Да будет Свет! 6000 лет истории солнечной энергетики. Часть 6

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

Глава 23. Первые реально широкомасштабные проекты на земле с использованием солнечных панелей (1968-…)

Успех использования солнечных панелей в космосе дал человечеству видение того, насколько солнечные панели могут быть полезны уже на Земле. Особенно когда речь идет об отдаленных территориях, где нет возможности подсоединиться к штатным электрическим сетям. Первым примером коммерческого использования солнечных батарей можно назвать питание при их помощи навигационных сирен и освещения буровых вышек. Раньше такое питание осуществлялось при помощи обычных аккумуляторных батарей.

Береговая охрана по всему миру взяла солнечные панели на вооружение в том плане, что панели стали питать освещение морских буев и маяков. Также эти панели стали питать высокочастотные ретрансляторы, соединяющие отдаленные городки и домовладения с телекоммуникационными каналами связи, позволяя жителям наслаждаться радио, телевидением и телефонной связью, к которым жители больших городов уже привыкли.

К середине 1980 х годов солнечные панели становятся вариантом выбора по всему миру именно как средство и инструмент для обеспечения нужд отдаленных от электрических сетей объектов и поселений.

Глава 24. Прелюдия Эмбарго (1945-1973)

В течение первых трех десятилетий после Второй Мировой Войны
лишь несколько людей в самих США и в других западных странах проталкивают идею широкого использования солнечных панелей. Дело в том, что газ, нефть , электричество были и так дешевы и становились все дешевле и дешевле, и активнее шло внедрение механизмов и двигателей. Все это вылилось в создание современной индустриальной жизни с повышенным потреблением традиционных видов топлива.

Одно только потребление электричества выросло в четырнадцать раз! Газовые компании также рапортовали о рекордных объемах потребления и ничто не предвещало негатива. Однако несколько наиболее дальновидных экспертов предупреждали о грядущем кризисе в энергетической сфере. В начале 1952 года в рамках Президентской Комиссии по Ресурсам, основанной Гари Трумэном, выходит доклад, предрекающий Америке и ее союзникам нехватку традиционных видов топлива к 1975 году. В качестве выхода из этой ситуации доклад называл солнечную энергетику как одну из важнейших альтернатив.

Однако при максимально внимательном взгляде можно уже тогда было заметить, что нехватка нефтепродуктов, их дефицит, случился за много лет до объявленной даты (1975 год согласно докладу). Уже в 1947 году внутренне производство нефти соскользнуло вниз по сравнению с уровнем потребления, и страна становится одним из крупнейших импортеров нефти. Пока поставки «черного золота» шли без перебоев и были дешевы, всем было, по большому счёту, всё равно, будет ли кризис или не будет. Но когда в октябре 1973 года нефтяное эмбарго ударило как гром с ясного неба, то США и большая часть остального мира проснулась в иной реальности, где цены на нефть стали высокими, а очереди у заправок выросли как грибы.

Нефтяное эмбарго 1973 года усилило интерес к солнечной энергетике

Американское Правительство считало, что основной вариант выхода из сложившейся тяжелой ситуации — ядерная энергетика. Но этот выбор не был обусловлен только энергетическими соображениями. Разгоралась «Холодная Война», в 1954 году США были единственными обладателями водородной бомбы, и подобное оружие всех в мире пугало до мурашек по коже. Принимая во внимание эти страхи, американское Правительство решает смягчить ситуацию и презентует доктрину Мирного Атома путем всесторонней поддержки строительства ядерных электростанций как часть общей мирной программы. Несмотря на то, что Президентской Комиссии по Ресурсам предлагала равномерное распределение сил и средств на развитие как солнечной, так и ядерной энергетики, американское Правительство со времен пришедшей Администрации Эйзенхауэра и до сегодняшних времен Обамы делало и делает неизменный уклон в сторону ядерной энергетики.

Нет так давно были обнародованы документы, показывающие, какая сильная была поддержка солнечной энергетики, особенно солнечным панелям, со стороны экспертов в различные периоды правления разных Администраций США от Эйзенхауэра до Рейгана, однако поддержки во власти эти рекомендации не находили. Казалось, поддержка США традиционных видов топлива увековечена вместе с поддержкой ядерной энергетики.

Глава 25. Успехи солнечной энергетики в 1970 и 1980- х годах

После нефтяного кризиса 1973 года люди пересмотрели свои взгляды на потенциал солнечной энергетики в качестве замены традиционным видам топлива. Многие переоценивали и превозносили солнечную энергетику, потому что видели за ней решение экологических, политических и социальных проблем. Они видели новизну в этом деле по сравнению с косной системой потребления традиционных видов топлива и ядерного синтеза.

