Как приручить Солнце

История солнечной энергетики началась 55 лет назад с запуском третьего спутника Земли, на котором были установлены экспериментальные солнечные батареи. Сегодня все космические аппараты и корабли используют бесперебойную энергию Солнца. Ученые уже думают о создании гелиостанции на орбите.

Орбитальная гелиостанция, размеры солнечных батарей — километры. Вырабатываемая энергия – тераватты, она передается на Землю лазерным лучом. Миру больше не нужны земные энергоресурсы, главный источник – Солнце.

Наше Солнце – огромный термоядерный реактор. Каждую секунду оно выделяет гигантское количество энергии. До Земли доходит лишь малая часть. Но даже если эту энергию равномерно распределить по поверхности нашей планеты, как подсчитали ученые, получится на один квадратный метр 1,7 кВт — как раз, чтобы вскипятить чайник.

Впервые построить гелиостанцию в космосе предложил американский ученый Питер Глэйзер. Тридцать лет назад идею не оценили. Сегодня, когда ежедневно на планете рождается 250 тысяч землян, а через семь лет жителей увеличиться на треть, проблема альтернативных источников энергии неизбежна. Запасы углеводородов иссякают.

На Международной космической станции все системы работают от солнечных батарей. Яркий пример как человек может обходиться без нефти и газа: разогреть еду, провести эксперименты и связаться с Землей можно и с помощью энергии Солнца.

Площадь солнечных батарей МКС – это восемь баскетбольных площадок. Пока станция находится на солнечной стороне, батареи генерируют энергию, как только МКС заходит в тень Земли, включаются аккумуляторы, которые заряжаются Солнцем.

Все системы на станции работают непрерывно, от этого зависит жизнь космонавтов. И хотя Солнце – неисчерпаемый источник энергии, в космосе тоже приходится экономить электроэнергию.

"Есть такие режимы, например, стыковка или ВКД, когда солнечные батареи должны останавливаться. Если экипаж на ВКД проходит мимо солнечных батарей – они не имеют права вращаться. Понятно, что мощность падает и нужно ее экономить", — рассказала руководитель группы обеспечения систем электропитания МКС Галина Лифанова.

История солнечной энергетики начинается с истории покорения космоса. В 1958 году третий искусственный спутник земли впервые питался энергией Солнца. "Тогда это были батареи экспериментальные, энергопитание спутника было от аккумуляторов. Они носили исследовательский характер, но, тем не менее, продемонстрировали сам принцип – Солнце дает электричество на борт космического аппарата", — отметил гендиректор НПП "Квант" Сергей Плеханов.

Это готовые солнечные батареи для спутников связи "Ямал" и "Экспресс АТ1", который будет транслировать сочинскую Олимпиаду. Сборка панелей — кропотливый труд, тысяча пластин, толщиной меньше миллиметра, как лезвие бритвы. Каждая пластина-продукт штучный. Проверяют по несколько раз: на брак, на светочувствительность.

Итоговая проверка в темной комнате перед финальной сборкой: мощный свет, имитация Солнца. Перед вспышкой просят закрыть глаза, можно ослепнуть. Солнечная энергетика развивается быстро. Еще недавно КПД солнечных батарей на основе кремния был 14 процентов. После революционных нововведений арсенида галлия солнечные батареи стали конкурентами атомных электростанций.

Главный конструктор НПП "Квант" Марлен Каган: "Сорок лет подряд это были кремниевые батареи. Десять лет назад произошла революция, и мир перешел на каскадный арсенид галлия, у которого гораздо больший срок службы".

Фотопреобразователь состоит из тончайших слоев арсенида галлия. Свет, падая на каждый слой, преобразовывается в энергию. Получается, чем больших слоев, тем больше энергии. Пока их только три на пластине, но можно делать и больше. Но это — грядущее, тогда солнечным батареям уже не будет равных.

Сейчас на орбите все современные спутники с батареями из арсенида-галлия. Они легкие и гарантия — 15 лет бесперебойной работы.

"Для космоса важна энергоэффективность, максимум мощности на единицу массы. Все этому подчинено. Солнечная батарея для "Ямала 401" суммарной площадью более 60 квадратных метров, 20 кВт. То есть, большая электростанция для спутника", — отметил Сергей Плеханов.

Пока такие солнечные панели – вещь дорогостоящая. Создатели бьются за снижение стоимости, конкуренция высока. Практики уверяют, что еще лет пять, и гелиостанция на орбите может стать вполне реальным проектом.

Главный конструктор НПП "Квант"Марлен Каган: "Например, чтобы полететь к Марсу, надо в околоземном пространстве развернуть опорную электростанцию, мощность которой равна 6-7 мегаватт. Это очень большие солнечные батареи".

В середине прошлого столетия советский астрофизик, основатель радиоастрономии Иосиф Шкловский предположил, что наивысшей степени развития цивилизация достигнет тогда, когда освоит энергетику целой галактики. Однако вначале мы должны приручить Солнце.