Яндекс.Метрика
19 марта 2013      438    

Солнечная энергия — битва за Солнце

Интересно, что солнечная энергия вышла на паритет с прочими источниками энергии только спустя 170 лет (!!!) после открытия фотоэффекта в кремниевой пластине. В сегодняшней статье я покажу какой путь пришлось проделать технологии, чтобы получить свое место под солнцем (в прямом и переносном смысле слова) и завоевать свое право на коммерческое использование. Интересно, что в этой 170-летней истории есть место и роль наших, российских, ученых.

Солнечная энергия — начало:

      • 1839 год — Эдмунд Беккерель, физик, француз, которому было всего-то 19 лет (!!!), изучая кремниевую пластину, обнаруживает фотоэффект.
      • 1883 год — Чарльз Фритц, покрыв пластину из селена тончайшим слоем золота, получает первый солнечный элемент.
      • 1905 год- Альберт Эйнштейн опубликовал свою работу, посвященную фотоэлектрическому эффекту. В этой работе он объяснил как происходит фотоэллектрический эффект, а именно- поведение зарядов и их разделение с помощью барьера.
      • 1914 год — барьер для разделения зарядов в фотоэлементах, о котором писал Эйнштейн, получил экспериментальное подтверждение.
      • 1918 год — польский ученый Ян Чохральский разработал промышленный метод выращивания монокристаллов кремния. Этот метод получает его имя.
      • 1922 год — Альберт Эйнштейн получает Нобелевскую премию за свою теорию, объясняющую фотоэффект.



Вот так все начиналось. Пока шло соревнование между учеными за право быть в истории за научные открытия в вопросах, объясняющих фотоэффект, ни кто даже и не помышлял о том, что солнечная энергия, а именно фотоэффект, станет когда-нибудь коммерчески выгоден. Оно и понятно, ведь на протяжении долгого времени КПД фотоэлементов составлял менее 1% (!!!).

Но вдруг произошел прорыв:

    • 1954 год — американские инженеры компании Bell Labs., их имена Пирсон, Чапин, Фуллер, изготавливают солнечный элемент с КПД аж 6% (!!!). С помощью этого солнечного элемента они планировали запитать телефонный коммутатор в небольшом городе Америкус, штате Джорджия. Однако, у них ни чего не получилось и первый опыт коммерческого использования фотоэффекта оказался коммерчески невыгодным. Проект был закрыт.
    • 1955 год — на рынок, впервые за всю историю, выпущены первые коммерческие фотоэлементы с КПД всего 2%. Их стоимость была сумасшедшей — 1500$/Вт.

Солнечная энергия- битвы в космосе:

Следующий толчок в развитии технологий, при которых используется солнечная энергия дал космос, и его освоение. Космическим аппаратам нужна энергия. Где ее взять в космическом пространстве? Использование ядерных источников ни чего хорошего не сулило по объективным причинам. Да и дозаправку ядерных реакторов так далеко над землей на тот момент ни кто делать не мог. Технологий не было. Надо сказать, что и сейчас это стоит безумных денег.

Начинается гонка между США и Советским Союзом в освоении космоса солнечной энергии для космических станций.

        •  1958 год — США запускает первый спутник с питанием от солнечных батарей «Vanguard I».
        • 1958 год — Советский Союз не отстает и производит запуск своего спутника с питанием от фотоэлементов. Гонка технологий дает свой результат- КПД солнечных элементов увеличен до 9%.
        • 1959 год — КПД вырастает до 10%. На земле научились передавать фотоэлектричество в электросеть. США запускает в космос второй спутник.
        • 1960 год — КПД кремниевых элементов начал приближаться к 14% — это коммерчески выгодный порог КПД.
        • 1968 год — США запускает в космос первый спутник, в котором используются фотоэлементы на селениде кадмия (CdS).
        • 1970 год — Советский Союз делает ответ США. В космосе «Луноход -1» с фотоэлементами на базе арсенида галлия (GaAs). Эти фотоэлементы разработал Жорес Алферов. они разработаны методом напыления веществ величиной с один атом.
        • 1973 год — Советский Союз запускает в космос станцию «Салют» с гигантскими солнечными батареями с КПД 17% (!!!). Успешная и эффектвная работа этих солнечных батарей позволила Советскому Союзу обеспечить постоянную работу орбитальных станций «Мир».



При этом, что интересно, на земле солнечная энергия до сих пор не используется. Фотоэлементы дороги в изготовлении. Срок их службы на земле крайне мал. Производство энергии с помощью фотоэлементов на земле — дорого.

Солнечная энергия — битвы на Земле:

Но, вдруг, помогает случай- нефтяное эмбарго со стороны арабских стран повышает стоимость нефти в несколько раз и побуждает в интерес к альтернативным источникам энергии.

              • 1981 — 1983 годы — фотовольтоника наход применение на Земле. Солненчные батареи устанавливают в Африке для трансляции обучающих программ по телевидению. В Саудовской Аравии запускают опреснительные станции на солнечных батареях. В Тунисе ставят ирригационные насосные станции с питанием от солнечных батарей. Объем производства солнечных батарей вырастает в 20 раз, в след за ним снижается стоимость 1 Вт электрической энергии, получаемой с помощью солнечных батарей до 12,26$/Вт.

              • 1985 — 1990 годы — ученые умы работают над снижением стоимости ватта установленной мощности. Итог- солнечные элементы на базе кадмий-теллура (CdTe), халькопиритов (CIS, CIGS).
              • 1991 год — швейцарский ученый Михаэль Третцель открывает 3-е поколение солнечных фотоэлементов, органических фотоэлементов. Их КПД 9%.
              • 1996 год — компания First Solar начинает работы по развитию фотоэлементов на  кадмий-теллуре (CdTe). Эти работы вскоре, через 10 лет, приведут к тому, что стоимость 1 ватта упадет до рекордных 1,47$/Вт (!!!).
              • 2001 год — Артур Нозик открывает эффект так называемой мульти эмиссии и разрабатывает концепт фотоэлемента на квантовых точках.
              • 2005 год — г. Дубна (ОИЯИ), ученые Валентин Самойлов, Игорь Проценко и Олег Займидорога сообщают о создании такого солнечного фотоэлемента, который может преобразовывать в электричество инфракрасное излучение. Этот фотоэлемент способен работать даже ночью.
              • 2007 год — Мартин Грин с помощью наночастиц серебра увеличивает КПД кремниевого солнечного элемента до 33%.
              • Ну и наконец 2008 год — цены на нефть опять взлетают вверх. Достигают цровня в 150 долларов за один баррель. Это позволяет стоимость электроэнергии, произведенной от солнечных элементов в Калифорнии сраняться со стоимостью электроэнергии в сети. Есть Паритет!!!

Именно в 2008 году солнечная энергия, преобразуемая в электрическую с помощью фотоэффекта, открытого в 1839 году стала коммерчески выгодной. Ура!!!

Статья сделана на основе материалов книги «Бизнес-начало. От идеи до первого миллиарда» Автор Олег Манчулянцев.

Категории

© 2017 Как экономить на отоплении · Копирование материалов сайта без разрешения запрещено