Эти мысли оказались особенно близки тем, кто не одобрял Вьетнамскую Войну и кто оказался вовлеченным в альтернативную культуру Америки в 1960- х годах. Вот поэтому безо всякой иронии можно сказать, что плавательные бассейны, которые ассоциируются с социальным декадансом и богатством, в те времена стали отправной успешной точкой солнечной энергетики США в течение 1970-х годов и далее 1980-х. Недорогие пластиковые подогреватели воды на солнечном тепле в бассейнах стали товаром №1 в линейке товаров для бассейнов почти на целое десятилетие.

Другая история успеха солнечной энергетики США пришла с другого конца спектра общественной жизни в виде хиппи, которые приняли идеи солнечной энергетики. Они вдохновились идеей архитектуры, которая с максимальной пользой может работать на уменьшение вреда Природе. Хиппи хотели в наименьшей степени использовать вредные для окружающей среды виды топлива, они максимально были за использование тех ресурсов, что рядом, что не надо с таким трудом и вредом для окружающей среды добывать. И речь шла, прежде всего, о солнце как экологичном источнике энергии.

Широко мыслящие инженеры тех лет восприняли опыт и Римской Империи, и китайцев, и греков в плане использования солнца и они разрабатывали свои усовершенствования солнечных панелей и во многих ситуациях эти свободно-мыслящие ученые и инженеры создавали удивительные приборы и аппараты, новое вентиляционное обогревательное, солнечное оборудование. Разработанные ими здания максимально дружественны природе, их борьба с традиционной промышленной архитектурой и засильем приборов, что используют нефть, газ для выдачи энергии, привела к тому, что идея солнечных зданий снова стала набирать популярность среди архитекторов, инженеров, ученых, среди широкой публики и даже такой косной прослойки общества , как группа бюрократов.

Например физик Реймонд Блисс писал статьи для престижного Бюллетеня Ученых Атомщиков и он демонстрировал, продвигал мысль, что есть возможность сохранить немало энергии, если при строительстве использовать и внедрять опыт солнечных домов. Это лучше, считал он, чем буровить землю в поисках нефти на всем пространстве от Аляски и до Северного Полюса.

Глава 26. Первый солнечный город США (1920-…)

В местечке Девис, что в Калифорнии, имеется богатый потенциал в плане доступности солнечной энергии. Исследования в области создания ранних образцов солнечных водонагревателей начались во второй половине 1920- х годов на базе сельскохозяйственной опытной станции Калифорнийского Университета.

К 1940 -м годам работа Джорджа Кека и MIT помогла представить новые идеи в солнечной энергетике для публики в местном Университете.

Здесь проводились исследования на животных, в частности на птицах, а также на домашних животных, которые помещались в закрытые клетки с учетом ориентации на солнце для повышения их уровня здоровья. Эти исследования проводились в студенческом городке Дэвиса в течение 1950-х годов Параллельно шли работы по изучению влияния микроклимата на повышение урожайности посевов.

Интерес исследователей также шагнул дальше в область влияния вегетации на контроль климата в домовладениях фермеров и их работников. Все эти темы стали знаковыми в учебной программе Университета. Студенты адаптировали те знания, что получили в Университете к местным нуждам, и солнечные идеи стали доминирующими в мышлении многих студентов и профессоров в этом месте в 1970-х годах.

Вновь избранный Совет Города также симпатизировал солнечной энергетике, и тогда вышел в свет Солнечный Декрет Дэвиса, который стал официальным Законом. Принятие законодательного акта воодушевило в дальнейшем на развитие в городе сети жилых помещений, целой деревни — крупнейшей агломерации солнечно ориентированных жилищ — со времен строительства Олинфуса.

Глава 27. Солнечные водонагреватели используются все шире ( 1973-…)

Подогрев бассейна с помощью солнца

Нефтяные кризисы 1973, 1979, а также 1980 годов обусловили всплеск интереса к использованию солнца для нагревания воды и обогревания зданий и как инструмент получения энергии вообще. Миллионы солнечных водонагревателей были установлены в США между 1973 и 1986 годом. Семь миллионов поставлены в Японию. Снижение цен на нефть и увеличивающиеся поставки нефти в середине 1980-х годов выразились в значительном снижении интереса к альтернативной энергетике на этих обоих рынках, но тем не менее, солнечные водонагреватели не ушли с рынка полностью. Они трансформировались в распространение на иные рынки других стран в качестве дополнительной опции к традиционным видам топлива, тем самым обеспечив даже подъем индустрии водонагревателей с применением солнечной энергии.

