Ячейки Солнца профессора Гретцеля
В рамках прошедшего недавно Петербургского международного экономического форума состоялась церемония вручения XV международной энергетической премии «Глобальная энергия». Победитель этого года, автор уникальных солнечных элементов, которые предлагают простые и эффективные решения для выработки электроэнергии, всемирно известный ученый из Швейцарии Михаэль ГРЕТЦЕЛЬ дал корреспонденту «СПб ведомостей» эксклюзивное интервью.
ФОТО АВТОРА
- Михаэль, вы получили награду за разработку экономичных фотоэлементов, названных в вашу честь «ячейками Гретцеля». Объясните, что это такое?
- Это солнечные батареи нового поколения. Единственные в мире фотоэлектрические устройства, которые успешно имитируют процесс фотосинтеза растений и работают на органическом красителе. Эта разработка предназначена для создания недорогих производительных солнечных электростанций.
Одно из главных преимуществ разработки - эффективное накопление энергии вне зависимости от угла падения солнечных лучей. Такие панели могут питаться даже от преломленного или отраженного света. Под яркими солнечными лучами фотоэлементы работают с эффективностью 15%, а при рассеянном свете (в облачную погоду или в помещении) показатель КПД достигает 28,9%. Таким образом, они способны работать на различных диапазонах частот светового потока, вплоть до инфракрасного.
Еще одно преимущество разработки - простота устройства и производство из недорогих материалов. Сегодня эти солнечные элементы представляют выгодную альтернативу лидеру рынка - более дорогим и сложным технологиям кремниевых солнечных батарей. Ячейки, названные моим именем, выпускаются уже десятками тысяч квадратных метров. Заводы по их производству есть в Швейцарии, Японии, Китае. Согласно прогнозу немецкого Института солнечных энергетических систем им. Фраунгофера, к 2030 году благодаря ячейкам Гретцеля будет производиться не менее 20 ГВт электроэнергии в год.
- Как вы пришли к своим ячейкам?
- Над их созданием я начал думать еще в 1970-е годы. В 1973-м, когда я был в США, из-за кризиса страны ОПЕК заблокировали добычу нефти, и я не мог заправить свой автомобиль, потому что на автозаправках не было бензина. И тогда я начал думать, как уйти от топлива, чтобы от него не зависеть. Тем более что оно когда-нибудь и вовсе закончится. Да и имея неограниченное количество топлива, мы не смогли бы бесконечно его использовать: нагрели бы планету так, что жизнь на ней стала невозможной.
- В результате в 1991 году вы изобрели уникальные солнечные элементы...
- Да. На начальном этапе ячейки Гретцеля были не очень эффективны, но со временем их показатели улучшались. В 2009 году в этих элементах вместо классического органического красителя был применен новый поглощающий материал с кристаллической структурой - гибридный органо-неорганический перовскит. А в 2012 году была создана полностью твердотельная солнечная ячейка, в которой не было жидкого электролита.
Такое поступательное развитие ячеек привело к тому, что появился качественно новый класс перовскитной солнечной ячейки, который оказался в 6 - 7 раз дешевле в производстве, чем классические кремниевые солнечные фотоэлементы (перовскит - редкий для поверхности Земли минерал, титанат кальция. - Прим. ред.).
На данный момент перовскитные солнечные элементы находятся на стадии разработки и пока еще нигде не внедрены в процесс производства. Но именно к ним приковано внимание мирового сообщества ученых. Каждый день в этой области публикуется 5 - 6 новых научных статей.
- Насколько вы уверены, что будущее за солнечной энергетикой?
- В последние три года в общем объеме производства электроэнергии растет доля возобновляемых источников. Лучшие ученые мира работают над тем, чтобы найти новые эффективные способы преобразования энергии солнца в электроэнергию. Ведь даже если мы говорим об энергии ветра и гидроэнергии, то это тоже энергия солнца. Более того, в отличие от солнца, которое светит даже через тучи, ветер есть далеко не всегда.
Конечно, для индустриального применения, например, плавки металла, мощности солнечной энергии вряд ли будет достаточно. В этих случаях все-таки необходимо либо топливо, либо ветряки. Но что касается электромобилей, освещения и отопления домохозяйств, бытового применения, то на этом рынке будущее однозначно за солнечными батареями.
