Природное наследие

Почему нам нужна солнечная энергия? Потому что солнце - это электростанция, созданная самой природой (которая не производит парниковые газы), ресурсы которой практически неисчерпаемы и еще и даются нам даром.

Но как же превратить этот дар в необходимое нам электричество?

Солнечный свет, как и любой другой свет, несет заряд энергии. Когда луч света попадает на какой-нибудь предмет, то эта энергия трансформируется в тепло. Такое же тепло как мы чувствуем, сидя на солнце. Это значит, что наше тело не превращает лучи солнца в электричество.

А вот некоторые материалы обладают свойствами трансформации света в электричество. К ним относится кристаллический поликремний (силикон), полупроводник, используемый в строительстве солнечных батарей.

Для оснащения солнечных батарей специально выращивают большие кристаллы поликремния. В этих кристаллах “подогретые” солнцем электроны освобождаются из связей кристаллической решетки и начинают двигаться в определенном направлении (потому что поликремний - полупроводник), а не “метаться” на месте, создавая вместо электрического тока тепло, как в случае с нашим телом.

Правда, технология производства таких солнечных батарей очень дорогая, потому что выращивание кристаллов поликремния требует немалых затрат, а работает поликремний с эффективностью всего 22-23% (самый совершенный поликремний обладает эффективностью 50% , но применяется он только для орбитальных станций и спутников).

Новые материалы, из которых делают бытовые солнечные батареи, изготавливают из более дешевых кристаллов селенида (соли селеноводородной кислоты), меди, индия и галлия и придают им вид пленки. К сожелению, кристаллы этих химических элементов неэффективны и превращают всего 15-18% солнечного света в электричество.

Итак, мы видим, что солнечная энергия пока слишком дорогая и неэффективная, поэтому промышленность многих стран предпочитает уголь. Чтобы заменить ископаемое топливо, нам нужны новые технологии и новые материалы, которые было бы легко запустить в массовое производство и в которые было бы выгодно инвестировать.

Что такое солнечная батарея?

Это устройство, которое конвертирует солнечную энергию в электричество.

Каким образом солнечная энергия конвертируется в электричество?

При попадении луча света на силиконовый кристалл, фотон выбивает один электрон из кристаллической решетки и заставляет этот электрон свободно двигаться. Освобожденные электроны с отрицательным зарядом и “дырки” (квазичастицы, образованные в месте выбивания электрона), с положительным зарядом и есть электричество. А весь процесс называется фотоэлектрическое преобразование.
Marble globe on green leaf, close-up

Чем отличается получение солнечной энергии растениями (фотосинтез) от получение энергии солнечными батареями (фотоэлектрическое преобразование)?

Пока растения - самое совершенное устройство по трансформации солнечного света, потому что когда фотон света выбивает электрон в листке дерева, этот освободившийся электрон изменяет химические связи внутри растения и синтезирует топливо.

Можно ли искусственно создать фотосинтез?

Теоретически, да. Это был бы огромный шаг в развитии альтернативных технологий, потому что таким образом можно было бы синтезировать уже готовое топливо. Также, в процессе фотосинтеза воздух очищается от углекислого газа. Если бы солнечные панели могли функционировать наподобие растений, то мы бы жили на чистой планете. Вырабатывая топливо для наших заводов и автомобилей мы бы еще и уменьшали количество CO2 в атмосфере! Но пока что практическая реализация искусственного фотосинтеза - дело далекого будущего.

Почитать по теме: Солнечные батареи на блоге Солнечная энергетика
8 источников экологически чистой энергии будущего. Орбитальная солнечная энергия
8 источников экологически чистой энергии будущего. Нанотехнология в производстве солнечных панелей