По прогнозам, мировой спрос на энергию к 2050 году более чем удвоится, а к концу столетия - более чем утроится. Да, прогнозы ученых просто впечатляют. И где человек будет брать эту энергию - невольно возникает вопрос у автора канала. А у вас, уважаемый читатель канала, ни разу не возникало такого вопроса? Ведь запасы полезных ископаемых в том числе идущих на производство тепла, энергии, подходят к концу. Ведь не так просто целый города в местах, где раньше добывали уголь, пустеют. Нет более уголька. Да и хватит - хорошо подымили мы им за пару промышленных столетий. Что же дальше? Поразмышляем вместе со мной?
Дополнительные усовершенствования в существующих энергетических сетях не будут достаточными для удовлетворения этого спроса на устойчивой основе. Поиск источников чистой энергии в объеме, достаточном для будущего, является одной из самых серьезных проблем общества. Солнечный свет является крупнейшим из всех углеродно-нейтральных источников энергии.
За один час (4,3 × 1020 Дж) Земля получает больше энергии от солнечного света, чем за весь год (4,1 × 1020 Дж), потребляемой на планете. В настоящее время на планете получают солнечной энергии лишь на 7,5 млрд долл. США в год. Темпы роста составляют 35-40% в год.
В начале века нынешнего солнечная электроэнергия обеспечивала менее 0,1% мировой электроэнергии, а солнечное топливо из современной (устойчивой) биомассы - менее 1,5% мировой энергии. Огромный разрыв между нынешним использованием солнечной энергии и ее огромным неразвитым потенциалом обуславливает серьезнейшую проблему в исследованиях в области энергетики.
Солнечный свет является убедительным решением для удовлетворения наших потребностей в чистых, обильных источниках энергии в будущем. Она легкодоступна, защищена от геополитической напряженности и не представляет угрозы для нашей окружающей среды в результате загрязнения или для климата в результате выбросов парниковых газов.
Ученые работают над вопросами использования солнечной энергии. Так, определены основные научные проблемы и направления исследований, которые позволят обеспечить эффективное и экономичное использование солнечных ресурсов для получения значительной доли мировой первичной энергии к середине 21 века.
Между прочим, в тех же Штатах есть даже Управление фундаментальных энергетических наук и Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии в Министерстве энергетики Соединенных Штатов Америки. Автор как-нибудь поинтересуется, есть ли подобное направление в нашей стране.
Системы преобразования солнечной энергии делятся на три категории в зависимости от их первичного энергетического продукта:
- солнечная электроэнергия;
- солнечное топливо;
- солнечные тепловые системы.
Каждый из трех общих подходов к эксплуатации солнечных ресурсов имеет неиспользованные возможности, выходящие далеко за рамки их использования в настоящее время.
Так, например, задача преобразования солнечного света в электричество с помощью фотогальванических солнечных элементов заключается в резком снижении стоимости ватта поставляемой солнечной энергии - примерно в 5-10 раз, чтобы конкурировать с электричеством, вырабатываемым ископаемыми и ядерными источниками, и в 25-50 раз, чтобы конкурировать с первичной ископаемой энергией.
Как же человек планирует ловить солнце? Давайте посмотрим. Уже есть новые материалы для эффективного поглощения солнечного света, новые методы использования всего спектра длин волн в солнечном излучении и новые подходы, основанные на наноструктурированных архитектурах. Все это может революционизировать технологии, используемые для производства солнечной энергии.
Технологическое развитие и успешная коммерциализация монокристаллических солнечных элементов демонстрирует перспективность и практичность фотоэлементов, а новые подходы к использованию тонких пленок, органических полупроводников, чувствительности красителей и квантовых точек открывают новые возможности для создания более дешевых, эффективных и долговечных систем. Многие из таких новых подходов стали возможны благодаря
- замечательным достижениям в изготовлении наноразмерных архитектур с помощью новых технологий "сверху вниз" и "снизу вверх";
- достижениям в наноразмерной характеризации с использованием электронного, нейтронного и рентгеновского рассеяния и спектроскопии;
- сложному компьютерному моделированию электронного и молекулярного поведения нанора в полупроводниковых сборках с использованием функциональной теории плотности.
Такие достижения в фундаментальной науке о преобразовании солнечной энергии в сочетании с новыми полупроводниковыми материалами, доступными в настоящее время, о которых автор канала вам рассказал, как раз и могут привести к революции в способе разработки, проектирования, реализации и производства солнечных элементов. И не удивительно для нас будет в скором времени, что энергию человечество будет получать благодаря солнцу. А вы как считаете?