Александр Фролов - Новые источники энергии
Основной вопрос – цена. Очевидно, что кристаллические типы солнечных батарей уходят в прошлое, по причине своей дороговизны. Ряд компания, в том числе, американская компания Konarka Technologies, объявили об успешном окончании эксперимента по изготовлению солнечной батареи с использованием струйного принтера: это методика контролируемого нанесения материала на определенную основу, которая используется не только для изготовления полиграфической продукции, но и для решения ряда других задач, например, изготовления гибких микросхем. Суть технологии состоит в специальной жидкости, которую можно применять для струйной печати. Эта специальная «краска» содержит все необходимые для фотоэффекта материалы в виде наночастиц. Использование данной технологии для создания солнечных элементов устраняет потребность в сверхчистом кремнии, что существенно удешевит продукт.
Другая компания – Nanosolar была основана в 2002 году, в 2011 она занялась проектом постройки крупнейшего в мире завода по производству гибких солнечных батарей в Калифорнии, и самого крупного завода по их сборке в Германии. Они объявили о создании технологии, обеспечивающей самую низкую себестоимость в мире.
Рис. 229. Фотоэлементы Nanosolar
Технология компании Nanosolar снижает стоимость производимой энергии примерно в десять раз, то есть с трех долларов до тридцати центов за ватт Это дешевле, чем сжигание каменного угля. Стоимость установочного киловатта будет равна примерно 300 долларов США. В России развивается аналогичный проект в Чебоксарах, где начат выпуск гибких солнечных панелей по новой технологии. Надеюсь, себестоимость продукции будет небольшая, и они найдут в России широкое применение.
Несмотря на все преимущества фотоэлектрических преобразователей, они имеют существенный недостаток: нужен внешний источник света. Попробуем посмотреть на данную технологию в рамках новой концепции, которая позволяет получать замкнутый цикл преобразования энергии. Представьте себе, что фотоэлектрический преобразователь обеспечивает электроэнергией свой источник света, и кроме того, способен избыток получаемой электроэнергии отдавать потребителю. Предлагаемая концепция автономного «фотоэлектрического преобразователя замкнутого цикла» показана на рис. 230. Принцип простой, но возникают сомнения, будет ли эта схема реально работать, если обычный кремниевый фотоэлектрический преобразователь имеет КПД на уровне 16–20 %, а источник света тоже работает с КПД менее 100 %. Это все, конечно, правильно. Однако, существуют новые возможности использования известных элементов схемы преобразования энергии.
Рис. 230. Фотоэлектрический преобразователь энергии в замкнутом циклеНесколько лет назад, мой земляк из города Саратова, Давыденко В.П., посоветовал мне провести эксперименты с использованием импульсного воздействия на солнечную батарею. В качестве импульсного источника света, планировалось применить лампу от фотовспышки. Суть идеи, первоначально, состояла в том, чтобы проверить возможность получения на выходе солнечной панели большего количества энергии, чем энергия, затрачиваемая от электрического источника для создания вспышки, то есть, светового импульса. Для оптимального преобразования энергии фотонов в электроэнергию, следует подобрать оптимальную пару «лампа – фотоэлемент», которые должны совпадать по характеристикам (рабочей длине волны).
Обсуждая данную идею, можно учесть, что в газоразрядных лампах люминесцентного типа, или в ксеноновых лампах, работающих в режиме стробоскопа, электрический разряд играет роль «ударного возбуждения среды», и эту концепцию получения избыточной энергии мы рассматривали в главе о проектах Тесла. Кроме того, доработка источников света путем применения смеси ксенона и водорода, показанная в главе о водородных технологиях, представляется мне весьма перспективной темой исследований. В экспериментах, которые я проводил в Туле осенью 2010 года, была использована фотовспышка, а также ксеноновая лампа в импульсном (стробоскопическом) режиме. Обнаружен следующий эффект: при импульсном режиме питания лампы, после окончания светового воздействия, существует медленно затухающий ток в цепи нагрузки, подключенной к фотоэлектрическому преобразователю. Явление названо «инерциальность фотоэффекта».
