ВВЕДЕНИЕ Рост энергопотребления является одной из

ВВЕДЕНИЕ
Рост энергопотребления является одной из наиболее характерных
особенностей деятельности современного человечества. До недавнего
времени развитие энергетики не встречало принципиальных трудностей, поскольку увеличение производства энергии происходило в основном за счет увеличения добычи полезных ископаемых (природный
газ, нефть, уголь), достаточно удобных в потреблении. К настоящему
времени более 75 % электроэнергии вырабатывается за счѐт сжигания
минерального и органического топлива. Однако энергетика уже сегодня столкнулась с ситуацией истощения своей традиционной сырьевой базы. Одной из причин этого явилось ограниченность ископаемых
энергетических ресурсов. Кроме того, нефть, газ и уголь являются
также ценнейшим сырьем для интенсивно развивающейся химической
промышленности. Сохранять высокие темпы развития энергетики путем использования лишь традиционных ископаемых источников энергии становится всѐ труднее.
Атомная энергетика в последнее время также столкнулась со значительными трудностями, связанными, в первую очередь, с необходимостью резкого увеличения затрат на обеспечение безопасности
работы ядерных объектов.
Загрязнение окружающей среды продуктами сгорания и переработки ископаемых источников энергии, главным образом угля и ядерного топлива, является причиной ухудшения экологической обстановки на Земле. Уже при современных масштабах производства энергии
возможны необратимые опасные изменения климата.
Подобными обстоятельствами определяется возрастающий интерес к возобновляемым источникам энергии, широкое использование
которых в будущем не приведет к нарушению экологического баланса
Земли [1,2]. Когда речь заходит об энергетике, базирующейся на возобновляемых источниках энергии (альтернативной энергетике), то в
первую очередь упоминают именно солнечную энергетику. Это не
удивительно: интегральный поток солнечного излучения, входящего в
атмосферу Земли, составляет величину около 2·1017 Вт. В то время как
суммарная установленная мощность всех электростанций мира не
превышает 3·1012 Вт, т.е. почти в 100 тысяч раз меньше.
Внимание ученых и специалистов уже давно привлечено к разработке эффективных средств преобразования солнечной энергии в
электрическую. Использование этого вида энергии не связано с загрязнением окружающей среды и нарушением теплового баланса пла-
5
неты. Повышенный интерес к фотоэлектрическому методу преобразования энергии обусловлен реальной возможностью создания стабильных в эксплуатации, дешевых и высокоэффективных солнечных элементов (СЭ). С этих позиций преобразователи солнечной энергии в
электрическую имеют как свои преимущества, так и недостатки.
Среди основных преимуществ СЭ выделим
прямое преобразование солнечной энергии в электричество
неограниченность запаса солнечной энергии;
децентрализированное производство энергии, что позволяет исключить создание линий электропередач
отсутствие вредных выбросов в окружающую среду
возможность размещения на различных конструкциях строений
(стены, крыши);
высокая надѐжность;
не имеют движущихся частей, что упрощает обслуживание, снижает стоимость и увеличивает срок службы (вероятно, он будет
достигать порядка сотни лет – проблема не в самих преобразователях, а в герметизирующих материалах);
не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала;
пригодны для создания установок практически любой мощности.
К основным недостаткам СЭ можно отнести
зависимость уровня вырабатываемой энергии от времени суток и
степени освещѐнности, что требует принятия дополнительных мер
для накопления электроэнергии от СЭ и еѐ последующего использования в тѐмное время суток и в условиях недостаточной освещенности
высокая себестоимость СЭ и получаемой электроэнергии.
Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков, можно утверждать, что уже сегодня применение солнечной энергии является
экономически рентабельным в некоторых специфических областях
энергетики, где необходимо производство относительно небольшого
количества электроэнергии [1,3]:
в районах, удалѐнных от энергосети (удалѐнные населѐнные пункты, экспедиции, навигация, космические спутники и т.д.);
работа небольших электронных устройств с автономным питанием (автоматические пункты системы связи, системы метеонаблюдений, системы наблюдения и контроля движения на автострадах,
навигационные и сигнальные знаки и т.д.);
экологически чистые электростанции в курортных районах.
6
Однако широкое внедрение солнечной энергетики возможно
лишь при существенном снижении стоимости электроэнергии, полученной за счет преобразования энергии солнечного излучения [3,4].
Для экономической эффективности фотопреобразования с помощью
солнечных модулей в наземных условиях необходимы дешевые устройства, обеспечивающие собирание света, и преобразователи энергии, обладающие высоким КПД. При создании батарей плоской конструкции таким требованиям удовлетворяют полупроводниковые фотопреобразователи.
Авторы благодарны всем, кто способствовал написанию и изданию этой книги. Прежде всего, сотрудникам лаборатории физики полупроводников Объединенного института физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси и лаборатории твердотельных преобразователей излучений Института электроники НАН Белоруссии. Особая благодарность О. В. Ермакову за помощь в оформлении рукописи.
7