Вмешательство со стороны Правительства и высокие цены на нефть на Кипре и в Израиле привели к тому, что эти две страны стали лидерами по числу солнечных установок на душу населения во всем мире. Сегодня более 90% всех домовладений в Израиле и на Кипре полагаются именно на водонагреватели на солнечной энергии для получения горячей воды. На третьем идет Австрия. На четвертом — Барбадос.

В Австрии каждое восьмое домовладение использует солнечную энергию для подогрева воды и многие хозяева соединяют солнечную систему отопления с традиционной. Жители Барбадоса, в свою очередь, стали свидетелями роста числа солнечных водонагревателей с нескольких сотен штук в 1974 до почти 50% замещения обычных нагревателей солнечными в наше время, что сократило зависимость страны от нефтепродуктов, импортируемых из других стран весьма значительно. Самое обширное воплощение солнечной системы подогрева воды можно наблюдать на острове Аэро на западном побережье Дании и этот объект реально может стать открытием для тех, кто его увидит.

Но все-таки именно Китай доминирует сейчас в области производства водяных котлов отопления на солнечной энергии и захватил уже порядка 80% рынка в мировом масштабе. В настоящее время более чем 50 000 000 солнечных водонагревателей по всему миру производят количество электроэнергии, эквивалентное тому, как если бы сжигалось 124 млн. баррелей нефти ежегодно.

Глава 28. Солнечные батареи для всего мира (1978-…)

В течении многих лет эксперты в различных уголках мира в области электрификации удаленных районов разрабатывали модели организации электропитания появляющихся городов и поселений и действовали в тех же направлениях, что и западные страны: путем строительства централизованных электростанций и протяжкой линий электропередач до индивидуальных домовладений. Они прокладывали линии передач, и это стоило значительных вложений с небольшой надеждой получить инвестиции назад. Результатом стал тот факт, что при электрификации пропускались огромное количество отдаленных населенных пунктов и небольших деревень, миллионы жителей оставались вне зоны доступа к такому благу цивилизации, как электричество.

Упор делался в таких местах на керосиновые лампы для получения света, переносные и стационарные генераторы, свечи и даже просто на камины и печи. Но что керосиновые лампы, что свечи, что камины с открытым огнем давали мало света, выделяли удушающий дым при горении, и всегда сохранялась опасность, что возникнет пожар и хозяева в лучшем случае успеют спастись или заметят его на ранней стадии. Также все эти традиционные методы освещения и отопления требовали и традиционных видов топлива, а импортирование нефти шло с перебоями и всегда стоило немалых для отдаленных районов денег.

И как контраст — если правильно установить и поддерживать в рабочем состоянии солнечный модуль — то он будет давать ток в течение десятилетий. Если установить солнечный модуль с накопителями, то в дуэте они дают полную независимость в энергетическом плане. Франция шагнула в этом направлении и в 1978 году было решено электрифицировать солнечными модулями каждую хижину на отдалённых островах тихоокеанского побережья.

Представители среднего класса Кении, живущие в отдалении от крупных городов, закупали свои собственные миниэлектростанции, покупая сборные модули в местных магазинах электро-товаров. Все больше сельскохозяйственного люда в Кении подключалось к солнечным станциям, предпочитая их традиционным линиям электропередач. Опыт французской Кении и Таити показывал, что возможно, когда-нибудь солнечная энергетика станет основной в странах, где электрификация находится в зачаточном состоянии.

Когда Чарльз Фритз осторожно предположил, что его солнечные панели на основе селениума в конце концов будут успешно конкурировать с электростанциями на угле Томаса Эдисона, он не имел ввиду строительство мощных электростанций. Он мыслил, что его модули дадут возможность «каждому домовладению иметь свою мини электростанцию».

Чарлз Фритз — изобретатель кремниевой солнечной батареи

Нефтяная компания Shell утверждала, в свою очередь, много лет спустя, «по нашему мнению распределённая энергетика солнечных панелей дает возможность удовлетворить возрастающие потребности США в энергии».

Шведский инженер Маркус Риал решил проверить тестами предсказания Фритза и компании Shell установив 3 КВт солнечные панели на три сотни крыш в Цюрихе. Логичным выводом господина Риала стало заявление, что «игра стоит свеч. Однозначно. Крыши там есть. Крыши свободны. Электрические провода тоже там есть». Мистер Риал прекрасно понимал, что отсутствие необходимости в протяжке линий передач выгодно отличает его проекты солнечной энергетики от привычных традиционных способов доставки и производства электроэнергии, и он спокойно мог конкурировать по цене с любыми компаниями.

Опыт Цюриха по использованию крыш привел к широкой поддержке подобных программ и апогеем этой поддержи стало в 1999 году введение льготного национального тарифа, который вознаграждал тех потребителей, что сделали ставку на солнечные панели в качестве источника электроэнергии для своих нужд.

