В Соединенных Штатах первое офисное здание, отапливаемое солнечной энергией, было построено в начале 1950-х, затем появились первые дома, отапливаемые солнцем и им же охлаждаемые (цена такой модификации доходила до 4 тыс. долларов – около 30 тыс. в сегодняшних деньгах), а некоторые компании вновь принялись производить солнечные элементы и водонагреватели. В 1953–1954-м исследователи в Bell Laboratories (сегодня входящих в AT&T) сделали удивительное открытие, основанное на старой технологии. В 1839 году французский физик Александр Эдмон Беккерель установил, что, если два электрода погрузить в кислоту и пустить ток через один из них, ток пойдет и через второй. В 1873 году британский инженер Уиллоуби Смит обнаружил, что элемент селений меняет электрическое сопротивление под воздействием солнечного света, но ему не удалось достичь эффекта хоть сколько-нибудь значительного уровня. Сотрудники Bell Labs, экспериментируя с различными материалами, обнаружили, что кремний обладает тем же свойством, только в пятикратном размере, так что самым эффективным методом конвертации солнечных лучей в электричество оказалось использование кремниевых фотоэлектрических пластин.
Bell Labs вскоре начали производить тонкие пластины сверхчистого кремния с небольшими добавками мышьяка и бора для улучшения проводимости. При попадании солнечных лучей на пластину электроны кремния вышибаются проникающим теплом и перемещаются ближе к поверхности пластины, создавая дисбаланс между передней и задней частями элемента. Если верхняя и нижняя поверхности соединены проводником – обычно просто металлическим проводом, – то по нему начинает идти ток. “Солнечный элемент в целом гораздо более простая структура, чем зеленый лист, – пишет химик Мэри Арчер (жена популярного романиста Джеффри Арчера), – но напоминает лист тем, что одна из его сторон адаптирована для приема солнечного света”[678].
New York Times провозгласила открытие Bell Labs “началом новой эры, которые в конечном итоге приведет к… приспособлению почти безграничной энергии Солнца к нуждам цивилизации”. В самом деле, произошли значительные изменения: при ярком солнечном свете уровень конверсии энергии достигает высокого показателя в 22 %. Но даже с учетом этого фотоэлектрические пластины все еще не были экономически целесообразны, их стоимость достигала 300 долларов за киловатт (2200 в долларах 2010 года). Но тогда было время космической гонки, и правительственный бюджет на разработку солнечных батарей взлетел до небес, как только стало ясно, что спутники таким образом смогут вырабатывать электроэнергию, которая не требует возобновления. В 1958 году первый спутник с солнечными батареями, Vanguard 1, был выведен на орбиту. За последующие десятилетия цены резко упали, в среднем на 4 % в год за последние пятнадцать лет.
Фотоэлектрические элементы защищают трубопроводы от замерзания, они питают свет, радио, придорожные телефоны экстренной помощи, холодильники, кондиционеры, водяные насосы и деревенскую электрификацию. Они встречаются даже в самых мелких устройствах – карманных калькуляторах и часах, зарядках для iPod, камерах и автомобильных зеркалах. В 2003 году около половины фотоэлементов производились в Японии[679], на Соединенные Штаты приходилось примерно 12 %. В 1985 году мировая годовая потребность находилась на уровне 21 мВт (21 млн ватт), в 2005-м – 1,501 мВт: рост более чем на 7000 %.
Всего за пять лет у меня собралось около десятка книг и более ста сорока статей на эти темы, и я понял, что различные инициативы в области солнечной энергии возникают в постоянно растущем количестве повсюду, от Китая до Танзании, от ЮАР, где светофоры на солнечных батареях спасают движение от капризов слабой электросети, до Абу-Даби, столицы Объединенных Арабских Эмиратов, которые, несмотря на свою репутацию нефтяной столицы мира и главного же источника CO2, планируют построить исследовательский центр и пятисотмегаваттную солнечную электростанцию. Возникает вопрос: как далеко зашла эта революция?
В 2004 и 2006 годах я предпринял два путешествия, чтобы ответить себе на этот вопрос. Первым пунктом моего назначения стал Фрайбург, город с населением около 215 тыс. человек в земле Баден-Вюртемберг между Черным лесом и долиной Рейна. Он очень сильно пострадал во время Второй мировой войны: в 1940 году немецкие самолеты по ошибке сбросили шестьдесят бомб около железнодорожного вокзала, а в ноябре 1944-го воздушный рейд союзников уничтожил 80 % старого города. Но это означало, что после 1945 года началась масштабная программа реконструкции, и в последнее время Фрайбург привлек множество игроков индустрии солнечной энергии и исследований; ни в одном другом немецком городе нет такого количества предприятий и лабораторий, связанных с окружающей средой. С учетом этого, а также того факта, что это самый солнечный город страны, неудивительно, что Фрайбург гордо носит звание экологической столицы Германии.
