Конверсия энергии солнца в технически удобные виды энергии и топлива с помощью биотехнологий

Если строго подходить к определению возобновляемых источников электроэнергии, то основным источником первичной энергии на Земле является Солнце, поскольку и движение атмосферного воздуха (ветер), и морские течения, и движение волн, и таяние льдов, и производство биомассы есть естественные преобразования солнечной энергии. Человечество научилось использовать эту естественным образом преобразованную энергию солнца в своих целях для получения электрической энергии с помощью ветроэнергетических установок, морских и волновых электростанций, электростанций на биомассе, и т.п.

Но традиционно в возобновляемой электроэнергетике солнечной энергией мы называем получение электричества либо в теплосиловых установках, где тепло от сгорания топлива заменяется потоком концентрированного солнечного излучения, либо в установках прямого преобразования солнечного излучения с помощью полупроводниковых фотоэлектропреобразователей. Причем специалисты утверждают, что системы прямого преобразования энергии Солнца в электрическую представляются наиболее перспективными и доступными из всех видов возобновляемых источников.

В конце 70-х - начале 80-х годов в разных странах мира было построено семь пилотных солнечных электростанций (СЭС), так называемого башенного типа с уровнем мощности от 0,5 до 10 МВт. Самая крупная СЭС мощностью 10 МВт (Solar One) была построена в Калифорнии. Эти СЭС были построены по одному принципу: поле размещенных на уровне земли зеркал-гелиостатов, следящих за солнцем, отражает солнечные лучи на приемник-ресивер, установленный на верху достаточно высокой башни. Ресивер представляет собой солнечный котел, в котором производится водяной пар средних параметров, направляемый потом в стандартную паровую турбину.

Существуют и другие проекты, в которых используется гибридная солнечно-топливная СЭС, мощностью 30 МВт с объемным ресивером, в котором подогревается атмосферный воздух, направляемый затем в паровой котел, где производится водяной пар, работающий в цикле Ренкина. На тракте воздуха от ресивера к котлу предусматривается горелка для сжигания природного газа, количество которого регулируется таким образом, чтобы в течение всего светового дня поддерживать заданную мощность. При этом стоимость электроэнергии вырабатываемой СЭС ожидалась на уровне ТЭС на органическом топливе.

В 90-ые годы в мире повысился интерес к фотоэлектрическим установкам (ФЭУ), непосредственно преобразующим солнечную радиацию в электроэнергию. Правда, стоимость электроэнергии, вырабатываемой фотоэлектрическими установками на сегодня в несколько раз выше, чем СЭС с тепловым циклом, но тем не менее ФЭУ активно внедряются как в развитых, так и в развивающихся странах при активной поддержке международных организаций, в том числе Мирового банка на основе выдвинутой им "Солнечной Инициативы".

Интерес к ФЭУ увеличивается еще и потому, что динамика изменения их технико-экономических показателей позволяет прогнозировать их конкурентоспособность по сравнению с другими источниками электроэнергии для ряда областей применений.

Основные мировые производители фотоэлектрической продукции изготавливают солнечные элементы в основном из кристаллического (моно-, поли-) кремния, аморфного кремния, CdTe, CuZnSe и других тонкопленочных структур. Соотношение объемов выпуска таково: кристаллический кремний - 75%, аморфный кремний - 20%, другие - 5%.

Массовое производство ФЭС связано с созданием технологий и материалов, позволяющих снизить стоимость установленной мощности примерно в 2-3 раза. Принципиальным ограничением для такого снижения стоимости является высокая цена кремния солнечного качества. В настоящее время для получения чистого кремния используется хлорсилановая технология производства, разработанная около 35 лет назад и имеющая много отрицательных моментов, в том числе высокую энергоемкость, низкий выход кремния и экологическую опасность. Поэтому создание новых технологий получения кремния, обеспечивающих радикальное снижение его стоимости - задача номер один в перечне альтернативных технологий в энергетике.

Подобные технологии стали создаваться и в России. Напомним, что научные и технологические позиции нашей страны в области фотоэлектричества при активной поддержке государства оставались лидирующими до 80-х годов. К сожалению в начале 90-х эта поддержка свелась к нулю и, в первую очередь, это коснулось наземной фотоэнергетики, то есть той сферы, где существует рынок. Несмотря на то, что в России есть компании-производители фотоэлектрических систем, можно смело утверждать, что рынок фотоэнергетики в России отсутствует. Однако наши фотоэлектрические модули востребованы за рубежом. Отечественным производителям даже реклама не нужна. У некоторых из них мощности на несколько лет вперед загружены заказами от иностранных компаний.