В XVI в. Леонардо да Винчи придумал новое применение для солнечных лучей в мирных целях. Как всегда амбициозный, Леонардо намеревался изготовить вогнутое зеркало диаметром шесть километров, которое концентрировало бы солнечную энергию в точке главного фокуса, чтобы нагревать воду или плавить металлы [53]. Как и многие его изобретения, этот проект остался на бумаге. Лишь с наступлением промышленной революции в Великобритании появилась возможность изготавливать линзы и зеркала больших размеров, хотя и не таких, о каких мечтал Леонардо. В последние годы своей жизни Генри Бессемер построил солнечную печь для плавки металлов. Отражатель, установленный внутри башни высотой 10 метров, направлял солнечный свет на расположенное на крыше вогнутое зеркало площадью четыре квадратных метра. Зеркало направляло сфокусированный с помощью линзы поток света в нижнюю часть башни на тигель. Бессемеру удавалось плавить медь и испарять цинк, но в целом это весьма дорогое устройство оказалось не очень эффективным. Спустя несколько лет даже Бессемер «разочаровался в солнечной печи и отказался от ее использования» [54].
По другую сторону Атлантики, в Филадельфии, американский изобретатель Фрэнк Шуман обратил внимание на проблему концентрации солнечной энергии. На рубеже XX в., используя способность стекла удерживать тепло, он поднимал температуру воды в придуманном им «солнечном нагревательном резервуаре» почти до точки кипения, даже когда на земле лежал снег [55]. «Я уверен, что мое изобретение будет иметь успех во всех жарких странах, – писал он. – Оно принесло бы пользу и здесь в любой из солнечных дней, но сами знаете, какая у нас погода» [56]. В Египте, где погода более подходящая, его солнечные нагревательные резервуары нагревали воду для паровых машин, с помощью которых перекачивалась вода для орошения полей. Другой изобретатель, Обри Энеас, построил гигантские конические отражатели площадью в несколько квадратных метров, чтобы улавливать энергию солнца в таких солнечных штатах, как Калифорния и Аризона. Энеаса также воодушевили параболические вогнутые рефлекторы, изобретенные Джоном Эриксоном, американским инженером шведского происхождения, который построил броненосец Monitor во время Гражданской войны в Америке, а последние 20 лет жизни посвятил созданию устройств, использующих солнечную энергию. Бессемер и Эриксон, безусловные новаторы в производстве и применении железа, были озабочены тем, что запасы каменного угля для плавки железной руды и работы паровых машин постепенно истощаются, и поэтому искали альтернативные источники энергии. План Энеаса состоял в том, чтобы предоставить дешевый источник энергии жителям пустынь, не имеющим возможности закупать каменный уголь. Увеличив масштаб своих систем, оба изобретателя надеялись производить более дешевую солнечную энергию, но даже в этом случае системы ее концентрации не могли производить электричество, как на традиционных электростанциях. И здесь мало что изменилось и в наши дни. В Испании, на засушливых равнинах вблизи Фуэнтес де Андалусия, было установлено более 2500 зеркал площадью 120 квадратных метров, направляющих солнечный свет на башню в центре. Там расплавленная соль нагревается до температуры почти в 600 °С. Расплавленная соль может храниться в цистернах, пока не потребуется, чтобы привести в действие паровые турбины и выработать электричество. Но без значительных субсидий даже это современное предприятие неконкурентоспособно.
О солнечной энергии на время забыли и вспомнили о ней вскоре после Второй мировой войны, когда ученые из Белловских лабораторий в Нью-Йорке начали исследовать некоторые необычные свойства кремния. Исследования Джеральда Пирсона, Дэрила Чейпина и Калвина Фуллера привели в 1954 г. к созданию первого кремниевого фотоэлектрического элемента.
Дэрил Чейпин получил задание от Белловских лабораторий разработать новый портативный источник электропитания для систем телефонной связи, предназначенных для работы в тропическом климате, где традиционные батареи из сухих гальванических элементов садятся очень быстро. Он начал исследовать в качестве возможных вариантов ветряные электрогенераторы, паровые двигатели и солнечную энергию. Вместо того чтобы улавливать энергию солнца с помощью зеркал и тепловых резервуаров, Чейпин решил исследовать возможность преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрического эффекта.
Александр-Эдмон Беккерель, отец Анри Беккереля (прославившегося открытием радиации), обнаружил фотоэлектрический эффект в 1839 г. [57]. Беккерель помещал две латунные пластины в электропроводящий раствор и освещал его солнечным светом. Оказалось, что свет вызывает движение электрического тока в растворе между пластинами. Если можно использовать этот ток, значит, можно использовать и энергию солнца. Однако и через 100 лет ученые с помощью фотоэлементов могли уловить всего лишь одну двухсотую долю энергии Солнца.
