Альберт Эйнштейн, как известно, был настолько гениальным, что в конечном итоге перевернул наше представление о вселенной. Однако летом 1900 г. у него была более неотложная проблема. Ему, дипломированному специалисту, пришлось искать работу. Надежды на должность в университете не осуществились. Ни один из профессоров Эйнштейна не согласился дать ему положительную рекомендацию в какой-то мере из-за посредственной дипломной работы, а также из-за того, что он имел репутацию, как выразился один из его профессоров, «ленивого пса». А ведь этот студент, бунтарь по натуре, обладал не только незаурядными способностями к математике и физике, но и умением добиваться результатов. Однако этого оказалось недостаточно, чтобы получить работу.

Одновременно с поисками работы Эйнштейн пытался зарабатывать на жизнь частными уроками математики и физики. Он даже дал объявление в местной газете, предложив потенциальным ученикам бесплатные пробные уроки. Его родители, которые жили не в роскоши, не могли оказать финансовой поддержки, но переживали за него. Его отец Герман втайне от Альберта даже обратился к профессору химии с просьбой о помощи. «Мой сын, – писал он, – очень несчастен, с каждым днем он все больше утверждается в мысли, что его карьера не сложилась, и он не может найти того, кто посодействовал бы ему. Еще больше его угнетает мысль, что он – обуза для нас, людей не слишком состоятельных».

Но затем Эйнштейну улыбнулась фортуна. Он получил работу в швейцарском патентном бюро в Берне. В июне 1902 г. Эйнштейн прибыл в офис патентного бюро в новом здании почты и телеграфа неподалеку от железнодорожного вокзала. Рассмотрение патентных заявок было не очень сложной работой для любознательного молодого физика, однако давало ему уверенность в завтрашнем дне и время.

Патентное бюро оказалось для Эйнштейна идеальным местом работы. Его интересовали как практические, так и теоретические аспекты всего, что имело отношение к электричеству, – ведь его отец был инженером. Герман и его самый младший брат Якоб управляли электрогенерирующей компанией в Мюнхене. Как представители первого поколения предпринимателей, воспользовавшихся революцией Эдисона в электроэнергетике, они находились на переднем крае высоких технологий того времени и конкурировали с такими компаниями, как Siemens, за контракты на организацию освещения в небольших и крупных городах Европы. К сожалению, Герман и Якоб Эйнштейны не сумели получить контракт на организацию освещения центральной части Мюнхена, а потому дела у них шли не слишком хорошо. Но по крайней мере Герман Эйнштейн мог теперь не переживать за сына¹.

Обосновавшись в патентном бюро и располагая временем, Эйнштейн в конце концов приступил к работе над проблемами, о которых постоянно размышлял. Всего за 10 недель летом 1905 г. он написал пять работ, которые трансформировали представление людей о вселенной и изменили мир, в котором мы живем. Одна из них называлась «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?». Это была работа, содержавшая, наверное, самую знаменитую из всех известных нам формул: e = mc². Она закладывала теоретические основы для изучения потенциала ядерных реакций в атомной бомбе и для использования ядерных реакций в целях производства мирной энергии.

Другая работа называлась «Об эвристической точке зрения на генерирование и преобразование света». В этой работе, как писал Эйнштейн своему другу, «рассматривается излучение и энергетические свойства света, и она является поистине революционной». В ней Эйнштейн выдвинул гипотезу, что материя и излучение могут взаимодействовать только при помощи обмена отдельными «квантами» энергии. Он продемонстрировал, что эта гипотеза объясняет целый ряд явлений, в том числе то, что в его лексиконе называлось «фотоэлектрическим эффектом»².

Эта работа стала теоретической основой сегодняшней быстрорастущей индустрии фотоэлектрических преобразователей, индустрии, которую многие считают будущим возобновляемых источников энергии. Значимость данной работы лаконично подчеркнул более чем столетие спустя один из ведущих технологов этой индустрии.

«Эйнштейн, – сказал он, – объяснил все»³.

Сегодня ни одна другая составляющая индустрии возобновляемых источников энергии не представляет такой интерес для ученых, как солнечная энергетика, в частности фотоэлементы, которые также называют солнечными батареями.

Во многом солнечные батареи олицетворяют идеал возобновляемой энергетики. Солнечный свет – это ресурс, имеющийся в изобилии. После изготовления солнечных батарей сложные промышленные установки для их эксплуатации не требуются. Солнечные батареи – базовая система, которая может располагаться на крыше дома, – устанавливаются за считаные часы. Для них не требуются линии электропередачи. Они просто преобразуют солнечный свет в электричество.

