Александр Фролов - Новые источники энергии

Применение «солнечной энергетики» расширяется. К калькуляторам, не требующим подзарядки батареи, мы уже давно привыкли. Другой пример использования – мобильный телефон на солнечных батареях. Построен самолет HB-SIA, который оборудован солнечными панелями, аккумуляторами, моторами и пропеллерами, и способен летать без остановок, и без топлива. Другой пример: лодки и морские яхты на солнечных батареях, имеющие неограниченный ресурс по дальности.

Основной вопрос – цена. Очевидно, что кристаллические типы солнечных батарей уходят в прошлое, по причине своей дороговизны. Ряд компания, в том числе, американская компания Konarka Technologies, объявили об успешном окончании эксперимента по изготовлению солнечной батареи с использованием струйного принтера: это методика контролируемого нанесения материала на определенную основу, которая используется не только для изготовления полиграфической продукции, но и для решения ряда других задач, например, изготовления гибких микросхем. Суть технологии состоит в специальной жидкости, которую можно применять для струйной печати. Эта специальная «краска» содержит все необходимые для фотоэффекта материалы в виде наночастиц. Использование данной технологии для создания солнечных элементов устраняет потребность в сверхчистом кремнии, что существенно удешевит продукт.

Другая компания – Nanosolar была основана в 2002 году, в 2011 она занялась проектом постройки крупнейшего в мире завода по производству гибких солнечных батарей в Калифорнии, и самого крупного завода по их сборке в Германии. Они объявили о создании технологии, обеспечивающей самую низкую себестоимость в мире.

Рис. 229. Фотоэлементы Nanosolar

Технология компании Nanosolar снижает стоимость производимой энергии примерно в десять раз, то есть с трех долларов до тридцати центов за ватт Это дешевле, чем сжигание каменного угля. Стоимость установочного киловатта будет равна примерно 300 долларов США. В России развивается аналогичный проект в Чебоксарах, где начат выпуск гибких солнечных панелей по новой технологии. Надеюсь, себестоимость продукции будет небольшая, и они найдут в России широкое применение.

Несмотря на все преимущества фотоэлектрических преобразователей, они имеют существенный недостаток: нужен внешний источник света. Попробуем посмотреть на данную технологию в рамках новой концепции, которая позволяет получать замкнутый цикл преобразования энергии. Представьте себе, что фотоэлектрический преобразователь обеспечивает электроэнергией свой источник света, и кроме того, способен избыток получаемой электроэнергии отдавать потребителю. Предлагаемая концепция автономного «фотоэлектрического преобразователя замкнутого цикла» показана на рис. 230. Принцип простой, но возникают сомнения, будет ли эта схема реально работать, если обычный кремниевый фотоэлектрический преобразователь имеет КПД на уровне 16–20 %, а источник света тоже работает с КПД менее 100 %. Это все, конечно, правильно. Однако, существуют новые возможности использования известных элементов схемы преобразования энергии.

Несколько лет назад, мой земляк из города Саратова, Давыденко В.П., посоветовал мне провести эксперименты с использованием импульсного воздействия на солнечную батарею. В качестве импульсного источника света, планировалось применить лампу от фотовспышки. Суть идеи, первоначально, состояла в том, чтобы проверить возможность получения на выходе солнечной панели большего количества энергии, чем энергия, затрачиваемая от электрического источника для создания вспышки, то есть, светового импульса. Для оптимального преобразования энергии фотонов в электроэнергию, следует подобрать оптимальную пару «лампа – фотоэлемент», которые должны совпадать по характеристикам (рабочей длине волны).

Обсуждая данную идею, можно учесть, что в газоразрядных лампах люминесцентного типа, или в ксеноновых лампах, работающих в режиме стробоскопа, электрический разряд играет роль «ударного возбуждения среды», и эту концепцию получения избыточной энергии мы рассматривали в главе о проектах Тесла. Кроме того, доработка источников света путем применения смеси ксенона и водорода, показанная в главе о водородных технологиях, представляется мне весьма перспективной темой исследований. В экспериментах, которые я проводил в Туле осенью 2010 года, была использована фотовспышка, а также ксеноновая лампа в импульсном (стробоскопическом) режиме. Обнаружен следующий эффект: при импульсном режиме питания лампы, после окончания светового воздействия, существует медленно затухающий ток в цепи нагрузки, подключенной к фотоэлектрическому преобразователю. Явление названо «инерциальность фотоэффекта».