Страна восходящего солнца лидирует в сфере технологий преобразования солнечной энергии. Солнечная энергия: утопия или шанс?

Бурное развитие сети Интернет и рынка вычислительной техники породило серьезную проблему, которую зачастую упускают из виду, - увеличение энергопотребления. Этому способствует и увеличение количества окружающей нас бытовой техники. Но нет худа без добра - увеличение потребления электроэнергии сулит новые выгоды производителям электричества - как традиционным, так и альтернативным электрогенерирующим компаниям. В выигрыше окажутся электрогенерирующие компании, работающие на угле, мазуте и природном газе, гидроэлектростанции, атомные станции, компании, использующие энергию ветра и геотермальных источников, биомассы (отходы древесины, соломы и т.д.) и сезонные колебания температуры. Кроме того, ввиду буквально взрывного роста количества мобильной электроники - персональных органайзеров, мобильных компьютеров и телефонов, цифровых фото-видеокамер, пейджеров и т.д. идет активное развитие технологий автономного батарейного электропитания, обеспечивающих, с одной стороны, длительное время работы без подзарядки и отсутствие эффекта «памяти», а с другой стороны безопасность с экологической точки зрения. Очень перспективными в этом направлении являются технологии литий-полимерных и цинко-воздушных аккумуляторов. Интернет-компании сформировали устойчивый спрос на надежные системы бесперебойного и резервного питания, позволяющие сглаживать колебания напряжения в сети и «незаметно» для потребителя преодолевать периоды отсутствия напряжения в центральной электросети. А в качестве систем резервного питания применяются массивы аккумуляторных батарей, накапливающие энергию маховики, газовые турбины, топливные элементы с ионными мембранами и многое другое. Стоит только подумать о растущем «среднем классе» в Китае и Индии - будущих азиатских сверхдержавах и представить, насколько вырастет потребление электроэнергии при увеличении количества домашней бытовой электроники и росте промышленности. Ожидающийся взрывной рост энергопотребления вынуждает энергетические компании активно искать и инвестировать средства в альтернативные технологии генерации энергии, такие, как фотоэлектрическая энергетика и солнечная энергетика. В течение последних двух десятилетий под давлением природоохранных организаций новые тепловые и атомные электрические станции в США не строили. А это создало проблемы нехватки электроэнергии, особенно четко проявившиеся в Калифорнии в необычном для развитых стран энергетическом кризисе. В истории развития солнечной энергетики были периоды расцвета и забвения. Наибольший интерес использование солнечной энергии вызвало во времена энергетического кризиса в начале 70-х, когда появилось множество компаний, предлагающих свои решения этой проблемы. Однако через некоторое время цены на мировом рынке нефти устоялись, и по рынку производства солнечной энергии прокатилась волна банкротств, унесшая в Лету 90% всех работавших на нем компаний. Стоимость мегаватта электроэнергии, полученной преобразованием энергии солнца, уменьшилась по сравнению с 70-ми годами впятеро, а по сравнению с 1995 годом - в два раза (в сопоставимых ценах). Вместе с тем стоимость солнечных батарей все еще достаточно высока - панели для индивидуального пользования стоят $0,30 - $1 за единицу площади, эквивалентную одному киловатт/часу. А постройка и запуск в эксплуатацию теплоэлектростанции, сжигающей для выработки электроэнергии уголь (например, в США или Японии), обойдется в два раза дешевле. Себестоимость выработки солнечной электроэнергии неуклонно снижается как результат технологической революции и использования новых эффективных материалов. Представители Sanyo (SANNY) и Kyocera (KYO) утверждают, что уже через пять лет использование солнечной энергии станет таким же эффективным, как и использование традиционных источников. Причем для повсеместного внедрения и работы солнечных электростанций не потребуется никакой поддержки со стороны государства в виде субсидий или налоговых кредитов. По их мнению, солнечные энергосистемы способны эффективно конкурировать уже сейчас в слаборазвитых странах, где более чем миллиард человек живет в отсутствии центральных сетей электроснабжения. Объемы продаж солнечных электрогенераторов увеличились по сравнению с показателями 1995 года в шесть раз и достигли в 2000 году $2,5 млрд. Быстрее всего - на 30% в год - растет сегмент солнечных генераторов (примерно треть всего рынка), подключаемых к центральным электросетям, - в основном в Японии и Северной Америке. Оставшуюся часть поделили примерно поровну солнечные батареи для калькуляторов и походных фонарей, не подключаемые к центральной сети