Сам процесс преобразования чем-то напоминает работу средневековых алхимиков по превращению обычных металлов в золото. Однако в отличие от магии средневековых колдунов эта современная алхимия реальна: свет проникает в материал, и появляется электричество. Это – фундаментальная физика, великое открытие Эйнштейна.

Рынок фотоэлементов, хотя и существенно вырос с середины 2000-х гг., по-прежнему гораздо меньше рынка ветрогенераторов. Однако ни на что иное в индустрии возобновляемых источников энергии не возлагаются такие большие надежды, как на возможность непосредственного использования энергии солнца, особенно на фотоэлементы. И не случайно – это позволяет не ждать сотни миллионов лет, за которые органические вещества превращаются в ископаемое топливо.

Многие уверены, что солнечная энергия, как выразился министр энергетики США Эрнест Мониц, в конечном итоге станет «самым высоким шестом палатки», основным источником электроэнергии. Но когда? И трансформируют ли фундаментальным образом фотоэлектрические преобразователи нашу электроэнергетическую систему? Превратится ли сеть электростанций и линий электропередачи в систему, где каждый дом и административное здание будет мини-электростанцией, вырабатывающей электричество без угля, природного газа, атомной энергии и даже энергии ветра? Или же распространение получат электростанции нового типа, где электроэнергия производится при помощи солнечных батарей?⁴

Каким бы ни был путь, одним из препятствий являются масштабы. Чтобы солнечная энергетика стала масштабной, т. е. чтобы солнечные батареи появились на крышах большинства домов в мире, необходимо существенно снизить стоимость. А это требует инноваций. Стоимость, конечно, уменьшается, но пока она все еще выше, чем стоимость энергии из других источников. Массовое производство пока еще не снизило стоимость до уровня, который делает возможными реальные масштабы.

Фотоэлементы конкурентоспособны там, где отсутствует инфраструктура передачи электроэнергии, например в космосе или в затерянных в джунглях поселениях, а также могут быть конкурентоспособны в условиях высоких цен на электроэнергию. В противном случае они нуждаются в значительной поддержке со стороны государства и дотациях, поскольку их энергия во много раз превышает стоимость электроэнергии, генерируемой традиционным образом. Вся индустрия сосредоточена на одной цели – дальнейшее снижение стоимости.

Ученые и инженеры наблюдали фотоэлектрический эффект, т. е. появление электрического заряда под действием света при определенных условиях, задолго до того, как Эйнштейн написал свою знаменитую работу, но они не могли объяснить его. Ряд ученых и инженеров, работая с таким химическим элементом, как селен, получали электрический ток при воздействии солнечного света и даже света свечи. Вернер Сименс, основатель компании Siemens, заявил, что «прямое преобразование энергии света в электрическую энергию является совершенно новым физическим явлением», которое требует «тщательного исследования». Объяснить, почему это происходит, смог только Эйнштейн⁵. Свет, писал он в своей работе, посвященной фотоэлектрическому эффекту, состоит из крошечных частиц, квантов (или фотонов), которые перемещаются со скоростью 300 000 км в секунду и являются неделимыми.

Когда солнечный свет падает на фотоэлементы, фотоны поглощаются. Они выбивают электроны в полупроводнике. Свободные электроны вытекают из кремния по мельчайшим каналам – почти как вода – в виде электрического тока. Фотоны – это одна форма энергии, а электроны – другая.

Нобелевскую премию в 1922 г. Эйнштейн получил не за работу, которая заложила основы для атомной энергетики, а за работу о фотонах и квантовой механике – за «открытие закона фотоэлектрического эффекта», как было сказано на церемонии ее вручения⁶.

Но теория это одно, а практика – совсем другое. Только полвека спустя произошел прорыв в практическом применении теории. Это случилось в 1953 г. в лаборатории Bell Labs компании AT&T в штате Нью-Джерси. Двое ученых, Джеральд Пирсон и Кэлвин Фуллер, хотели усовершенствовать транзистор для радиосвязи – устройство, которое несколькими годами ранее было изобретено тоже в Bell Labs. В процессе работы они неожиданно обнаружили, что в кремниевых пластинах, легированных галлием, т. е. содержащих галлий, происходит алхимическая реакция, описанная в работе Эйнштейна, – свет превращается в электричество.