В Германии льготный тариф плюс наращивание производства солнечных батарей в Китае и их постепенное удешевление привело к громадному росту установок солнечных панелей с менее чем одного гигаватта суммарной полученной солнечной энергии в 1999 году до более сотни гигаватт в нынешнее время.

Глава 29. Больше батарей! Больше дешевых батарей! (1956-…)

Ради воплощения мечты человечества по максимальному полному использованию крыш строений и зданий, ради идеи размещения там солнечных панелей и получения электричества, человеку нужно и дальше делать шаги по удешевлению стоимости производства и монтажа данных изделий. В настоящее время панели на основе кристаллического кремния являются доминантным материалом для производства солнечных панелей. Это, собственно говоря, тот же материал, что был открыт лабораториями Bell еще на заре 1950-х годов. Несменяемость данного материала в производстве в течении столь долгих лет пояснил один из экспертов довольно просто: «Эти панели работают и работают. Вот и все»

Автономность в работе, экономичность в плане эксплуатации, хорошее поглощение падающего на поверхность панели солнечного света — все это привело к падению цены с 300$ за КВт-час шестьдесят с лишним лет назад до одного доллара, и даже меньше, на нынешнем этапе.

Еще один момент позволяет снизить себестоимость этих панелей. Ведь можно покрывать дешевые основы – скажем стекло, или пластик, тончайшим слоем дорогого кристаллического кремния и так получать желаемый результат. Солнечные панели, полученные таким напылением, называются тонкопленочными. Довольно длительное время предполагалось, что данный процесс будет потреблять намного меньше дорогостоящих ингредиентов, и что панели смогут долгое время находится в рабочем автономном состоянии. Были предприняты немалые усилия и сделана масса тестов, однако тонконапыленные солнечные панели так и не смогли приблизиться по эффективности (не говоря уже о том чтобы «перещеголять») к типичным силиконовым панелям, которые и по сей день «правят балом» и являются «рабочей лошадкой» всей солнечной энергетики. В 1980-х как эксперты, так и иные заинтересованные лица спорили, упадет ли цена киловатт часа солнечной электроэнергии до конкурентной цифры с Квт-часом от традиционных линий электропередач и возможно ли будет достигнуть паритета в ценовом вопросе.

К концу первой декады 21-го века все уже согласились, глядя на цифры, что искомый паритет уже достигнут, но лишь в определённых солнечных районах планеты, и то лишь в тех местах, где цена традиционного кВт-часа чрезвычайно высока. Возможно этот паритет и дальше будет распространятся по миру, захватывая все новые территории, и многое будет зависеть от интенсивности солнечного излучения, попадающего на Землю (а оно растет) и собственно от динамики изменения цены традиционного кВт-часа при различных меняющихся мировых условиях.

Эпилог

Когда я говорю людям что опубликовал книгу по истории солнечной энергетики, каждый находит своим долгом вынести следующее суждение: «Это должно быть очень тонкая книжка». К их удивлению книга «Пусть оно сверкает. 6000 лет солнечной энергетики» состоит из 451 страницы. Огромный прогресс был и имеет место быть в этой области. Когда в 1954 году первый солнечный многосекционный массив панелей был построен, он выдал энергии меньше чем на ватт. Сейчас же речь уже идет о сотне миллиардов ватт.

За последние десять лет тепловая емкость водонагревателей, что работают на солнечной энергии, возросла в шесть раз. Солнечные уловители выросли по мощности с нескольких киловатт в 1980-х годах до нескольких миллионов квт на нынешнем этапе развития индустрии.

Никто и предположить не мог в СМИ, что солнечная энергетика сделает такой скачок вперед. Моя надежда с выходом данной книги в свет связана с тем, что она может «пролить свет» на прогресс солнечной энергетике в обществе.

Трагедия Фукусимы и ураган Санди дали толчок интереса с солнечной энергетике. И синтез старых и новейших технологий – солнечной архитектуры и солнечных панелей – все это даст возможность изобрести, наконец, массовый автономный солнечный дом.

Развитие этой индустрии с традиционными электрическими сетями может идти параллельно. Например, сотовые телефоны конечно, теснят проводную связь, но существуют параллельно. Продолжающееся увеличение использования солнечной энергии снизит нашу зависимость от традиционных видов топлива и ядерного синтеза, уменьшит выброс радиоактивных отходов в атмосферу и снизит процесс глобального потепления. А эти процессы имеют пугающие последствия для всех от мала до велика.

Как указал эксперт в области энергетики Амори Ловинс: «Обращение к корням солнечной энергетики, что имеют давнюю историю, и сплавление их с новыми эффективными технологиями, в конце концов, принесут благодатные новости как для отдельных людей, так и для всей Земли».

Начало статьи смотрите здесь.