электрогенераторы (для использования в удаленных частных домах или на фермах), а также панели промышленного назначения для досок рекламных объявлений, телефонных кабин и уличного освещения. Однако основные игроки на рынке солнечных генераторов традиционно базируются в Японии, стране, не имеющей собственных природных ископаемых энергетического характера и поэтому энергетически зависимой. К 2020 г. правительство Японии планирует достичь 38-процентного уровня потребления энергии из возобновляемых источников, используя в числе других энергию солнца. Поощряемые правительством, японские компании произвели в 2000 году солнечные батареи суммарной мощностью 80 мегаватт. А это, по данным главного редактора Photovoltaic News Пола Мэйкока (Paul Maycock), сделало Японию бесспорным технологическим лидером на перспективном рынке солнечной энергетики. Уже сейчас SANNY производит солнечных генераторов и батарей суммарной мощностью 12 мегаватт, а к 2005 году планирует увеличить этот объем в 5 раз. Компания KYO планирует увеличить производство с эквивалента 30 мегаватт до 72 мегаватт, а Sharp увеличит производство солнечных батарей на 80% - до 54 мегаватт. Компания SANNY побила все рекорды, представив новую панель, преобразующую 20% всей падающей на нее солнечной энергии в электричество, тогда как последняя технологическая разработка BP Solar, представленная в мае прошлого года, способна преобразовывать около 10% энергии солнца. Возглавлявший этот проект Хироши Тсуда (Hiroshi Tsuda) считает, что уже в 2005 году SANNY сможет продавать генераторы на базе таких панелей без субсидий со стороны государства. Традиционно солнечные батареи изготавливают с использованием кристаллического кремния, того самого, который применяется при производстве полупроводников. Кремниевый цилиндр режут на тонкие пластинки, на основе которых и делают чипы. Для изготовления новых панелей SANNY применила технологию обволакивания пластинки кристаллического кремния аморфным кремнием, что позволило уменьшить себестоимость и улучшить прочностные характеристики. Недостаток этой технологии заключается в том, что получить идеальную решетку из аморфного кремния не получается. Поэтому когда солнечные лучи начинают срывать электроны с их орбит, то среднее время достижения электроном электрода оказывается больше, чем в случае с кристаллическим кремнием. Здесь будет показателен эффект горной дороги - чем больше поворотов, тем меньше средняя скорость движения. Инженеры SANNY обнаружили, что комбинация аморфный/кристаллический кремний действует по отношению к фотонам света как двухуровневая сетка, поэтому такой тандем способен выделить из солнечного потока гораздо больше энергии, чем традиционная панель. Япония, Германия и Италия решили эту проблему, разрешив домохозяйствам продавать не использующуюся в дневное время электроэнергию, вырабатываемую солнечным генератором, «сливая» ее в центральную электросеть. А ночью, когда потребление энергии возрастает, потребитель получил возможность покупать ее по сниженным тарифам. Расположенная в штате Делавэр компания AstroPower (APWR), производитель солнечных электрогенераторов, предлагает потребителю массив аккумуляторов энергии в аренду всего за $10 в месяц. Это гораздо дешевле, чем арендовать дизель-генератор или другой независимый источник энергии. В прошлом году APWR поставила 100 тыс. комплектов солнечных батарей (подключаемых обычно к свинцовым аккумуляторным батареям) относительно обеспеченным клиентам в развивающихся странах. Обычно такая система в состоянии на протяжении нескольких вечерних часов обеспечить питание пары электролампочек и телеприемника/стереосистемы. Чистая прибыль APWR за первые 9 месяцев 2000 года достигла $2,7 млн. при доходах $35,7 млн., увеличившись по сравнению с тем же периодом прошлого года на 93% и 43% соответственно. Несмотря на 50-процентное падение цены акций компании в прошлом году, она ожидает и дальше поддерживать темпы ежегодного прироста доходов на уровне 50%, которые регистрируются уже на протяжении 3 лет. Использование солнечной энергии вызывает все больше интереса как в развитых, так и в развивающихся странах. К ускорению этих процессов может подтолкнуть неизбежное увеличение в будущем количества международных соглашений по уменьшению выброса отработанных газов в атмосферу и совместное противодействие парниковому эффекту. На фоне растущих цен на нефть многие государства мира с новой силой возьмутся за исследования и использование нетрадиционных источников энергии. Но нефтяным гигантам пока еще не о чем беспокоиться. Только при условии достижения цены сырой нефти отметки как минимум $45/баррель, использование солнечной энергии станет реально эффективным и целесообразным. Подготовил Андрей ИВЛИЕВ