Пустыня как она есть

На первый взгляд может показаться, что никакие новые исследования в этой области не нужны. Потому что люди уже давно умеют превращать свет и тепло в электричество. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть, как отклоняется под действием падающего света стрелка фотоэкспонометра. Или взглянуть на прямоугольные ячеистые панели, которые разместились на площадке недалеко от входа в институт. Это солнечные батареи, они очень похожи на огромные крылья, которые вы не раз видели на снимках различных космических аппаратов. «Крылья» — панели фотоэлементов, их смело можно назвать солнечными электростанциями космических кораблей, так как они сами, без посредников превращают свет, который на них падает, в электрическую энергию. Ее хватает и на освещение космического дома, и на работу многочисленных бортовых агрегатов, научных приборов, средств радиосвязи, систем жизнеобеспечения.

И казалось бы, чего проще: ставь на бесплодные пески пустыни такие же солнечные батареи, перехватывай ими падающую на Землю солнечную энергию и получишь электрическую энергию, которую можно пустить и на подъем воды из колодцев, и на опреснение ее, и на освещение домов. А поскольку неиспользуемых песчаных пустынь пока еще достаточно много, то можно, видимо, с помощью фотоэлектрических преобразователей получать настолько много энергии, что ее хватит для электроснабжения ближайших городов и промышленных предприятий. Будем считать, что в среднем мощность солнечного излучения, учитывая суточную неравномерность, составляет 10 процентов от солнечной постоянной, то есть примерно 100 ватт на квадратный метр. Тогда получится, что с квадратного километра пустыни (это миллион квадратных метров) можно было бы получить примерно 100 тысяч киловатт электрической мощности. Ее вполне хватило бы для энергоснабжения небольшого города.

Последние фразы, как вы, конечно, заметили, построены в сослагательном наклонении, с использованием частицы «бы». Потому что в нашем простейшем расчете не учтен один очень важный показатель, и это делает весь расчет неверным. Мы не учли коэффициент полезного действия фотоэлектрических преобразователей, считали, что он равен 100 процентам, то есть что вся солнечная энергия целиком превращается в электрическую. В действительности же даже лучшие современные полупроводниковые фотоэлементы превращают в электричество пока примерно 10 процентов падающей на них солнечной энергии, а рядовые, серийные преобразователи имеют коэффициент полезного действия процентов пять-шесть.

Если учесть эту невеселую реальность, то получится, что с квадратного километра пустыни мы можем получить максимальную мощность не 1 миллион, а лишь 50–60 тысяч киловатт электрической мощности. И это, между прочим, тоже было бы неплохо, если бы сами фотоэлементы стоили дешевле, пока же цена их настолько высока, что о широком использовании специалисты и не говорят. Кое-кто из них полагает, что полупроводниковый элемент станет выгодным для солнечной энергетики прибором, если стоимость его будет снижена на два порядка. То есть примерно в 100 раз.

Где же выход? Неужели заманчивая идея использования бесплатного и бесполезно теряемого в пустыне солнечного тепла не может быть реализована? Неужели техника не предлагает никаких реальных возможностей.

Возможностей таких, оказывается, существует несколько. И на разных направлениях ведутся исследовательские работы, предпринимаются практические попытки впрячь Солнце в упряжку полезных дел. В Институте солнечной энергии есть площадки, на которых расположились самые разные системы преобразователей солнечной энергии. Это настоящий полигон, где ведущие научные центры страны проверяют свои разработки.

Энергично в последнее время идет совершенствование самих фотоэлектрических преобразователей как по снижению их стоимости, так и повышению коэффициента полезного действия. Результаты могут быть получены только в фундаментальных физических исследованиях, затрагивающих самые тонкие механизмы взаимодействия излучений с веществом. Известно, что физики не любят давать широковещательных обещаний, но, видимо, какие-то надежды на серьезное улучшение важнейших характеристик фотоэлемента все-таки имеются. Во всяком случае, в последние годы в этой области заметен явный прогресс: еще не так давно коэффициент полезного действия полупроводникового фотоэлемента находился где-то в районе одного процента.