7. Преобразование солнечной энергии в электрическую

Существует две разновидности электричества - хорошее и плохое. 
Разница, я думаю, в том, что одно из них можно получать в 
течение длительного времени, но с большими затратами, другое 
дешевле, но его мало.

Стивен Ликок (1869-1944)

Несомненно, электроэнергия является наиболее удобной для использования формой энергии. Основная доля электричества вырабатывается на земном шаре с помощью электромагнитных генераторов, приводимых в действие тепловыми машинами того или иного вида. В предыдущей главе мы видели, что солнечные системы, в состав которых входят тепловые машины, обычно малоэффективны. (Исключение составляют системы с использованием концентраторов.) Как уже говорилось, возможности этих систем ограничиваются наибольшей и наименьшей температурами цикла машины. Применение концентраторов позволяет увеличить получаемую механическую мощность до 100 Вт на 1 м² площади коллектора. Однако ввиду своей сложности системы с концентраторами применяются лишь для привода маломощных электрических генераторов в десятки-сотни ватт. В этой главе мы рассмотрим и другие способы преобразования солнечной энергии в электрическую, а также возможности повышения их эффективности. Для этого необходимо как-то обойти ограничения второго начала термодинамики, и это не просто вопрос замены механической машины другим устройством.

Взаимный переход электрической и механической форм энергии в принципе может протекать без потерь, например, в идеальном соленоиде или в двигателе. Электрические машины, преобразующие одну форму энергии в другую, обычно весьма эффективны: их к. п. д. иногда достигает 90% (для больших машин, где потери обратно пропорциональны размерам машин). Поэтому пределом совершенства не без оснований считают машину с к. п. д. 100%, допускающую обратимое преобразование. Но такая машина в принципе не отличается от идеальной обратимой механической машины, поэтому здесь также вступает в силу второе начало термодинамики. Как известно, некоторые термодинамические ограничения проявляются при непрерывном процессе преобразования тепловой энергии в механическую. При использовании солнечной энергии подобных ограничений удалось бы избежать в том случае, если бы отпала необходимость в промежуточной стадии превращения радиации в теплоту. Подобную возможность мы также исследуем, но сначала остановимся на обычных системах, которые могли бы работать ближе к пределам термодинамических ограничений, чем механические системы, или допускали бы более простую и экономичную реализацию. В этой главе мы рассмотрим сначала некоторые принципы и устройства для получения энергии, в которых исходной является тепловая стадия. Преимущества и недостатки теоретически более перспективных устройств, работающих без тепловой стадии, обсуждаются в следующей главе.