричний струм генерує не кремній, а тонкий шар інших напівпровідників – наприклад, телурид кадмію або мідь-індій- диселенід галію (цю сполуку позначають абревіатурою CIGS). Ефективність таких батарей менша, ніж у кремнієвих – наразі їх фактичний ККД наближається до 15%, а теоретична межа становить близько 20%. Однак вони значно дешевші у виробництві. Більше того, якщо «традиційна» сонячна батарея – це масивна конструкція завтовшки у кілька сантиметрів і вагою в десятки кілограмів, то основою для тонкоплівкових панелей служить тонка скляна пластина чи металева фольга. Така батарея може бути частково прозорою (ідеальний матеріал для жалюзі у вікнах) або гнучкою – за бажання такими панелями можна вкривати не лише дахи, але й інші архітектурні елементи споруд. Та найголовніша перевага – ціна. Вже зараз вона менша, ніж $3 за ват, а до 2010 року очікують її падіння до $1,8. Для сучасної теплової електростанції, що працює на вугіллі (а це найдешевше паливо), цей показник становить близько $2,1 за ват. Тобто якщо ці прогнози справдяться, сонячна енергетика вперше зможе конкурувати з традиційною.

 

 

Каліфорнійська компанія Nano – solar – флагман виробництва тонкоплівкових фотоелементів. Серед її акціонерів – Сергій Брін та Ларрі Пейдж, засновники Google та ініціатори створення сонячних батарей, що генеруватимуть енергію дешевше, ніж від спалювання вугілля. Схоже, Nanosolar наблизилася до втілення цієї ідеї впритул: наприкінці червня вона оголосила про запуск обладнання для виробництва сонячних батарей, що має продуктивність у 1000 мегават на рік. Це фантастичний прорив: виробничі лінії компаній- конкурентів випускають щороку батареї загалом на 20–30 мегават. Традиційно процес покриття скляної чи металевої основи тонким шаром напівпровідників відбувається шляхом вакуумного напилення, і, відповідно, є тривалим у часі й затратним у коштах. Натомість Nanosolar розробила революційну технологію… друкування сонячних батарей спеціальним «чорнилом», що містить суміш напівпровідникових наночастинок.

 

Потреба в таких «виробничих рекордах» стоїть вкрай гостро: вже зараз продукція Nanosolar продана замовникам на рік уперед. Зрозуміло, що зростання обсягів виробництва приведе до здешевшання батарей. Очікують, що протягом десятиріччя собівартість виробленої ними енергії становитиме менше $1 за ват потужності, що еквівалентно 3-5 центам за кіловат-годину. Приблизно стільки сьогодні платить за електрику український споживач |див. довідку|.

 

Певна річ, що сонячна батарея не задовольнить всіх потреб – уночі, взимку, в похмуру погоду необхідне «зовнішнє» живлення від загальної енергосистеми. В Німеччині надлишок енергії, виробленої домашньою сонячною «електростанцією», можна продавати компаніям з енергопостачання. Лічильник, що обертається в протилежний бік, та рахунок за електрику з «мінусовими» цифрами– дуже приємне доповнення до персональної енергонезалежності.