Ж. Алферов ще подобри слънчевите батерии
Наскоро 85-годишният Нобелов лауреат Жорес Алферов обяви намерението си да се върне към експерименталната физика. В лаборатория на Академичния университет в Санкт Петербург, известен физик ще се съсредоточи върху подобряването на слънчевите батерии.
Припомняме, че академикът е горещ привърженик на слънчевата енергия и е разработил уникални полупроводникови хетероструктури за нея. „Правя това изследване повече от 60 години. Това е най-важната посока, бъдещето на енергетиката. Да, убеден съм, че бъдещето принадлежи на слънчевата енергия, аз съм неин привърженик и вярвам, че ще бъде икономически изгодно, - казва Жорес Алферов в интервю за AiF, - И практическата цел на нашите изследвания е да повишим ефективността на батериите, да поставим нови принципи за внедряване на интегрални схеми.
Ето какво каза академик Жорес Алферов.
„Страната ни има значителни запаси от природно гориво. Високите темпове на индустриално развитие и експлоатация на находищата у нас продължават да бъдат стабилни. Въпреки това трябва да се погрижим и за създаването на научен и технически резерв за енергията на бъдещето.
Пътищата за решаването му бяха очертани на XXVI партиен конгрес, чиито документи предвиждат „увеличаване на използването на възобновяеми енергийни източници (хидравлични, слънчеви, вятърни, геотермални) в националната икономика“.
По отношение на битовата слънчева енергия това означава преход към широко прилагане на резултатите в практиката. По същество става въпрос за създаването на индустриален сектор, специализиран в производството на различни слънчеви електроцентрали.
Вече има известен опит в това. Масово произвеждани, например, слънчеви клетки - основните източници на електроенергия за космически кораби. Успешно разработени конверторислънчева радиация за нуждите на топлоснабдяването. И все пак много остава неясно, много предстои да се направи за първи път. Проблемът изглежда много сложен, но несъмнено разрешим.
Що се отнася до непосредствените задачи, една от тях е да се определи оптималният дял на слънчевата енергия в енергийната система на страната. Въпросът е много труден, изисква всеобхватно балансиран и внимателно обоснован отговор. Неслучайно по този повод се кръстосват полемични копия на представители на различни научни школи и направления, отдели. Изразените мнения понякога са диаметрално противоположни.
Разбира се, нереалистично е да се прехвърли целият енергиен сектор на страната към соларни технологии, поне в обозримо бъдеще. Но също така би било погрешно напълно да се откажем от използването на енергията на Слънцето, този наистина неизчерпаем източник на топлина и светлина. Да не забравяме също, че от гледна точка на екологията слънчевата енергия е идеална, тъй като не нарушава баланса в природата.
Като оставим настрана въпросите за замърсяването на околната среда с продукти от изгаряне на гориво, ще отбележа една важна характеристика на нарастването на производството на енергия, получено чрез изгаряне на всякакъв вид материали. Говорим за "топлинното замърсяване" на планетата поради гигантския мащаб на потреблението на енергия. Различни групи учени са единодушни относно неговата заплашителна горна граница. Необратимите последици, твърдят те, ще настъпят, ако потреблението на енергия се увеличи сто пъти в сравнение с днешното.
Стойността на пръв поглед изглежда доста значителна. Изчисленията обаче показват, че сравнително скоро може да възникне кризисна ситуация. Освен това е необходимо да се вземе предвид така нареченият "парников ефект", който възниква поради увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата, главно поради емисиивъглищни електроцентрали. Следователно критичното повишаване на температурата може да настъпи дори по-рано. Изводът от всичко това е ясен – на определен етап от развитието на цивилизацията
В бъдеще широкомащабното използване на слънчевата енергия става задължително. С всички доказателства за това обстоятелство, слънчевата енергия все още има много противници.
Какви са техните възражения? Поради ниската енергийна плътност на слънчевата радиация, инсталирането на оборудване за нейното улавяне ще доведе до изтеглянето на огромни площи от земеползването, а самото преобразуване на светлината във форми на енергия, приемливи за икономическа дейност, е толкова скъпо, че ще са необходими нереалистични материални и трудови разходи, твърдят те. Така е? Изчисленията показват, че за генериране на цялата електроенергия, консумирана днес в страната, дори с помощта на серийни индустриални полупроводникови преобразуватели, чиято ефективност е само 10 процента, ще са необходими по-малко от 10 хиляди квадратни километра за слънчеви електроцентрали в регионите на Централна Азия. Нека вземем предвид още нещо. Рентабилността и ефикасността на методите за преобразуване на слънчевата енергия сега привличат голямо внимание от изследователите. Сред методите, предложени от тях, използването на фотоелектричния ефект в полупроводниците изглежда най-привлекателно. За какво става дума?
