видео

Солнечная энергетика

Физик Евгений Кац о преобразовании света в электричество, солнечном топливе и КПД современных аккумуляторов

Под солнечной энергетикой понимается процесс преобразования солнечного света в электричество.

Есть два способа преобразовать свет в электричество.

Первый способ — это сконцентрировать свет высокой концентрации, например, на воде или на какой-то другой жидкости, перевести это в пар, и дальше пар вращает генератор, обычную турбину (похожий процесс в обычной электростанции).

Второй способ — это прямое преобразование света в электричество, где ничего не греется, ничего не крутится, нет никаких механических генераторов, а есть полупроводниковый преобразователь, который поглощает фотоны, при поглощении фотонов рождаются электронно-дырочные пары — электроны и дырки, носители зарядов, которые разделяются, таким образом генерируется ток, напряжение, генерируется электрическая мощность, производство которой является задачей солнечной энергетики.

Этим направлением Евгений Кац и занимается   — прямым преобразованием света в электричество. Это побеждающее направление, из-за того что эффективность таких элементов достаточно высокая. И она может быть все больше и больше. Сегодня мировой рекорд эффективности, КПД, порядка 45%. Это очень высокая цифра. О такой цифре 20 лет назад и мечтать не могли.

Общее рождение этого направления — вторая половина 1950-х годов. Первый солнечный элемент был изобретен и сделан в американской лаборатории Bell Labs. Где его применить, тогда не очень понимали. Но в 1957 году полетел первый советский спутник, а в 1959 году уже и американский, и советский спутники летали с солнечными батареями. Таким образом родилось это направление использования прямых преобразователей, солнечных элементов, солнечных батарей для космоса. Конечно, всегда была мечта использовать это открытие для наземной энергетики в масштабных количествах. Для этого цена ватта электричества, произведенного с помощью преобразования солнечного света, должна быть сравнима с ценой обычного электричества, которое мы получаем, сжигая полезные ископаемые. Такая ситуация (по-английски она называется grid parity) сегодня практически достигнута. Что это значит? Что в разных точках Земли разное количество солнечного света, разная цена электричества, но в принципе большое количество мест и стран, которые либо очень близки к достижению этой цели, либо уже достигли ее.