Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Элемент не найден!



Вопросы и ответы:


Вопрос:

Павел
Возможно ли создание атмосферных солнечных электростанций с использованием аэростатов для размещения над облаками фотоэлектрических преобразователей и концентрации на них потока солнечного излучения?

Ответ:

Жорес Иванович Алферов
Такая принципиальная возможность имеется. Необходимо только решить технические проблемы, а также проблему экономической целесообразности, а именно: увеличение количества электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями в пространстве над облаками за счет большей интенсивности солнечного излучения, должно «скомпенсировать» расходы на строительство и обслуживание аэростатов, не забывая при этом о технике безопасности.




Вопрос:

Антон
Жорес Иванович! Если можно, вкратце расскажите предысторию мировой промышленной солнечной энергетики, приведите современные КПД батарей. А главное, есть ли у России приоритеты в связи с открытием полупроводниковых гетероструктур?

Ответ:

Жорес Иванович Алферов
Фотоэффект в полупроводниках уже более века интенсивно исследуется в лабораториях и широко используется на практике. Важный вклад в понимание механизма действия вентильного фотоэффекта в полупроводниках внес основатель Физико-Технического института РАН академик Абрам Иоффе. Он мечтал о применении полупроводниковых фотоэлементов в солнечной энергетике уже в тридцатые годы, когда ленинградские физтеховцы Борис Коломиец и Юрий Маслаковец создали в ФТИ серно-толливые фотоэлементы с рекордным для того времени КПД - 1%. Однако для старта фотоэлектрической энергетики - даже без учета экономических соображений - требовалась существенно большая эффективность.

Широкое практическое использование для энергетических целей солнечных батарей началось с запуском в 1958 году искусственных спутников Земли – советского "Спутника-3" и американского "Авангарда-1". С этого времени вот уже более 35 лет полупроводниковые солнечные батареи являются основным и почти единственным источником энергоснабжения космических аппаратов и больших орбитальных станций.

Большой задел, полученный учеными, в том числе, лениградско-петербургской научной школы, в области солнечных батарей космического назначения, позволил развернуть широким фронтом и работы по наземной фотоэлектрической энергетике. Основной причиной, сдерживающей широкое использование данного метода на Земле, является высокая стоимость солнечной энергетики, что приводит к высокой стоимости электроэнергии.

Еще совсем недавно полагали, что фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии имеет перспективы развития для наземной энергетики лишь для решения частных задач - например, для автономных систем электропитания в труднодоступных или удаленных районах. Так, например, в 1975 году суммарная мощность всех солнечных электроустановок на полупроводниковых фотоэлементах составляла около 300 кВт стоимостью более 20 тыс. долл за пиковый киловатт мощности.

Развитие новых методов производства полупроводникового кремния, разработка новых материалов и создание принципиально новых типов фотоэлектрических преобразователей на гетероструктурах кардинально меняют в настоящее время положение в этой области. КПД кремниевых фотоэлементов для лабораторных образцов превысил 20%, широко используются в практике кремниевые фотоэлементы с КПД до 15%.

В гетероструктурных фотоэлементах на основе арсенида галлия достигнута эффективность более 30% в условиях концентрированных солнечных потоков в сотни и тысячи "солнц". Уже сейчас стоимость одного ватта установленной электрической мощности на полупроводниковых фотоэлементах снижен до 3 долларов, а общий объем производства солнечных батарей приближается к 1 ГВт в год.



Вопрос:

Andrei B.
Как вы относитесь к проблеме глобального потепления климата?

Ответ:

Жорес Иванович Алферов
Увеличение выработки электроэнергии за счет ископаемого топлива, включая ядерную энергетику, может привести к глобальному потеплению и необратимому изменению климата Земли. Поэтому человечеству необходимо уделять большее внимание возобновляемым источникам энергии и, в первую очередь, фотоэлектрическому методу преобразования энергии, не влияющему на энергетический баланс Земли.


Вопрос:

Павел
Что является более перспективными преобразователями энергии - фотоэлементы или, к примеру, тепловые машины (или что-либо еще)?

Ответ:

Жорес Иванович Алферов
Во второй половине прошлого века, наряду с нарастающим развитием солнечной фотоэнергетики, во многих странах уделялось достаточно большое внимание разработкам и созданию солнечных тепловых электростанций, в которых сконцентрированное солнечное излучение нагревало теплоноситель, а образующийся затем в котле пар приводил в действие турбоэлектрогенератор.

Такие солнечные электростанции мощностью до 10 МВт были созданы в США, Франции, Испании, Италии и других странах, в том числе и в СССР, где на Керченском полуострове была построена экспериментальная тепловая СЭС-5, мощностью 5 МВт. Некоторые из этих станций еще работают, многие прекратили функционирование, но можно с уверенностью утверждать, что они принципиально не могут конкурировать с солнечными фотоэлектрическими системами.