Особенности полезного использования данного эффекта в том, что фронт импульсов тока в лампе, или другом источнике фотонов, должен быть достаточно крутым, а длительность импульса – короткой. Тесла писал про «скорость» возбуждения среды, которая обуславливает мощность. В таком случае, процесс становится эффективным, с точки зрения энергетики.
Длительность импульсов питания источника света должна быть минимальной, но не менее критической, так как ток на выходе фотоэлектрического преобразователя нарастает не мгновенно, а имеет некоторую задержку. При достижении максимально возможной величины тока на выходе фотоэлемента, источник фотонов можно обесточить. Именно такие импульсы показаны на рис. 231.
Рис. 231. Инерциальность фотоэффектаПосле этого, уже при отсутствии тока питания в цепи источника света, ток на выходе фотоэлемента плавно уменьшается, и спад тока имеет длительность, которая зависит от ряда факторов. Причиной этого явления, как можно предположить, является инерция электронов, продолжающих движение после окончания воздействия фотонов на кристаллы фотоэлектрического преобразователя. Кроме того, фотоэлемент имеет некоторую электрическую емкость. Суммируя энергию импульсов на выходе фотоэлектрического преобразователя, за счет инерциальности фотоэффекта, мы можем получить значительно больше энергии, чем было затрачено на создание импульсов в источнике света. В дальнейших экспериментах, был найден второй эффект: при взаимном экранировании импульсной газоразрядной лампы и фотоэлектрического преобразователя, были обнаружены импульсы электрического тока на выходе фотоэлектрического преобразователя энергии.
Не имеет значения, экранирована ли в данном случае лампа или фотоэлемент. Импульсы на выходе фотоэлемента соответствовали по времени началу импульсов возбуждения газоразрядной лампы.
Был сделан вывод о том, что влияние фронта световой волны, создаваемой импульсной газоразрядной лампой, на фотоэлемент надо рассматривать, как проявление продольной волны в эфире. Фактически, при постоянном освещении фотоэлектрического преобразователя потоком фотонов, энергия на выходе зависит от частоты и интенсивности света. Электроны получают энергию синусоидального «колебательного характера», что заставляет их «раскачиваться» и переходить на другой энергетический уровень. При импульсном освещении, дополнительную энергию электронам сообщает фронт волны, создающий эффект сдвига, как любая продольная волна.
Учитывая эти выводы о роли фронта импульса света в фотоэффекте, были изучены другие способы получения электрической мощности на выходе фотоэлектрического преобразователя, полностью экранированного от фотонов видимого диапазона. Обнаружено, что экранированная солнечная батарея «реагирует» на находящийся рядом с ней импульсный дуговой электрический разряд, высоковольтный источник переменного электрического поля, вращающееся электрическое поле, пульсирующую газоразрядную лампу и другие источники продольных волн в эфире. Все эти источники продольной волны могут быть энергетически малозатратными, по сравнению с мощностью на выходе.
Целесообразно, для таких случаев, использовать название «продольный фотоэффект». Перспективы коммерческого применения продольного фотоэффекта очень интересные. На рис. 232 показана схема устройства, включающего пакет из фотоэлектрических преобразователей и источник продольной волны, которые могут быть основой автономного энергокомплекса. Отметим, что для данной технологии, нет необходимости располагать фотоэлементы на плоской поверхности большой площади: они могут быть сложены стопкой в пакет, изолированы тонкой диэлектрической прокладкой друг от друга, и соединены проводниками последовательно или параллельно в группы.
Рис. 232. Воздействие продольных волн на фотоэлементыУстройство представляется компактным и надежным, а главное, автономным источником энергии, то есть не зависящим от наличия солнечного света.
Источники продольных волн, и теория их работы, рассмотрены, в частности, Профессором Кириллом Павловичем Бутусовым, Санкт-Петербург. Один из вариантов – простой электрический сферический уединенный конденсатор, площадь поверхности которого периодически изменяется. При изменении поверхности любого заряженного тела, изменяется поверхностная плотность заряда, благодаря чему, в окружающем пространстве создается продольная волна.