Год спустя после еще ряда экспериментов эти ученые из Bell Labs представили на суд общественности «первые солнечные батареи, способные генерировать электроэнергию в полезных количествах». Во время представления открытия в Национальной академии наук в 1954 г. они наглядно продемонстрировали его значимость – при помощи солнечных батарей обеспечили энергией небольшой радиопередатчик. Bell Labs объявила, что новые солнечные батареи «окажут существенное влияние на образ жизни». «Энергию солнца теперь можно использовать при помощи батареи, на основе компонента песка», – возвестила The New York Times, отметив, что это изобретение «может ознаменовать начало новой эпохи» и «осуществление мечты человечества – использования практически безграничной энергии солнца для потребностей цивилизации». Но первый шаг на коммерческом пути был более приземленным – обеспечение электроэнергией сельских телефонных линий в штате Джорджия⁷.

Однако эффективность этих фотоэлементов была невысокой, а стоили они очень дорого. Где, помимо сельских телефонных линий, их можно использовать?

В октябре 1957 г. Советский Союз запустил в космос первый искусственный спутник Земли. Для США это стало неожиданностью. Запуск спутника на орбиту расценивался как важнейшая политическая и военная победа СССР и стратегическая катастрофа для США. СССР не только превзошел США в области науки, но и разрушил ощущение неуязвимости американцев. Теперь, когда над территорией страны могли летать советские космические аппараты, США уже не были защищены двумя огромными океанами.

Для генсека Никиты Хрущева запуск первого искусственного спутника Земли был возможностью продемонстрировать силу страны и скрыть ее слабые стороны. Но в США на это событие смотрели по-иному. Успех Советского Союза породил там то, что впоследствии охарактеризовали как «близкую к истерии реакцию» со стороны «американской прессы, политиков и общественности». «Тот, кто контролирует космос, господствует в мире», – заявил лидер сенатского большинства Линдон Джонсон. Физик Эдвард Теллер, которого называли «отцом водородной бомбы», сказал президенту Эйзенхауэру на встрече в Белом доме, что первый искусственный спутник Земли – это более серьезное поражение США, чем Перл-Харбор. Специально созданная национальная комиссия порекомендовала президентской администрации построить столько противоатомных убежищ, сколько нужно для размещения всех без исключения американцев.

В то же время правительство развернуло ряд программ, которые существенно повлияли на развитие американских технологий. В 1958 г. было создано Агентство перспективных научных исследований при министерстве обороны (DARPA). В том же году было создано Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Государственные ассигнования на научные исследования существенно возросли.

Самым спокойным человеком в Америке в первые дни после запуска спутника был президент. «Сам спутник, – сказал он спустя пять дней после запуска, – не вызывает у меня абсолютно никаких опасений». Тогда, в разгар рецессии, Эйзенхауэра больше заботила возможность безудержного увеличения бюджетных расходов. Он отклонил предложения по самолетам на ядерной тяге и космическому кораблю на ядерной тяге, который предполагалось запустить на Луну, пояснив: «Мне, конечно, хотелось бы узнать, что там на другой стороне Луны, но я не выделю средства на это в текущем году».

Спокоен он был отчасти потому, что знал: у США есть своя программа по созданию ракет и спутников, даже несколько конкурирующих программ под крылом разных военных служб. Эйзенхауэр сознавал, что Америке очень важно запустить в космос свой спутник и сделать это как можно быстрее. При первой попытке запуска, в декабре 1957 г., ракета-носитель со спутником взорвалась спустя всего две секунды после старта. Спутник этот окрестили «капутником». А вот второй спутник, Explorer I, успешно вышел на орбиту в январе 1958 г., правда, он был очень примитивным. По-прежнему требовался такой спутник, который восприняли бы всерьез⁸. Это означало, что нужно ускорить осуществление программы Vanguard, которая предусматривала выведение на орбиту исследовательского спутника в 1958 г. в рамках Международного геофизического года.

