Да будет Свет! 6000 лет истории солнечной энергетики. Часть 5

Источник: John Perlin, «Let It Shine: The 6,000-Year Story of Solar Energy», перевод Михаила Берсенева.

Глава 19. Возрождение американской солнечной эры (1931-1950гг.)

Достижения в области солнечной энергетики в Германии и других европейских странах подтвердило ценность зданий и строений, построенных на принципах ориентации на солнце. Разработки и исследования в данной области стали мелькать на страницах американских научных журналов.

Широко известный архитектор из Чикаго Джордж Фред Кек стал первым в Америке, кто в своей работе внедрил результаты достижений коллег в солнечной инженерии из Европы при строительстве в «Городе Ветров» (так называли и называют Чикаго), как в черте города, так и в пригородах. В конце 1930-х годов солнечный дом Кека так быстро прогрелся одним солнечным зимним днем, когда внешняя температура за окнами поднялась только до -5 градусов по Фаренгейту, что термостат выключил печь отопления в доме в 8 утра и до глубокого вечера не позволял ей включиться, так как в том не было необходимости.

Джордж Фред Кек. Павильон «Дом завтрашнего дня». Всемирная выставка в Чикаго, 1933.

Средства массовой информации уловили, куда ветер дует, образно говоря. Репортеры распространили весть о некоем доме, которому требуется совсем мало топлива для отопления, причем даже при минусовых температурах. Один из газетчиков даже нарек этот дом «Солнечным домом». И этот ярлык хорошо прижился. В 1941 году Кек разработал первый полностью солнечно ориентированный Кондоминиум, построенный в современной Америке.

Уже после войны, широко известная в мире строительная компания нанимает Кека в качестве ведущего архитектора и презентует публике «Солнечный дом» как «дом, наиболее обсуждаемый в США». В то время, как интерес к солнечным домам достигает своего пика к началу 1950-х годов, это строение не развалилось, а продолжало функционировать.

Одна из семей, что поселилась в таком вот солнечном доме Кека в 1979 году, рапортовала репортеру изданию «Чикаго Санди Таймс», а через него и широкому кругу читателей, что «температура может падать до нуля, но если на небе есть солнце, то семья выключает отопительные котлы с самого раннего утра, то есть с момента подъема с постели. А если этого не сделать, то в доме становится даже избыточно тепло». Репортер издания также посетил такой дом «в максимально жаркий день августа. И сидя в гостиной, она нашла пребывание в доме комфортным, при этом никакой системы кондиционирования в доме не использовалось».

Глава 20. Солнечные коллекторы для отопления домов (1882-1962)

Эдвард Морс

Первый пример использования отопительного бака на солнечном тепле восходит еще к 1880-м годам, когда Эдвард Морс – этнограф и ботаник — самоучка представил публике некий девайс, аналогичный знаменитой «тепловой коробочке», который прикрепил к южной стене здания. В аппарате в свою очередь были проделаны отверстия, позволяющие наружному воздуху проникать в прибор и естественным образом течь по нему, далее в стены, тем самым нагревая воздух уже в помещениях. Научная Америка не поскупилась на комплименты изобретению, назвав его «гениальнейшим решением для решения задачи как поставить солнечные лучи на службу человеку в плане обогрева домов. Сама схема оказалась настолько проста, что многие находятся в недоумении, почему раньше не было изобретено ничего подобного»

Тем временем состоятельный бостонец Годфри Лоуэл решает создать финансовый фонд (M.I.T) для поддержки изысканий в области создания систем отопления на солнечной энергии. В качестве эксперимента был взят дом, крыша которого была усеяна коллекторами с водой, нагревающимися от солнечных лучей. Но вместо использования горячей воды в качестве средства для мыться посуды или принятия ванн, вода закачивалась в огромный бак емкостью в 17000 галлонов. Воздух окутывал бак и нагревался от его тепла. А затем циркулировал уже горячим в нагревательной системе дома, когда он остывал.

Далее для разработки более экономичных систем сотрудники M.I.T свели воедино функции накопления солнечного тепла, сохранения и распределения в единый прибор. Они взяли емкости с водой и поместили их на юго-ориентированной части фасада здания и составили узкую и длинную цепь ячеек. В течение дня солнечная энергия нагревала емкости с водой. Специальные изолирующие шторки отделяли внутреннее пространство ячеек от нагревающихся ёмкостей с водой. Когда внутри ячеек температура становилась слишком жаркой, шторки открывались. Когда любая из ячеек остывала и требовала подогрева, то изолирующие шторки между нагреваемыми емкостями и стеклом на ночь закрывались, чтобы предотвратить обратное отражение их тепла в ночное небо. В итоге эти довольно простые водяные емкости обеспечивали 48% от необходимого отопления небольшой спальни в течение всего периода довольно холодных зим Новой Англии.