Объясняется это тем, что фотоэлектрические солнечные элементы являются преобразователями энергии теплового излучения источника с температурой 5800оК температура излучающей поверхности Солнца), а потому их предельный теоретический КПД согласно второму закону термодинамики равен 93%, а реальный – 87%. Ожидаемые значения КПД каскадных гетероструктурных фотопреобразователей составляют 50-55%, а достигнутые значения уже превысили 40%. В то же время в солнечных тепловых энергоустановках максимальная температура нагрева рабочего тела обычно не превышает 1000оК, а в наиболее распространенных паротурбинных установках находится на уровне около 500оК. Это означает, что их предельный теоретический КПД, равный КПД цикла Карно, составляет около 40%, а реальный – не более 20-25%. Если к этому добавить наличие вращающихся агрегатов, систем водоподготовки, градирен для отвода тепла и т.п., то можно с уверенностью утверждать, что простые и надежные в эксплуатации солнечные фотоэлектрические системы являются более перспективными.



Вопрос:

Виктор
Не приведет ли к изменению климата на Земле глобальный переход на солнечную энергетику? Допустим, для концентрации солнечной энергии используется пустыня Сахара (десятки тысяч квадратных километров), в этом случае изменятся потоки энергии (тепла).

Ответ:

Жорес Иванович Алферов
Использование солнечных батарей не изменяет энергетического баланса: вся приходящая от Солнца энергия после преобразования в электроэнергию или тепло остается недалеко от того места, где это преобразование осуществлено. В этом и состоит одно из основных преимуществ солнечной фотоэнергетики: солнечная энергия равнодоступна всем землянам, а солнечная энергетика является наиболее демократичным видом энергетики. Создание солнечных электростанций в Сахаре позволит сделать эти безжизненные пространства житницами Земли, не нарушая при этом энергетического баланса в этой части Земли.



Вопрос:

Andy
1) Возможно ли хотя бы теоретически, что КПД полупроводниковых батарей достигнет 65%? (Тогда солнечная энергетика станет реальным конкурентом ядерной энергетике, а с КПД 15-20% - это скорее дорогие игрушки.) 2) Каков Ваш прогноз максимального увеличения КПД полупроводниковых батарей на ближайшие 10-20лет?

Ответ:

Жорес Иванович Алферов
Теоретический КПД фотоэлектрического преобразования солнечной энергии 87%. Сейчас КПД 40%. В ближайшие 10 лет КПД достигнет 50%. Уже сейчас использование солнечных батарей экономически оправдано для обеспечения автономных потребителей электроэнергии, а в будущем солнечная фотоэнергетика станет основным методом получения электроэнергии.



Вопрос:

Никита Цветов
Уважаемый Жорес Иванович! Как Вы считаете, можно ли в России вести научные исследования на достаточно высоком качественном уровне? Заранее спасибо!

Ответ:

Жорес Иванович Алферов
Давайте убедимся на примере нашего Физико-технического института им Иоффе в Петербурге. Его бюджет в 1990 году в пересчете на доллары был порядка 70-75 млн долл. В 1992-м эта сумма была уже $4 млн, то есть, бюджет сократился почти в двадцать раз. Замечу, что и бюджет РАН в целом к 1992 году уменьшился в десять-двенадцать раз.

Так что огромную роль в выживании наших лабораторий, научных центров, институтов безусловно сыграло международное научное сотрудничество.

Кстати, у нас любят поносить фонд Сороса, что, дескать, он получил банк данных о всей российской науке. По моему глубокому убеждению, фонд Сороса сыграл положительную роль в то непростое время. Например, мой родной Физтех выдал 77 исследовательских проекта за счет финансирования в объеме два млн. долларов из Фонда Сороса. Это позволило институту сохранить ключевые направления исследований и поддержать рабочие группы сотрудников.

Международные совместные научные проекты, которые рождались и реализовывались в 90-е годы, весьма активно способствовали сохранению потенциала Физтеха. Конечно, не обошлось тогда без весьма ощутимых для нас издержек. Молодые физики уезжали на Запад и оставались там работать.

Помню, в те годы как-то случайно оказался вместе с ушедшим от нас Анатолием Александровичем Собчаком в Миннеаполисе (штат Миннесота, США), встреча случилась в местном университете.

-Жорес Иванович, а Вы что тут делаете? – удивленно спросил тогда мэр Петербурга.
Как что, - ответил я, и добавил, шутя: «Проверяю, как работают группы Физико-технического института в Америке».

Для того чтобы сохранять, развивать наш научный потенциал и дальше, нам необходимо и новое оборудование, которого у нас часто нет. Кстати, это одна из веских причин, почему молодые, талантливые физики уезжают на Запад. Однако главная проблема – это спрос на нашу науку, я имею ввиду внутренний российский спрос. К моему глубокому сожалению, его практически нет.

Мы должны быть востребованы у себя в стране, Когда это случится, государство повернется лицом к ученому – все досужие разговоры, например, как эффективно РАН распоряжается вверенным имуществом, отойдут на задний план. Безусловно, появится спрос – появится и финансирование.



Вопрос:

И.Е.Гортунов.
Уважаемый Жорес Иванович! Каждый раз, беря в руки какой либо из компакт-дисков, с благодарностью вспоминаю Ваше имя. Прошу ответить на следующий, не связанный с этим вопрос: предпринимаются ли сейчас попытки изучения физической природы вакуума? Если да, то каковы успехи в этой области, и каковы принципиальные возможности использования его внутренней энергии? Спасибо, И.Е.Гортунов





array_merge(): Argument #1 must be of type array, null given

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie и рекомендательные технологии. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie и рекомендательных технологий на вашем устройстве. Подробнее