Светлое будущее

Специалисты единодушны: значение солнечной энергетики в будущем будет только возрастать

Время придёт
Cуществует расхожее мнение, что сжиганию угля, природного газа или ядерного топлива не существует альтернативы: мол, солнечная, ветряная, гидротермальная и прочие возобновляемые источники энергии никогда не смогут на 100% покрыть потребности человечества в тепле и свете. Скептики напоминают, что, несмотря на все усилия последних десятилетий, лишь 3% всей произведенной сегодня в мире энергии приходится на солнце, ветер или морские волны.
Меж тем, по оценке министерства энергетики США, даже при современном уровне технологий для обеспечения нужд всей страны в электричестве хватит всего 260 км2 (16х16 км) панелей солнечных батарей, расположенных в пустыне Невада.
А в масштабах планеты, теоретически, около 0,01% от общей мощности потока солнечного излучения, падающего на Землю, будет достаточно, чтобы утолить годовую потребность человечества в энергии, что составляет примерно 18 тераватт, или 18 триллионов (число с 12 нулями) ватт.
К схожим выводам приходят специалисты и при оценке общих запасов других видов «дармовой» энергии (ветра, тепла Земли и пр.). Таким образом, принципиальная возможность отказаться совсем от нефти и газа существует, дело лишь за технологиями, что позволит эффективно «добывать» энергию из возобновляемых источников.
О том, что происходит сегодня в солнечной энергетике, и о некоторых из последних достижений в этой области читайте далее в «Открытой».

Здесь и сейчас
Сегодня мало кого удивишь видом панелей солнечных батарей на крышах жилых и офисных зданий. Как правило, суммарная мощность (обычно 3-7 кВт) и мodus operandi (лат. – образ действия) таких мини-электростанций не обеспечивают домовладельцам полной энергетической независимости, вынуждая тех продолжать пользоваться услугами городских электросетей.
В то же время возможность самостоятельно генерировать большую часть потребляемого электричества находят финансово привлекательной миллионы людей по всему миру. Основным препятствием здесь для многих становится довольно высокая (хотя и постоянно падающая) цена на собственно кремниевые фотопанели. Так, в США владелец средних размеров дома (месячное потребление электричества – около 900 кВт), пожелавший перейти, по возможности, на самообеспечение, должен закупить последних на $8-15 тысяч.
Однако все не так уж плохо, и те, кто не готов выложить одномоментно такие деньги, могут обратиться в одну из множества специализированных фирм, где на срок от года до 25 лет вам отдадут в аренду требуемое количество солнечных батарей.
Как бы то ни было, всего на сегодняшний день в США насчитывается порядка 300 тыс. подобных, установленных на крышах, солнечных мини-электростанций.
Налоговые вычеты, всевозможные преференции, возможность для граждан продавать избытки «солнечного» электричества – лишь некоторые из мер, к которым прибегает правительство Соединенных Штатов, равно как и многих других стран, задавшихся целью развития у себя альтернативной энергетики.
Стоит заметить, однако, что вопреки выпадам некоторых противников «зеленой» энергии (дескать, без господдержки все это – пустышка) подобная политика не является чем-то необычным для всей энергетической отрасли. Так, в США через те или иные механизмы (тарифы, налоги, отчисления и т.д.) угольная или атомная промышленность получает куда большие субсидии, нежели солнечная или ветряная энергетика.

