В культовой, как сказали бы сейчас, кинокомедии 1947 года «Весна» героиня Любови Орловой работает в институте Солнца — Ей вместе с дружной командой учёных удаётся «загнать» солнечную энергию в пробирку — с тем, естественно, чтобы впоследствии использовать для нужд народного хозяйства. Из-за волнующего момента, когда Орлова держит в руках ослепительно сверкающую ёмкость с «жидким Солнцем», фильм получил кроме комедийного статус ещё и фантастического. А как обстоят дела с «ловлей» энергии Солнца в наши дни, 73 года спустя?

Часы и оружие

Стремительно развивающемуся человечеству всегда было мало животворной роли Солнца; мало того, что оно освещает и обогревает землю, даёт растениям расти, а животным — питаться этими самыми растениями и друг другом. Солнце должно было ещё и работать для удобства человека и в самых разнообразных его целях.
Неизвестно, когда и где на Земле придумали использовать Солнце как прибор для измерения времени, но первое описание солнечных часов содержится в гробнице египетского фараона Сети I. Надпись датируется 1306-1290 годами до н.э. В ней говорится о солнечных часах как о прямоугольной пластине с делениями, позволявшей определять время по длине тени.
Использовать солнечные лучи как оружие впервые додумался Архимед. Широко известна история о том, как в 212 году до н.э., во время второй Пунической войны, великий учёный спас родные Сиракузы, наведя на римский флот сфокусированные солнечные лучи. В результате флот благополучно (для жителей осаждаемой крепости) сгорел, а легенда о возможности расправляться на расстоянии с ненавистным врагом осталась на долгие века.
Позднейших исследователей, правда, смущали некоторые противоречивые подробности. По одной из версий, для концентрации солнечных лучей Архимед создал хитроумную систему зеркал, по другой — использовал отполированные щиты греческих воинов. В третьем, не менее интересном варианте легенды, на помощь Архимеду пришли женщины Сиракуз. Домохозяйки принесли ему начищенную до зеркального блеска медную кухонную посуду. Архимед распорядился поднять жаровни, кастрюльки и сковородки на крепостную стену и направить отражённые солнечные лучи на корабли римлян.
Большинство учёных считали, что все это выдумки, потому что солнечные лучи рассеиваются на большом расстоянии и теряют свою «огневую мощь». Однако в 1747 году французу Жоржу-Луи Леклерку де Бюффону удалось в определённой степени воспроизвести опыт Архимеда и доказать, что количество передаваемого тепла не так уж сильно связано с рассеиванием света. Бюффон построил систему из 128 зеркал, с помощью которых смог с расстояния в несколько десятков метров поджечь сухую деревянную доску.
Окончательно реабилитировать историю об Архимеде — спасителе Сиракуз — удалось лишь в 2005 году. Учёные Массачусетского технологического института (США) с помощью гибкой конструкции из небольших зеркальных плиток смогли зажечь трёхметровую деревянную модель старинного корабля, находящуюся на воде на расстоянии в 50 метров от берега. Замеры показали, что температура в пятне отражённого солнечного света, упавшего на судно, составила 593 градуса по Цельсию — более чем достаточно для возгорания любой древесины.
Получается, при достаточно большом количестве зеркал и их точной фокусировке Архимед действительно мог поджечь вражеские корабли — или по крайней мере некоторые из них. Огонь же с этих кораблей мог легко перекинуться на остальные.

Превратить ночь в день

В общем и целом идея использовать солнечные лучи как оружие не прижилась. Больно уж хлопотно: пока настроишь все зеркала на нужный угол отражения, солнце переместится по небосклону, а то и вовсе скроется за тучами. Да и деревянных кораблей, равно как и деревянных построек, нынче не так много.
Иное дело использовать светило в мирных целях! Солнечными часами в наше время мало кто пользуется, а вот более точный прибор, секстант, определяющий местоположение наблюдателя по высоте Солнца над горизонтом, по-прежнему незаменим для мореплавателей.
Самая простая, безо всяких дополнительных приспособлений, «работа» Солнца — нагревание воды в металлических баках. Кто из нас не мылся под таким летним душем, отдыхая в тёплых краях или на собственной даче?
Вернёмся, однако, к теме использования отражённого солнечного света. Старшее поколение, скорее всего, помнит грандиозные проекты по освещению городов в ночное время с помощью «космических зеркал».
К сожалению, из этих проектов был осуществлён лишь проект «Знамя-2», и то на первичном уровне (подробности в статье «Космические зеркала» № 3-2019 «Тайн XX века»). Завод в подмосковном Долгопрудном изготовил ткань, обладающую высокой отражательной способностью, невероятно тонкую, лёгкую и обширную — площадью 20 квадратных метров. Был создан и небольшой металлический цилиндр, играющий роль «мачты», содержащий необходимую аппаратуру для развёртывания зеркала в космосе и дистанционного управления этим процессом.
В ночь с 3 на 4 февраля 1993 года космонавтам космического корабля «Прогресс М-15» удалось установить «мачту» и полностью развернуть ткань на всех восьми несущих секторах. Получилась очень красивая «космическая ромашка», (дающая пятно отражённого света на ночной стороне Земли диаметром около пяти километров. Из-за того что «Прогресс» двигался с немалой скоростью, «солнечный зайчик» успел за шесть минут переместиться от Франции до Белоруссии, где его застал восход Солнца.
Несмотря на успех первого запуска, проект «Знамя-2» не получил дальнейшего воплощения. Скорее всего, из-за остающихся огромных технических сложностей и нерентабельности. Да и у страны в то время образовались другие, более насущные проблемы.

