Цивилизация
Мало кто любит вытирать пыль со столов, тумбочек и зеркал во время уборки дома: сколько ни вытирай — она все равно довольно быстро появится на том же месте. Еще более бесперспективна задача мытья окон в квартирах, выходящих на оживленные московские улицы. А теперь представьте, что нужно чистить «зеркала» на площади 25—50 футбольных полей. Именно эта задача стоит перед компаниями, монтирующими крупноразмерные солнечные батареи.
На 240-м съезде Американского химического общества, проходящем в эти дни в Бостоне, представлена технология, легко решающая эти проблемы.
Солнечные батареи, созданные с использованием космических технологий для организации межпланетных миссий к Марсу, смогут сами очищать себя от пыли здесь, на Земле.
Самоочищающееся покрытие, наносимое на поверхность солнечных батарей, может повысить эффективность выработки электричества из солнечного света, а также сократить затраты на техническое обслуживание гелиоэлектростанций (ГЕЭС).
«Наши самоочищающиеся панели стоит использовать в средах с высоких содержанием пыли и более крупных твердых частиц. Это позволит значительно повысить производительность солнечных батарей. Технология самоочищающегося покрытия пригодна и для небольших батарей, и для масштабных фотоэлектрических систем. Насколько мы знаем, это единственная технология автоочистки батарей, не требующая использования воды или механических движений», — пояснил руководитель исследования профессор Мэлэй Мазумдер из Университета Арканзаса.
Для самоочистки солнечных батарей на прозрачное пластиковое покрытие их поверхности наносят дополнительный прозрачный электрочувствительный слой.
Сенсоры следят за толщиной слоя пыли на поверхности и при достижении критического уровня подают ток на чувствительную пленку, которая, в свою очередь, подает удаляющие пыль волны на поверхность.
Авторы разработки утверждают, что всего за две минуты система удаляет около 90% осевшей на батарее пыли. Потребление энергии для чистки минимально, она отбирается непосредственно от солнечной панели.
В США использование фотоэлектрических систем в период с 2003-го до 2008 год выросло на 50%, с ростом использования более остро встали и проблемы долгосрочной эксплуатации ГЕЭС. Ученые прогнозируют ежегодный 25-процентный рост использования солнечной энергии как неиссякаемого источника, не разрушающего окружающую среду и не угрожающего будущим поколениям жителей Земли.
Сейчас крупные гелиоэлектростанции функционируют в США, Испании, Германии, на Ближнем Востоке, в Австралии и Индии. Вместе с тем круг климатических зон, в которых выгодно устанавливать солнечные батареи, ограничен: чаще всего это богатые солнцем пустынные области, где из-за сухой погоды и ветров пыль поднимается в воздух и оседает на поверхности панелей. Слой пыли в 5 г на квадратный дециметр уменьшает степень конверсии солнечной энергии на 40%. Месячные нормы осаждения пыли в Аризоне, на Ближнем Востоке, в Австралии и Индии во много раз выше этого значения.
Первоначально профессор Мазумдер и его коллеги разрабатывали самоочищающиеся солнечные панели совместно с NASA для их использования в космических миссиях на Луну и Марс. Без таких технологий солнечным батареям не удастся эффективно работать, например, в среде Красной планеты. Однако применение космическим технологиям пока нашлось на Земле.
Сейчас оборот рынка солнечных панелей составляет $24 млрд, и всего 0,04% электроэнергии в мире вырабатывается гелиоэнергетикой.
«Однако, если покрыть хотя бы 4% площади пустынь на Земле солнечными батареями, от них можно будет питать всю нашу цивилизацию. И система самоочистки батарей в этом может сыграть очень большую роль», — считает Мазумдер.
В России солнечная энергетика развита слабо: доля российских изделий фотоэлектричества на мировом рынке не достигает 1%, хотя объем рынка оценивается очень высоко.
«Я проанализировал среднегодовое поступление солнечной энергии в разных частях России, сравнив его с тем, что получает Южная Европа. Результат выглядит парадоксально:
на многих территориях России среднегодовое поступление солнечной энергии выше, чем в самых инсолированных (богатых солнечным светом) частях Европы.
Например, Забайкалье получает солнечной энергии больше, чем Испания», — приводит РИА «Новости» слова профессора Санкт-Петербургского физико-технического института им. А. Ф. Иоффе Вячеслава Андреева.
Между тем программы солнечной энергетики не находят в России поддержки государства, сетует лауреат Нобелевской премии академик Жорес Алферов. «Да, мы страна богатых природных ресурсов. Но для меня было большой неожиданностью, когда министр промышленности и энергетики Христенко заявил, что солнечной энергетикой должны заниматься страны, зависящие от энергоресурсов, а мы, дескать, не зависим. Однако по-настоящему страна может быть независимой только при условии развития экономики, основанной на высоких технологиях», — отметил он.
Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов, или 20—25% всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно. Солнечная энергетика наряду с промышленными установками для выработки термоядерной энергии рассматриваются как единственно возможные альтернативы текущей выработке энергии из ископаемых ресурсов.