Эволюция продолжается
Помимо относительно маломощных «солнечных крыш», облюбованных частными домовладельцами и малым бизнесом, в мире сегодня активно вводятся в эксплуатацию коммерческие солнечные электростанции, чья мощность (200-400 МВт) приближается к показателям типичных угольных или газовых ТЭС.
Так, в конце 2013 года в Соединенных Штатах приступили к работе сразу три подобные гелиоэлектростанции (от др.-греч. helios – солнце) – две в Калифорнии и одна в штате Аризона. Стоимостью под $2 млрд. каждая, все они используют разные технологии преобразования солнечного света в электричество.
Раскинувшееся на площади 6 км2 250-мегаваттное калифорнийское «Солнечное ранчо»  состоит из 750 тыс. поликристаллических кремниевых фотопанелей, что позволяет обеспечить электричеством около 100 тыс. домов. При этом, как отмечает компания-владелец, на протяжении следующих 25 лет (срок эксплуатации фотоэлементов) в атмосферу не попадет ни грамма парниковых газов или вредных веществ.
В свою очередь, две другие солнечные электростанции – «Солана» (280 МВт) и «Иванпа Солар» (390 МВт) – относятся к категории так называемых гелиотермальных. Тысячи плоских либо параболических зеркал здесь установлены таким образом, что весь падающий на них свет концентрируется в определенной точке, благодаря чему температура достигает более 400°С.
Сфокусированный свет нагревает проходящую по трубкам теплоносящую жидкость (синтетическое масло), которая, в свою очередь, попадая в теплообменник парового котла, превращает воду в пар. Последний используется в паротурбинном генераторе, что, собственно, и вырабатывает электричество.
Примечательно также, что технология, используемая в «Солане», позволит запасать «впрок» тепловую энергию, благодаря чему и в отсутствие солнца станция в течение шести часов может продолжать бесперебойную работу.
В настоящее время Китай, США, страны Западной Европы, Индия, Бразилия и Япония являются мировыми лидерами солнечной энергетики по объемам уже имеющихся мощностей и/или темпам ввода новых.

Завтрашние рубежи
Сегодняшние коммерческие кремниевые фотопанели преобразуют в электричество порядка 15-20% падающего на них света, в то время как эффективность (КПД – коэффициент полезного действия) существующих опытных образцов доходит до 40-45%.
Другой возможностью удешевить стоимость «солнечного» электричества многие специалисты видят улучшение рабочих характеристик так называемых тонкопленочных солнечных батарей. Будучи пока менее эффективнее (КПД – 9-11%) традиционных поли/монокристаллических кремниевых фотоэлементов (15-20%), в отличие от последних, пленочные солнечные батареи неплохо работают при пасмурной погоде, а также существенно дешевле в производстве.
А не так давно ученые из Оксфордского университета сообщили о создании нового класса полупрозрачных солнечных фотоэлементов на основе перовскита (титанат кальция – минерал).
Будучи нанесенным по определенной технологии на поверхность стекла, это довольно распространенное и чрезвычайно дешевое соединение образует тонкую пленку, способную преобразовать свет в электричество с КПД около 8%. Само стекло остается при этом прозрачным, приобретая лишь нейтрально-серый «тонированный» вид, и может таким образом без проблем использоваться при остеклении домов, небоскребов, торговых центров.
Автор изобретения, профессор Генри Снейф, уверен, что в ближайшее время он сможет довести эффективность таких фотопанелей до вполне приличных 20% по меркам солнечной энергетики. Специально для коммерциализации своего открытия ученый вместе с университетом создали компанию «Окфорд фотоволтаик», надеясь уже к 2017 году выпустить на рынок готовый продукт.
В свою очередь, целый ряд ведущих ученых уже заявили, что, если долговечность и устойчивость к внешним воздействиям перовскитных тонкопленочных батарей будут подтверждены, солнечный свет имеет все шансы стать по-настоящему массовым источником дешевого электричества.

Родные пенаты
Что касается российской «зеленой» энергетики, то на настоящий момент в стране отсутствуют как сколь-нибудь значительные генерирующие мощности, так и по-настоящему амбициозные планы ее развития.
Представленные весной 2013 года в постановлении правительства РФ меры по стимулированию производства электроэнергии из возобновляемых источников большинство экспертов сочли в лучшем случае недостаточными, а в худшем – просто имитационными.
Руководство нашего края еще несколько лет назад озвучило намерение построить под Кисловодском к 2015 году самую крупную в стране солнечную электростанцию (50 МВт). Это решение вызвало недоумение многих специалистов, полагающих, что в энергоизбыточном регионе, продающем излишки электричества соседям, шести миллиардам рублей (стоимость проекта) можно найти куда лучшее применение.
Если дело действительно в экологии Кавказских Минеральных Вод, как то пытаются представить власти, куда эффективнее было бы запустить краевую программу льготного кредитования или субсидирования тех граждан, организаций и жилищно-коммунальных хозяйств, которые решатся на обустройство своих собственных «солнечных крыш».

Александр ЛЕОНТЬЕВ