- Как такие решения работают на практике?
- Батареи в виде полупрозрачных панелей могут быть интегрированы в фасады зданий, использованы в качестве окон и других конструктивных и декоративных элементов зданий для выработки электроэнергии. При их встраивании в оконные стекла можно достигнуть двойного эффекта: охлаждение помещений, защита от шума и попутная электрогенерация.
Такие панели уже установлены на фасаде нового швейцарского инновационного конференц-центра Swiss High Tech в Лозанне и в аэропорту Женевы. Другое воплощение теории на практике - шумовой барьер на автостраде между швейцарскими городами Берном и Цюрихом. Этот щит не только защищает прилегающие к трассе дома от шума, но и вырабатывает электроэнергию. Есть примеры парковок, огороженных этими панелями. Оставленные на таких парковках на ночь электромобили заряжаются от панелей солнечной энергией, накопленной за день.
- Насколько я знаю, в России подобных солнечных чудес пока нет?
- Чудес, может, и нет, зато ученые, которые занимаются такими разработками, есть. Правда, ни производств, ни реальных примеров масштабного использования ячеек Гретцеля в вашей стране пока нет. Хотя вполне возможно, что в России уже сегодня приживутся более простые бытовые предметы, в которых солнечные элементы используются в качестве портативного источника энергии - например, для зарядки электронных устройств.
- Такие устройства, насколько я знаю, вы привезли с собой...
- Вот мой «солнечный рюкзак», разработанный в Великобритании. В него встроена гибкая панель солнечных элементов. Пока человек гуляет с таким рюкзаком по улице, за счет внешнего света непрерывно накапливается энергия в электрическом аккумуляторе. В результате владелец рюкзака может без проблем заряжать в нем свой мобильный телефон, GPS, iPod или другие электронные гаджеты.
Очень эффективно на основе солнечных батарей работают электронные книги. Поскольку у электронной книги очень маленькое энергопотребление, то даже света комнатной лампы будет достаточно, чтобы зарядить книгу через ее обложку с интегрированной в нее солнечной батареей. Подчеркну, что эти примеры можно считать уже устаревшей технологией. В будущем мы станем использовать гаджеты, изначально ориентированные на зарядку от солнца.
- Насколько сегодня использование солнечных батарей нового типа помимо зарядки гаджетов выгодно простым людям?
- Эти системы распространены и актуальны в Западной Европе, потому что там очень дорогая электроэнергия в целом, что делает солнечную электроэнергию конкурентоспособной. Кроме того, одно время в Старом Свете потребителей солнечной энергии государство поддерживало дотациями и налоговыми льготами. В Германии, которая находится в числе лидирующих стран по потреблению солнечной энергии, в пиковые солнечные дни вырабатывается 30% такой энергии.
Популярна солнечная энергия в Китае, Саудовской Аравии, Испании, Корее, что обусловлено климатическими условиями, поскольку для работы солнечных батарей, особенно на основе кремния, которые пока остаются основными, требуется большая инсоляция.
В России, где электроэнергия по-прежнему дешевая и очень мало солнца, солнечной энергетике в нынешнем состоянии с обычной пока конкурировать сложнее. Поэтому в вашей стране солнечные батареи скорее относятся к премиум-классу. В северных регионах генерация солнечной энергии будет меньше - природу обмануть невозможно.
Эта проблема пока существует, но она уже не такая масштабная, как раньше, особенно после появления перовскитных солнечных ячеек. Кремний в регионах, где мало солнца, никогда бы не оправдался с экономической точки зрения, потому что он дорогой и не работает под рассеянным светом. У солнечных батарей нового поколения в этом плане возможностей больше. Но и это еще не конец. Все самое интересное нас ждет впереди.
КСТАТИ
Премия «Глобальная энергия» - независимая международная награда за выдающиеся исследования и научно-технические разработки в области энергетики, которые способствуют эффективному использованию энергетических ресурсов и экологической безопасности на Земле в интересах всего человечества.
Премиальный фонд в этом году составил 39 миллионов рублей. Всего за 15-летний период существования премии ее победителями стали 35 ученых из 11 стран.
Комментарии