Спіймати Сонце

Цьогоріч ціна російського газу для України вже двічі знижувалася, але й нинішні $198,3 за 1 тис. м3 усе ж учетверо перевищують рівень 2005-го ($50). А в першому кварталі наступного року, вважає представник президента з міжнародних питань енергетичної безпеки Богдан Соколовський, паливо коштуватиме близько $300. Нафтопродукти також протягом останнього десятиліття (піка досягнуто у липні 2008-го – майже $150 за барель сирої нафти) нестримно дорожчали. Поліпшення ситуації у світовій економіці знову спричинить підвищення їхньої вартості. Україна поки що якось непереконливо прагне відмовитися від дорогої вуглеводневої залежності. А між тим багато розвинених країн дедалі активніше дивляться не під ноги, де розташовані поклади, а вгору: до безплатного енергоджерела – Сонця.

 

 

Вперше явище фотоефекту – випромінювання електронів під дією сонячного світла – спостерігав ще у 1831 році Олександр Бекерель. Але розробив і пояснив цю теорію вже в 1905-му Альберт Ейнштейн. До речі, саме за теорію фотоефекту він і отримав 1921-го Нобелевську премію. Тогочасний вчений світ ще не був готовий відзначити науковця за його революційні спеціальну та загальну теорії відносності, що змінили наші уявлення про світ, відкрили шлях розвитку ядерної енергетики.

 

Здавалося б, усе просто: теорія розроблена, технологія виготовлення напівпровідникових елементів, що перетворюють світло на електричний струм, відома понад півстоліття — будуй якомога більше сонячних електростанцій. «Сировина» безплатна впродовж усієї світлої частини доби. Про парниковий ефект, радіоактивні відходи, вугільні копальні можна забути. Проте донедавна рожеві мрії розбивалися об дійсність. Хоча кремній, який використовують для створення сонячних панелей, другий за поширенням елемент (після кисню) на планеті, у чистому вигляді він не трапляється. Земна куля на чверть складається з різноманітних його сполук: піску, кварцу. До того ж виявилося, що для виготовлення монокристалічного кремнієвого фотоелемента потрібно доволі багато електро­енергії. А отже, його вартість є доволі кусючою.

 

 

На початку 1970-х вартість монтажу одного вата «сонячної потужності» становила близько $100. Певна річ, за таких умов створювали лише дослідні зразки. Уявіть: щоб заживити 100-ватну лампочку, потрібно вкласти $10 тис. Але прогрес швидко бере своє. І вже в сере­дині 1980-х ця цифра зменшилася вдесятеро. Нині побудова одноватної потужності коштує вже близько $5–6. Але це все однозначно перевищує ціни в традиційній енергетиці. У світі сучасну теплоелектростанцію будують, виходячи з розрахунку орієнтовно $2,1 за ват. Атомна генерація ще дешевша. Для прикладу (хоч остаточні цифри ще не наведено): вартість третього енергоблоку-мільйонника Хмельницької АЕС становитиме $1,5–1,8 млрд за 1000 МВт, тобто ват потужності обійдеться у $1,5–1,8.

 

Фірм, що пропонують послуги з установлення геліобатарей, в Україні достатньо. Приміром, київське ВАТ «Квазар», севастопольське ТОВ «Афрос», рівненське представництво компанії Solarpol – вони мають свої сайти в мережі інтернет. Але про їхні ціни інформація дещо розпливчаста. Аналізуючи дані, що містяться в мережі, можна дійти висновку, що в Україні ват сонячної потужності коштує $8–10. Багато це чи мало? Уявіть, що ви маєте забезпечити електрикою опалювальний котел потужністю 2 кВт – віддайте $16–20 тис. Для цілковитої енергонезалежності будинку вистачає близько 6–7 кВт, тобто потрібно мати $50–70 тис. Проте, підкреслю, це орієнтовні розрахунки: компанії-поста­чальники пропонують звернутися до них, а вони самостійно підрахують.

 

 

 

В Україні зі зрозумілих фінансових причин сонячні батареї не набули значного поширення. Але в Києві кількадесят будинків мають ці альтернативні джерела живлення, в Чернігові від сонячних елементів опалюється католицький собор, у Маріупо­­лі – пологовий будинок. І в галичан є приклади встановлення на дахах фотоелементів: у Львові та на Івано-Франківщині. Аматори й умільці самотужки встановлюють їх на своїх будинках.

