Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков
Сонячні батареї… За цими двома словами для багатьох фізиків і хіміків стоять роки напруженої праці. Але ці батареї означають також початок чудової епохи відкрить, яку майбутні історики науки назвуть ерою кремнію.
Читач, певно, вже знає, що майже всі види енергії, якими користується людство — це перероблена, або акумульована, енергія Сонця. Ми спалюємо в топці вугілля — це залишки рослин, які росли завдяки сонячній енергії. Бензин, що приводить у рух двигуни повітряних кораблів, добутий з нафти, яка утворилася з залишків тваринних і рослинних організмів, а вони могли існувати тільки завдяки Сонцю. Енергія рік — це теж сонячна енергія, бо переміщення води на нашій планеті відбувається в результаті процесів випаровування, зміни пір року. Ми самі теж існуємо тільки за рахунок енергії сонячного світила: адже енергію для підтримання наших життєвих процесів ми одержуємо, харчуючись рослинами, які виросли завдяки асиміляції вуглецю під дією сонячних променів. Тільки енергія атомної електростанції і криголама «Ленін» добута людиною незалежно від дії Сонця, добута з надр атомного ядра силою розуму.
Однак треба сказати, що рослини — дуже погані акумулятори сонячної енергії. Вони використовують продуктивно лише 1 % енергії сонячних променів, що потрапляють на них. А та енергія, яка падає на неродючу пустиню, мовчазні гори чи море, втрачається марно. Якби вдалося використати тільки 1 % енергії сонячних променів, які падають на сушу, то людство одержало б стільки енергії, скільки дають 1700 тисяч електростанцій потужністю в 1000 кіловат кожна. За літо на 1 квадратний метр поверхні в Середній Азії припадає стільки енергії, скільки дає при згорянні 1,5 ц вугілля.
Ось чому люди давно намагалися створити установки, які б концентрували тепло сонячного променя і віддавали його для корисної роботи. Та практичне втілення ідей далі малогабаритних печей і установок для домашнього душу не пішло. Причина цього насамперед полягає в тому, що такі установки можна використати лише в сонячних районах і тільки вдень. Коефіцієнт використання ними сонячної енергії не набагато перевищував би коефіцієнт використання її рослинами.
Ще кілька років тому найпродуктивнішим акумулятором сонячних променів була, мабуть, лупа в руках хлопчика, який за допомогою цього нехитрого інструмента випалював на дерев’яній дощечці візерунки. І раптом все змінилось. Винуватцем цієї зміни є кремній. Правда, не «простий», а надчистий.
Пластинки надчистого кремнію, вкриті дуже тонким (у 2,5 мікрона) шаром бору, виявились чудовими напівпровідниковими елементами — батареями. Як тільки на таку батарею потрапить сонячний промінь, вона зразу ж починає давати електричний струм.
Само по собі це явище не таке вже й дивне. Прилади, які при попаданні на них світла починають давати електричний струм, тепер вже не рідкість не тільки в наукових закладах, але і в побуті. Основою фотоекспонометра, яким визначають величину витримки, є селеновий фотоелемент. При попаданні на нього світла він починає випускати електричний струм. Чим яскравіше освітлення, тим сильніший струм. Але коефіцієнт корисної дії таких фотоелементів дуже низький. Тільки декілька десятитисячних часток енергії сонячних променів, що попадають на цей фотоелемент, перетворюється в електричний струм. Цієї енергії вистачає тільки на те, щоб відхилити тонесеньку стрілку фотоекспонометра.
Кремнійові батареї мають дуже високий коефіцієнт корисної дії. Вже є батареї, які перетворюють в електричний струм до 11 % енергії сонячних променів. Теоретично можна створити батареї з коефіцієнтом корисної дії до 22 %. Для порівняння вкажемо, що коефіцієнт корисної дії паровоза не перевищує 5 %.
Кремнійова батарея нічим не примітна. Сірувато-темні пластинки покладені поруч. Оце і все. В опису третього радянського штучного супутника Землі про кремнійові батареї сказано: «Ці кремнійові батареї перетворюють енергію радіації Сонця безпосередньо в електричну енергію. Сонячні батареї складаються з ряду елементів, які являють собою тонкі пластинки з чистого монокристалічного кремнію з заздалегідь заданою електронною провідністю. Напруга, утворювана окремими кремнійовими елементами, дорівнює 0,5 вольта, а коефіцієнт перетворення сонячної енергії 9–11 %».
11 процентів!.. Це означає, що 1 квадратний метр батареї може дати до 120 в електроенергії. Дах триповерхового будинку, вистелений такою сонячною батареєю, забезпечить всі енергетичні потреби мешканців: і опалення, і роботу електроприладів, і приготування їжі, і холодильник, і все інше, на що тепер витрачається енергія від спалювання вугілля або нафти.
Може виникнути запитання: а що робити увечері або вночі, коли на небі нема сонця? Це утруднення перебороти дуже легко: вдень, коли сонячного світла достатньо, кремнійові батареї заряджатимуть акумулятори, від яких вечорами можна буде забирати струм. Цікаво, що сонячні батареї зовсім не вимагають для своєї роботи прямого сонячного світла. У похмурні, дощові дні вони працюватимуть не набагато гірше, ніж у сонячну погоду.
Чудові властивості кремнійових батарей дають підстави трохи помріяти…
Матеріалу, щоб зробити такі батареї, скільки завгодно. У кожному місці земної кулі сполук кремнію більш ніж досить.
Приймачі не залежатимуть від електричної мережі. Для радіоприйому і радіопередачі не треба буде користуватися громіздкими і важкими батареями. Невелика пластинка кремнійового елемента на поверхні приймача може живити його практично вічно. Коли спрацюються частини приймача, кремнійовий елемент можна буде пристосувати до іншого апарата.
Кожний будинок матиме власну електростанцію. Зникне потреба в громіздких і дорогих лініях електропередач. Геолог у глухій тайзі буде забезпечений електроенергією в такій же мірі, як і столичний житель, причому «електростанція» його матиме вагу не більше 1 кг. А найголовніше те, що ці «електростанції» для своєї роботи не вимагають нічого, крім денного світла, а його ніколи не бракуватиме. Хіба що на полюсі в полярну ніч.
Шофер, у якого несподівано кінчився бензин далеко від бензоколонки, не чекатиме зустрічної машини, яка наділила б його пальним. Один рух рукою — і живлення двигуна перемкнуто на сонячні батареї, розташовані на даху машини. Звичайно, великої швидкості ці батареї не забезпечать, але машина зможе доїхати до місця заправки. Сонячні батареї зможуть заряджати