Но вокруг программы Vanguard разгорелись серьезные дебаты. Откуда спутник Vanguard будет получать электроэнергию на орбите? ВМС, в ведении которых находилась программа, хотели использовать традиционные химические аккумуляторы. Но у этой идеи появился противник в лице немецкого ученого Ханса Циглера, который после Второй мировой войны эмигрировал в США, получил американское гражданство и стал работать на вооруженные силы США в сфере средств связи. Когда Циглер посетил лабораторию Bell Labs в штате Нью-Джерси вскоре после изобретения фотоэлектрических преобразователей на основе кремния, он просто влюбился в эту технологию. Уверенный в том, что в конечном итоге главным источником энергии для человека будет солнце, он развернул в вооруженных силах и конгрессе кампанию, нацеленную «на скорейшее использование этого изобретения на благо человечества».

Однако ВМС не собирались полагаться в энергообеспечении своего первого спутника на непроверенное, «нетрадиционное и не полностью заслуживающее доверия» изобретение. Циглеру все же удалось убедить важную правительственную комиссию, что химические аккумуляторы на Vanguard прослужат всего несколько недель, а эксперименты на борту спутника будут «иметь намного большую ценность, если продлят работоспособность спутника еще на несколько месяцев».

В конце концов, Циглер добился, чтобы на Vanguard установили солнечные батареи. Спутник запустили в космос в марте 1958 г. Работающий на орбите Vanguard помог восстановить доверие к американской науке.

Vanguard также стал прорывом, который поспособствовал росту доверия к солнечным батареям. Значимость этого прорыва подчеркивал заголовок в The New York Times спустя 19 дней после запуска: «Радио Vanguard не отвечает / Химический аккумулятор выработал свой ресурс / Солнечная батарея по-прежнему работает». Находясь высоко над Землей, эти элементы вырабатывали электричество в течение нескольких лет. Там, в вакууме космического пространства, происходило в точности то, что было описано в работе Альберта Эйнштейна «Об эвристической точке зрения на генерирование и преобразование света».

С тех пор солнечные батареи являются стандартными для спутников, которые стали их первой значительной областью применения. Но амбиции Ханса Циглера были гораздо больше. Он рассматривал новую технологию как «важный источник электроэнергии» и заявлял, что «крыши всех наших зданий в больших и малых городах будут снабжены солнечными [батареями]». Увы, солнечные батареи оставались дорогими, очень дорогими, и конкурировать они могли пока что лишь в космическом пространстве⁹.

Одно из ключевых событий эпопеи возвращения фотоэлектрических преобразователей на землю произошло 1 августа 1973 г. Именно в этот день в Роквилле, штат Мэриленд, неподалеку от Вашингтона, была создана компания под названием Solarex. Ее основали два беженца из коммунистической Венгрии – Йозеф Линдмайер, блестящий физик, и Питер Варади, талантливый химик. Оба сумели бежать из Венгрии во время восстания против советского режима в 1956 г.

Линдмайер и Варади встретились 12 лет спустя, в 1968 г., когда стали работать в Comsat, квазичастной компании, являвшейся собственником запускаемых правительством США коммерческих спутников. Линдмайер заведовал физической лабораторией Comsat, Варади – химической лабораторией. Одной из главных целей Линдмайера было повышение эффективности и надежности фотоэлементов. За чашечкой кофе эспрессо эти выходцы из Европы беседовали о фотоэлектрических преобразователях и размышляли об их использовании для производства электричества на земле. Но они понимали, что способ изготовления солнечных батарей для космоса – в вакууме для обеспечения очень высоких характеристик – делает их слишком дорогими для наземного использования. Линдмайер снова и снова обдумывал эту проблему и начал экспериментировать с абсолютно иными подходами в подвале своего дома в Бетесде, штат Мэриленд. Он пытался воспроизвести путь, о котором они с Варади говорили. Ходит легенда, что первые солнечные батареи он травил в Coca-Cola и проводил термообработку в духовке.

«Почему бы нам не создать собственную компанию?» – подумали двое ученых. Правда, они понятия не имели, как это делается. Они были беженцами, которые не знали о бизнесе ничего. «Мы долго думали, стоит ли хорошо оплачиваемым ученым браться за реализацию безрассудной идеи, не имея ни технологии, ни продукта, ни рынка, ни денег», – вспоминал Варади.

Все же им удалось собрать немного денег благодаря друзьям и родным. Так появилась Solarex. А потом, через 11 недель после создания компании, ситуация в мире резко изменилась. Нефтяное эмбарго, введенное арабскими странами, породило нефтяной кризис 1973 г.