Фотоелектричният ефект в полупроводниците е открит още през 70-те години на миналия век и се изучава интензивно в лаборатории повече от век и се използва широко в практиката. Академик А. Йофе мечтае да използва полупроводникови фотоклетки в слънчевата енергия още през тридесетте години, когато Б. Коломиец и Ю.процента. Допълнителен тласък за развитието на тази линия на изследване беше даден от силиконовите фотоклетки, чиито първи образци имаха ефективност от около 6 процента. Почти четвърт век такива батерии са основният източник на енергия за космически кораби.
Доскоро се смяташе, че фотоелектрическият метод е подходящ само за решаване на определени проблеми - например създаване на автономни системи за захранване в труднодостъпни райони. Подобряването на методите за производство на полупроводников силиций, разширяването на гамата от използвани материали, създаването на принципно нови видове фотоелектрически преобразуватели коренно променят ситуацията. В лабораторни проби от силициеви слънчеви клетки ефективността достига 18 процента. В практиката масово се използват елементи с КПД 12-14 процента. В условията на концентрирани слънчеви потоци "производителността" на редица преобразуватели, базирани на полупроводникови хетероструктури, е много по-висока. Цената на "пиковия" киловат електрическа мощност при използване на силициеви фотоклетки е намаляла 2-3 пъти.
Постигнатото не е границата. Въз основа на известни материали и принципи е напълно реалистично да се създадат слънчеви клетки с ефективност от 35-40 процента в близко бъдеще, а теоретично ефективността на преобразувателите, използващи обемния фотоелектричен ефект в хипотетични материали, досега може да надхвърли 90 процента. Също така е реалистично да се намали площта, заета от фотоволтаичните клетки, стотици и хиляди пъти чрез предварително концентриране на слънчевите потоци. Известно покачване на цената поради усложняването на дизайна и производствените технологии на новите фотопреобразуватели е повече от компенсирано от повишаване на тяхната ефективност. Каскадните фотопреобразуватели, базирани на хетероструктури от галиев арсенид-алуминиев арсенид, наскоро достигнаха ефективност от 30 процента. Отваря се добреперспективи за създаване на мощни слънчеви електроцентрали.
За практиката е важно, че цената на модула за слънчева станция за концентрирани радиационни потоци на базата на наличните в търговската мрежа най-прости хетерофотоконвертори от галиев арсенид е няколко пъти по-ниска от тази на най-евтините силициеви фотоклетки за преобразуване на обикновена слънчева светлина.
Съветските учени и научни колективи имат огромен принос за развитието на теорията на фотоелектричния ефект и за развитието на съответната област на техниката. Техният приоритет в областта на проектирането на полупроводникови хетероструктури и фотоклетки е общопризнат. Всички "записи" принадлежат на домашната наука. Това е успокояващо. В същото време научните изследвания, в каквато и област да се извършват, трябва да доведат до практически резултати възможно най-скоро. По отношение на слънчевата енергия трябва да признаем, че тук се допуска неоправдано забавяне с въвеждането на резултатите от изследванията в широката практика, преди всичко поради ниските темпове на производство на слънчеви фотоволтаични модули. Те просто все още не са достатъчни. Но дори тези, които са налични, обикновено се използват в малки експерименти.
Осъществимостта на автономни слънчеви електроцентрали е извън съмнение. Въпреки това, за широкото им използване, да речем, за подобряване на водоснабдяването в сухите отдалечени райони на Централна Азия, е необходимо цялостно решение на редица прости технически и организационни проблеми. Тук не можете да забавите. В края на краищата от първоначално отделните модули на маломощни станции впоследствие ще се развие мащабна слънчева енергийна система.
Слънчевата енергия се развива върху солидната основа на съветската научна школа по физика на полупроводниците и полупроводниковото материалознание. Нейното голямо бъдещемнението ми е извън съмнение. Несъмнено учените и производствените работници трябва да направят много, за да решат редица големи и лични проблеми, преди наземните слънчеви електроцентрали да станат реалност.
Има всички основания да се смята, че с правилното подреждане на силите и ясна организация на работата до края на този век ще можем да поставим началото на широкомащабна слънчева енергия. През следващия век станциите, които преобразуват енергията на Слънцето в електричество, ще служат на човека с пълна сила.