В погоне за Солнцем - Ричард Коэн

В 1912 году в Египте, некогда центре солнцепоклонничества, он начал работу над первой в мире солнечной электростанцией. Местом был выбран пригород Маади, в 15 милях к югу от Каира; предметом гордости были семь вогнутых отражателей, 60 м в диаметре каждый, а также паровой двигатель в тысячу лошадиных сил. Но все закончилось не начавшись. Через два месяца после финальных испытаний был убит эрцгерцог Франц Фердинанд и началась Первая мировая война. Инженеры, работавшие на шумановской станции, вернулись каждый на свою родину для выполнения разнообразных военных заданий, а сам Шуман умер еще до наступления перемирия. После конца войны с падением цен на нефть интерес к солнечным экспериментам в очередной раз испарился.

К тому времени нефтяные и угольные компании развили серьезные инфраструктуры, имели стабильные рынки и богатые запасы углеводородного горючего. Пионеры солнечной энергии, напротив, еще только пытались совершенствовать свою технологию и сталкивались с дополнительной трудностью убеждения скептиков в том, что солнечная энергия была чем-то большим, чем просто курьез. Обнаружение огромных залежей природного газа в бассейне Лос-Анджелеса в 1920-е и 1930-е уничтожило на корню всю местную индустрию солнечных водонагревателей. Георгий Гамов в 1940-м мог пренебрежительно комментировать: “Прямое употребление солнечного тепла… используется только в нескольких хитроумных устройствах – в холодильниках, которые охлаждают напитки в аризонской пустыне, и в нагревателях воды в публичных банях в восточном городе Ташкенте”^[677]. Некий всплеск интереса к солнечным водонагревателям произошел во Флориде, к 1941 году в Солнечном штате их использовалось около 6 тыс. штук. Бестселлер Yo u r Solar House (“Ваш солнечный дом”, 1947), куда вошли работы сорока семи архитекторов, отражал реальный спрос. Однако после Второй мировой войны электрическая компания Florida Power and Light вела агрессивную кампанию по увеличению потребления электричества и предлагала электрические водонагреватели по бросовым ценам. Солнечной энергии опять пришлось отступить.

Такая же ситуация была повсюду. В Японии, где выращивающим рис фермерам остро требовалась дешевая горячая вода, одна компания начала продвигать простой нагреватель, сделанный из резервуара, накрытого стеклом, и к 1960-м в ходу их было уже более сотни тысяч, но индустрия рухнула из-за изобилия дешевой нефти, так же как это случилось в Калифорнии и Флориде. Даже в Австралии с ее богатым солнечным освещением нагревательные устройства, работающие на солнце, исчислялись всего несколькими тысячами. В Израиле в первое время после основания электричество было нормированным, поэтому люди стремились удовлетворить свои нужды другими способами, и к середине 1960-х одно домохозяйство из двадцати человек имело солнечный водонагреватель; но затем дешевая нефть с промыслов, захваченных во время Шестидневной войны, вновь отодвинула солнечную энергию на вторые роли.

Вращающийся солярий в Экс-ле-Бен, Франция, сентябрь 1930 (Fox Photos / Hulton / Getty Images)

В Соединенных Штатах первое офисное здание, отапливаемое солнечной энергией, было построено в начале 1950-х, затем появились первые дома, отапливаемые солнцем и им же охлаждаемые (цена такой модификации доходила до 4 тыс. долларов – около 30 тыс. в сегодняшних деньгах), а некоторые компании вновь принялись производить солнечные элементы и водонагреватели. В 1953–1954-м исследователи в Bell Laboratories (сегодня входящих в AT&T) сделали удивительное открытие, основанное на старой технологии. В 1839 году французский физик Александр Эдмон Беккерель установил, что, если два электрода погрузить в кислоту и пустить ток через один из них, ток пойдет и через второй. В 1873 году британский инженер Уиллоуби Смит обнаружил, что элемент селений меняет электрическое сопротивление под воздействием солнечного света, но ему не удалось достичь эффекта хоть сколько-нибудь значительного уровня. Сотрудники Bell Labs, экспериментируя с различными материалами, обнаружили, что кремний обладает тем же свойством, только в пятикратном размере, так что самым эффективным методом конвертации солнечных лучей в электричество оказалось использование кремниевых фотоэлектрических пластин.

Bell Labs вскоре начали производить тонкие пластины сверхчистого кремния с небольшими добавками мышьяка и бора для улучшения проводимости. При попадании солнечных лучей на пластину электроны кремния вышибаются проникающим теплом и перемещаются ближе к поверхности пластины, создавая дисбаланс между передней и задней частями элемента. Если верхняя и нижняя поверхности соединены проводником – обычно просто металлическим проводом, – то по нему начинает идти ток. “Солнечный элемент в целом гораздо более простая структура, чем зеленый лист, – пишет химик Мэри Арчер (жена популярного романиста Джеффри Арчера), – но напоминает лист тем, что одна из его сторон адаптирована для приема солнечного света”^[678].

New York Times провозгласила открытие Bell Labs “началом новой эры, которые в конечном итоге приведет к… приспособлению почти безграничной энергии Солнца к нуждам цивилизации”. В самом деле, произошли значительные изменения: при ярком солнечном свете уровень конверсии энергии достигает высокого показателя в 22 %. Но даже с учетом этого фотоэлектрические пластины все еще не были экономически целесообразны, их стоимость достигала 300 долларов за киловатт (2200 в долларах 2010 года). Но тогда было время космической гонки, и правительственный бюджет на разработку солнечных батарей взлетел до небес, как только стало ясно, что спутники таким образом смогут вырабатывать электроэнергию, которая не требует возобновления. В 1958 году первый спутник с солнечными батареями, Vanguard 1, был выведен на орбиту. За последующие десятилетия цены резко упали, в среднем на 4 % в год за последние пятнадцать лет.

Фотоэлектрические элементы защищают трубопроводы от замерзания, они питают свет, радио, придорожные телефоны экстренной помощи, холодильники, кондиционеры, водяные насосы и деревенскую электрификацию. Они встречаются даже в самых мелких устройствах – карманных калькуляторах и часах, зарядках для iPod, камерах и автомобильных зеркалах. В 2003 году около половины фотоэлементов производились в Японии^[679], на Соединенные Штаты приходилось примерно 12 %. В 1985 году мировая годовая потребность находилась на уровне 21 мВт (21 млн ватт), в 2005-м – 1,501 мВт: рост более чем на 7000 %.