Третий дом от M.I.T. представлял собой соединение архитектурных солнечных решений и солнечных нагревательных коллекторов. В течение трех лет использования в период с 1949 по 1952 год юго- ориентированные окна производили от 33 до 39% необходимого дому отопления, в то время как коллекторы давали от 36% до 49%. Нагревание корпуса и теплопотери иного толка оставляли еще 16%. Таким образом, бесплатное отопление от солнечных лучей плюс усовершенствования внутри системы привели к тому, что требовалось совсем малое количество классической электрической энергии для электронагревателей, чтобы полностью обогреть весь дом.

Глава 21. Фотогальванические панели. От селена до силикона (1876-…)

Солнечная панель лаборатории Bell

Уиллаби Смит, инженер по электричеству из Англии, рассказал миру о светочувствительности селена. Ориентация его на солнце увеличивает электропроводимость материала. Данное открытие озадачило ученых. В 1876 году два из них — британцы Уильям Грилл Адамс и Ричард Эванс Дэй обнаружили что свет, падающий на селеновые трубки, выказал невиданный доселе эффект: он не нагревал материал, а создавал в нем электрический ток. Адамс и Дэй нарекли этот ток «фотоэлектрическим». Сейчас он известен как фотогальванический эффект.

Американский изобретатель Чарльз Фритс соединил модули селена и поместил их на крышу одного из зданий в Нью-Йорке в середине 1880-х годов. Он с наивностью одержимого ученого предполагал, что вскоре его модули из селена будут конкурировать с новыми электростанциями Томаса Эдисона. В своем воображении Фритс рисовал себе картины, как его изобретение заменит паровые двигатели и положит конец загрязнению окружающей среды, что имеет место при использовании паровых машин и сжигании традиционных видов топлива.

Но сколько бы они не пытались, ни один из них не смог увеличить низкий коэффициент конверсии солнечного света в электрическую энергию, и в итоге ученые заключили, что по всей видимости, для обеспечения планеты солнечным электрическим током потребуется найти новые фотогальванические материалы.

Затем Дэрил Чапин, Калвин Фюллер и Джеральд Пирсон, работая над вновь обнаруженном силиконовым транзистором в лабораториях Вell, изобрели солнечный топливный элемент, который оказался способен трансформировать достаточно солнечной энергии в электрическую, чтобы обеспечить ежедневную потребность в электрическом токе лабораторного оборудования. «Нью- Йорк Таймс» сразу же окрестили новое изобретение
«началом новой эры, ведущей в конце концов к практической реализации одной из самых пестуемых мечтаний человеческой цивилизации — получение практически неисчерпаемой энергии солнца для нужд человека».

Глава 22. Космическая гонка

Несмотря на обширную поддержку в средствах массовой информации (новый топливный солнечный элемент, как предполагали СМИ, сможет произвести больше энергии, чем все мировые запасы нефти, угля и урана) в первые годы после этого открытия использование изобретения носило ограниченный характер. Пожалуй, только военные проявили весомый интерес к проекту. Как военно-воздушные силы, так и сухопутные войска, увидели в творении лаборатории Вell новую перспективу для своих секретных программ, прежде всего спутников Земли.

Благодаря своему полупроводниковому «близнецу» — транзистору – выходная мощность на плате оборудования была настолько снижена, что солнечные топливные элементы оказались по мощности достаточными, чтобы запустить работу оборудования. К тому же успешный запуск американского Vanguard – первого спутника земли, питающегося от силиконовых солнечных топливных элементов на борту — доказал значимость и ценность новых разработок лаборатории Bell.

Их долговечность по сроку службы сделало солнечную энергетику решающим компонентом в быстрорастущих мирных и военных программах США и СССР того времени. Предыдущие модели спутников, включая первые два, которые питались энергией обычных батарей аккумуляторного типа, погибли, пришли в негодность спустя всего несколько недель пребывания на орбите Земли. Так что солнечные топливные элементы от Bell, способные работать годами в условиях космоса, несомненно, выигрывали в сравнении с традиционными аккумуляторами.

Только что обнаруженный ресурс долговечности солнечных панелей в какой то мере революционизировал жизнь на Земле. Так космос оказался еще одной ареной битвы супердержав, и Америка, в частности, получила «соколиный глаз» в плане наблюдения из космоса за своими противниками и новые возможности в точности наведения ракет на наземные и морские цели противника.

В свою очередь телекоммуникационные спутники сделали телефонную связь по всему миру вполне доступной и вездесущей. Новости на информационных каналах стали транслироваться в реальном времени. Телевизионные тарелки дали возможность получать телесигнал для миллионов пользователей. Рост сотовой связи оказался лавинообразным. Неожиданный и всеобъемлющий спрос на солнечные панели в космических программах стал отправной точкой коммерциализации сферы солнечной энергетики, ее успешного развития и притока туда инвестиций.

Заключительная часть 6.