 

У Європі екологічно чисті енергопотужності мають поки що невеликий, але динамічний попит: влада фінансово сприяє ентузіастам. Приміром, у Німеччині влітку надлишок електро­енергії, що генерується приватними сонячними батареями, вимушені доволі дорого купувати енергопостачальні компанії, щоб підтримати розвиток «зелених технологій». В Іспанії ж нові будинки обов’язково мають зводитися з батареями на даху. Різноманітні заходи підтримки й приводять до щорічного зростання продажу фотоелементів приблизно на третину. За даними Європейської асоціації фотоелектричної промисловості, на початок 2008 року потужність усіх сонячних батарей становила 9,2 ГВт. І в Асоціації прогнозують, що до 2030-го вона може зрости у… 200 разів  – до 1800 ГВт. Енергія сонця становитиме шосту частину всього енергоспоживання планети (зараз менш як 0,1%). Цифри здаються шаленими, але з огляду на наукові успіхи цілком реальними.

 

Нині сонячний елемент являє собою масивну конструкцію завтовшки у кілька сантиметрів та вагою в десятки кілограмів. Елемент розміром метр на метр має потужність близько 100 Вт (тобто для вже згаданого котла потрібно 20 м2 даху). Причому коефіцієнт корисної дії (ККД) батареї не дотягує до 20%: під час нагрівання (а як без цього? – елемент працює на сонці) стрімко знижується потужність, що генерується. Вчені працюють над підвищенням ККД, але навіть не це обіцяє сонячним батареям, даруйте, світ­­ле майбутнє. Сучасні нанотехнології відкривають перед прибічниками енергії сонця справді шалені перспективи.

 

 

 

Останнім часом науковці йдуть шляхом створення не найефективніших батарей, а максимально придатних для використання. ККД уже не є найвищим пріоритетом. Основні завдання – зручність фотоелементів і здешевлення виробництва. Технологічним підґрунтям для нових сучасних батарей слугують тонкоплівкові фотоелементи. У них струм генерує не кремній, а тонкий шар інших напівпровідників. Їхня ефективність нижча, але вони являють собою тонку скляну пластину або фольгу. По-перше, їх можна використовувати навіть замість жалюзі. По-друге, розміщувати на поверхні будь-якого профілю. По-третє, змінюється технологія виробництва. Якщо раніше покриття металевої чи скляної основи тонким шаром напівпровідника здійснювали шляхом вакуумного запилення, то каліфорнійська компанія Nanosolar розробила революційну технологію… друкування сонячних батарей спеціальним чорнилом, що містить суміш напівпровідникових наночастинок. Торік американська фірма оголосила про запуск обладнання, що виготовлятиме фотоелементи потужністю… 1 ГВт на рік, при цьому в неї заздалегідь замовлена вся продукція. Очікується, що нова технологія і зростання обсягів виробництва дадуть фахівцям Nanosolar змогу зменшити вартість вата потужності до $1 (!). А це дешевше навіть від атомної генерації.

 

Експерти Європейської асоціації фотоелектричної промисловості переконані, що за п’ять років на півдні континенту геліоенергія стане конкурентоспроможною на ринку, за десять років на теренах усієї Європи, навіть Північної, вона буде дешевшою від традиційної. Навіть газ в оселях можна буде замінити на сонячну енергію. Звісно, це потребує часу, але перспективи… Причому можливий відхід світу від споживання вуглеводнів розуміють і росіяни – працюють для розвитку власних «сонячних технологій». У вересні минулого року на Міжнародному інвестиційному форумі «Сочі-2008» було презентовано спільну розробку Північно-Кав­казького державного технічного університету, Фізико-технічного інституту імені А. Йоффе та Південно-Російського державного технічного університету. Вартість енергії, яку продукуватиме розроблена ними сонячна батарея на основі використання нанотехнологій, не перевищуватиме одного рубля за кіловат-годину. Реалізацію проекту заплановано на 2009 рік у Ставрополі. Україна, на жаль, поки що стоїть осторонь від усіх цих процесів.