От римских бань до битвы с АЭС: как человечество училось использовать энергию солнца

Но довольно шуток по поводу интеллекта древних. Достоверно известно, что еще до нашей эры греки догадались строить дома на южном склоне холмов, чтобы использовать «космическую» систему отопления.

Затем римский философ и архитектор Ветрувий, побывав в Греции, решил усовершенствовать эту идею. По его задумке, знаменитые римские бани стали строить с большими окнами на южной стороне, превратив их в своего рода теплицы. Сенека позже писал, что в послеполуденные часы в ваннах под этими гигантскими окнами можно было заживо свариться.

И в наши дни солнечную энергию используют для отопления. Однако куда важнее тот этап истории, в котором люди научились конвертировать энергию лучей в электричество. Первым успеха в этом направлении добился ученый Александр Беккерель, которому около 1839 г. удалось получить электричество, нагревая через линзы раствор кислоты с хлоридом серебра.

Двадцать лет спустя его коллега Огюстэн Мушо создал «солнечный счетчик» – фактически, первую в мире действующую фотоэлектрическую ячейку. Кстати, Мушо еще тогда пророчил, что когда-нибудь уголь закончится. Скорее всего, окружающие считали его чудаком.

Затем американец Чарльз Фритц создал настольную электростанцию на базе позолоченной пластины из селена. Через год более мощная батарея, разработанная им, заработала на одной из крыш в Нью-Йорке.

К этому времени физика достаточно продвинулась вперед, чтобы попытаться объяснить, каким загадочным способом свет преобразуется в электричество – появилась теория фотовольтаики. В 1888 г. немецкий физик-экспериментатор Вильгельм Гальвакс опытным путем нашел объяснение эффекту, который раньше наблюдал Герц: если на отрицательно заряженный электрод посветить ультрафиолетом, он разряжается при меньшем напряжении. В его честь разряд под действием ультрафиолета назвали эффектом Гальвакса.

Альберт Эйнштейн тоже поучаствовал в развитии теории, объяснив, что свет создает электрический ток за счет того, что фотоны выбивают электроны из атомов.

Следующий шаг сделал химик Ян Чохральский: в годы Первой мировой войны он нашел способ создавать монокристаллы металлов – благодаря его работам стало возможно производить полупроводниковые пластины, основу для будущих фотоэлементов.

Сами фотоэлементы появились в 1940-х. Инженер Bell Labs Рассел Ол получил патент на кремниевую солнечную ячейку. На основе его работ в послевоенные годы Bell неплохо подзаработала на продажах солнечных батарей – впервые в мире, – воспользовавшись дефицитом электроэнергии тех времен. Первая коммерческая панель, проданная компанией в 1954 г., все еще была не очень эффективной, ее КПД составлял 6% (в наши дни он достигает 22%).

Одним из первых клиентов фотоэлектрического производства Bell стали космические агентства разных стран: панели идеально подходили для питания спутников и космических кораблей. На орбите солнечная радиация намного сильнее, чем на поверхности Земли, образуя мощный источник энергии.

Любой начитанный человек знает, что советские физики-ядерщики внесли большой вклад в развитие атомной энергетики. При этом мало кто в курсе, что и в фотовольтаике вклад отечественных ученых довольно велик. Вспомним эффект Гальвакса – почти одновременно с немецким ученым тот же опыт провел русский физик Александр Столетов. А в начале 1960-х советский исследователь Жорес Алфёров и американский Герберт Крёмер независимо друг от друга предложили способ поднять КПД солнечных панелей практически в 2 раза, используя полупроводниковые гетероструктуры. За эту работу Алферов с коллегой в 2000 году получили Нобелевскую премию.

«Уже через 10-15 лет фотоэлектроэнергетика станет очень экономически выгодной, а к середине 21 века может вытеснить энергию от горения углеводородов и атомную энергетику», – предсказывал наш нобелевский лауреат в 2015 году. Его прогноз частично уже сбылся: в 2022 году солнечные электростанции произвели 12% мировой электроэнергии, а атомные только 3,9%. Дело за малым: догнать и перегнать ТЭС.