Владимир Сидорович - Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир

По одному из сценариев Международного энергетического агентства, ранее весьма консервативного в вопросах ВИЭ, солнечная энергетика к 2040 г. станет номером один – крупнейшим мировым производителем электроэнергии, а к 2050 г. ее доля достигнет 27 % мирового производства электричества [39] Technology Roadmap. Solar Thermal Electricity, 2014 Edition, IEA, p. 5. . Примечательно, что прежний прогноз Агентства, составленный в 2010 г., предусматривал существенно более скромные показатели роста, но случилось так, что «технологии усовершенствовались и затраты упали больше, чем ожидалось» [40] Ibid., p. 18. . В выдающихся перспективах солнечной энергетики не сомневается и лауреат Нобелевской премии, академик Жорес Иванович Алферов, который «абсолютно уверен, что солнечная энергия станет основным источником электроэнергии к концу нынешнего столетия» [41] http://energy-fresh.ru/solarenergy/tendencii/?id=3558 . Даже нефтяной гигант Shell признает, что солнце станет главным источником первичной, не только электрической, энергии в мире и его доля в мировом энергетическом балансе будет превосходить доли углеводородов вместе взятые (по сценарию нефтяной компании это случится к 2100 г.) [42] http://s01.static-shell.com/content/dam/shell-new/local/corporate/corporate/downloads/pdf/NewLensScenario/nls-web-russian-brochure.pdf , с. 67. .

Мы редко задумываемся, каким энергетическим потенциалом обладает солнце. Между тем годовая солнечная радиация по энергетическому содержанию многократно превосходит все мировые запасы ископаемого топлива (нефти, газа, угля, урана) вместе взятые. Только за один час на Землю поступает столько солнечной энергии, сколько человечество использует за год во всех сферах.

Сегодня мы уже научились использовать этот потенциал с достаточно высокой эффективностью и умеренными затратами. Для этого применяются два основных типа генерирующих устройств, преобразующие солнечную энергию в электричество.

Первый, наиболее распространенный и доминирующий в мировой генерации, тип устройств использует фотоэлектрический эффект, он представлен широко известными солнечными модулями (панелями или батареями) – фотоэлектрическими преобразователями. Сфера деятельности, в которой применяется данный способ электрической генерации, обобщенно называется фотоэлектрикой или фотовольтаикой (англ. photovoltaic – PV).

В устройствах второго типа применяются зеркала или линзы, для того чтобы уловить солнечное излучение с больших площадей и сконцентрировать его на небольшой площади. При этом электрическая энергия производится, когда сконцентрированное солнечное излучение преобразуется в тепло, запускающее тепловой двигатель (паровую турбину), связанный с электрогенератором. Данная система носит название «концентрированная солнечная энергия» (англ. concentrated solar power – CSP), а производимая ею электроэнергия – «солнечным тепловым электричеством» (англ. solar thermal electricity – STE). Данные аббревиатуры зачастую используются как синонимы. В русском языке также используется термин «гелиотермальная электроэнергетика».

Существует также и «гибридная» система производства солнечного электричества, называемая «концентрированной фотоэлектрикой» (англ. concentrated photovoltaics – CPV). В ней также используются зеркала и линзы, но для фокусирования, концентрации солнечного излучения в высокомощных фотоэлектрических элементах (англ. multi-junction solar cells).

Фотоэлектрический эффект, или фотоэффект, благодаря которому световая энергия преобразуется в электрическую, был открыт еще в 1839 г. французским физиком Александром Беккерелем, а в 1905 г. объяснен Альбертом Эйнштейном, который в 1921 г. получил Нобелевскую премию именно за теорию фотоэлектрического эффекта. В 1954 г. американские исследователи разработали солнечный элемент на основе кремния, позволяющий преобразовывать солнечный свет в электричество с 6 %-ной эффективностью [43] http://inventors.about.com/od/sstartinventions/a/solar_cell.htm . На основе данной разработки в 1955 г. была создана первая солнечная батарея. С конца 50-х гг. прошлого столетия солнечные батареи использовались в космической отрасли, пока наконец не стали доступными для применения и в других сферах.

В развитии технологий солнечной энергетики самое деятельное участие принимали и российские ученые, в частности упомянутый выше академик Алферов получил премию «Чистая энергия» за «фундаментальные исследования и значительный практический вклад в создание полупроводниковых преобразователей энергии, применяемых в солнечной и электроэнергетике».