Солнечные лучи и электричество

Настоящее практическое применение солнечный свет нашёл после изобретения солнечных батарей — устройств, в которых благодаря фотоэффекту солнечные лучи преобразуются в электрический ток.
Само явление фотоэффекта, т.е. взаимодействия света с веществом, при котором энергия фотонов света передаётся электронам вещества, было открыто в 1887 году немецким физиком Генрихом Герцем. А первая солнечная батарея на основе кремния была запатентована в Америке лишь в 1954 году.
И, надо сказать, современные солнечные батареи не так уж сильно отличаются от своей прародительницы. У них практически те же преимущества и те же недостатки.
Солнечные батареи широко используются как в многочисленных гаджетах, так и для энергообеспечения космических аппаратов, а также жилых домов в странах, где много солнечных дней. Солнечная энергия предоставляется жителям Земли бесплатно; преобразование света в электричество происходит бесшумно, безотходно и не загрязняет окружающую среду. Солнечные батареи долговечны, функциональны и не требуют постоянного контроля за своей работой.
Казалось бы, что ещё требуется? Почему бы не перевести все системы жизнеобеспечения и многочисленные производства на солнечную энергию?

На этот вопрос есть целых три ответа

Во-первых, эффективность солнечных батарей зависит от времени суток, времени года, высоты Солнца над горизонтом, облачности и прочих климатических и астрономических обстоятельств.
Во-вторых, электрическую энергию мы уже научились накапливать в аккумуляторах, а вот солнечный свет — нет. В этом смысле нам далеко до героев фильма «Весна», и пробирку с «жидким солнцем» мы возьмём в руки ещё не скоро.
В-третьих (по списку, но не по значению, как говорят англичане), это всё ещё очень дорого. Высокая стоимость преобразования солнечной энергии в электрический ток не позволяет использовать эту технологию повсеместно даже в странах с большим количеством солнечных дней в году.

И снова Илон Маск...

Не нужно думать, что учёные смирились с таким положением вещей. Во многих странах мира ведётся работа как над созданием более эффективных солнечных батарей (не только на основе кремния), так и над устройствами, позволяющими аккумулировать и сохранять в течение долгого времени энергию солнечных лучей.
Первое направление представляется пока более перспективным. И снова «впереди планеты всей» Илон Маск — на сей раз со своей компанией Tesla. На протяжении последних четырёх лет компания разрабатывала новую конструкцию солнечных панелей для производства электроэнергии. Наконец, осенью 2019 года Tesla объявила о запуске в производство «солнечной черепицы» (Solarglass), которую можно использовать в качестве кровли для домов вместо обычной черепицы, и при этом она будет полностью покрывать бытовые электрические потребности обитателей.
Илон Маск обещает бесперебойную работу «солнечной» черепицы в течение 25 лет. Солнечная крыша обеспечит дому защитное утепление, выдерживая не только дождь, снег и град, но и ветер скоростью до 130 миль в час. Она будет вырабатывать больше энергии, чем аналогичная по размеру крыша, оборудованная традиционными солнечными панелями.
Пока что заказчикам, которые в состоянии заплатить около 70 долларов за квадратный метр «солнечной» черепицы, доступен только один вариант Solarglass — с отделкой из тёмного закалённого стекла. Однако Маск заявляет, что компания будет представлять новые варианты каждые шесть-девять месяцев.
Общий адресный рынок, который Маск видит для Solarglass, составляет около 100 миллионов домов по всему миру. Маск подчёркивает, что компания Tesla намерена сделать этот продукт доступным во всём мире. От единичных «солнечных домов» — к «солнечным городам».Автор: О.Строгова
Источник: "Тайны ХХ века" №20, 2020 г.