«Я мог бы сказать, что мы предвидели нефтяной кризис и что именно по этой причине решили создать компанию, – позже говорил Варади. – Но это было бы неправдой. Мы даже не подозревали, что в мире разразится нефтяной кризис». Но, добавил он, «нефтяной кризис сделал нечто важное для нас. Мы осознали, каким невероятным бизнесом занялись». Solarex стала прибыльной в течение года. Это был первый стартап в сфере коммерческих фотоэлектрических преобразователей.

В 1970-х гг. с Solarex соперничали только два серьезных конкурента. Оба являлись структурными подразделениями крупных нефтяных компаний. Одним была компания ARCO Solar, которая объявила о намерении стать «General Motors индустрии солнечных батарей». Вторым – Solar Power Corporation, которая была создана в 1975 г. компанией Exxon. Но основой для производства фотоэлементов по всему миру стала технология, которую Линдмайер начал разрабатывать в подвале своего дома в Бетесде¹⁰.

Однако мечте Линдмайера о конкуренции с энергокомпаниями осуществиться было не суждено. Солнечные батареи оказались слишком дорогими. Существовали, однако, несколько потенциальных нишевых рынков – удаленные места, где люди нуждались в электричестве, но не имели доступа к системе электроснабжения.

Одним из первых покупателей стало правительство США, в том числе Бюро погоды и Бюро по управлению землями, которое ведало обширными территориями в собственности федерального правительства. Solarex занималась в основном коммуникациями, в частности поставляла источники питания для средств связи в отдаленных горных районах. Береговая охрана США устанавливала солнечные батареи вместе с небольшими аккумуляторами на своих буях.

Еще один рынок существовал в нефтяной индустрии. Подвести электричество для определенных целей к трубопроводам или к морским платформам было сложно и дорого. Солнечные батареи генерировали ток, необходимый для предотвращения коррозии на внутренней поверхности труб. На морских платформах солнечные батареи питали аварийные сигнализаторы и ревуны для подачи сигналов судам, находящимся поблизости от платформы.

Третьим рынком были отдаленные районы в развивающихся странах, а также небольшие острова. Отчасти благодаря финансовой поддержке Всемирного банка в африканских деревнях солнечные батареи составляли конкуренцию дизель-генераторам, обеспечивая электроэнергией практически все – от лампочек до водяных насосов.

Один рынок появился совершенно неожиданно. Время от времени солнечные батареи крали с нефте– и газопроводов в разных частях США и Канады. Из-за специфики этого товара продать его, не вызывая подозрений, было очень сложно. Поэтому их стоимость для воров была загадкой. Наконец Королевская конная полиция Канады выяснила, в чем дело: дельцы, выращивавшие марихуану, обнаружили, что выдают себя всплесками потребления электроэнергии при включении освещения в теплицах. Солнечные батареи позволяли им отключаться от системы электроснабжения и таким образом не привлекать внимания. В конце концов операторы трубопроводов положили конец кражам солнечных батарей – они стали устанавливать их в менее доступных местах. Однако «нелегальная сельскохозяйственная деятельность» – выращивание марихуаны – стала одним из первых крупных рынков для индустрии солнечных батарей в Калифорнии¹¹.

Первые рынки были весьма ограниченными. Основными препятствиями по-прежнему являлись стоимость и низкая эффективность. Ученые задались вопросом: можно ли снизить стоимость солнечных батарей до такого уровня, чтобы они стали конкурентоспособными не только в отдаленных местах, но и там, где потребители подключены к системе электроснабжения и конкурентом является местная энергокомпания?

В середине 1970-х гг. правительство США назначило физика по имени Пол Мейкок руководителем программы развития солнечной энергетики в организации, которая превратилась в министерство энергетики США. «Было неопровержимо доказано, что солнечные батареи могут быть очень надежным, экономичным, автономным источником электроэнергии», – вспоминал Мейкок. Его задача заключалась в таком снижении стоимости батарей и повышении их эффективности, чтобы они могли конкурировать с энергосистемой. Подстегиваемые грантами, компании, крупные и мелкие, устремились в эту сферу и занялись изучением различных способов повышения эффективности.

Но в начале 1980-х гг. президентом стал Рональд Рейган, и его администрация урезала бюджет программы развития солнечной энергетики на две трети. «Мне пришлось аннулировать большинство контрактов», – сказал Мейкок. Вскоре он ушел из правительства, посвятив себя анализу происходящего теперь уже в увядающей индустрии. Мечта об использовании прямого преобразования солнечного света в электричество для любых целей, а не только в отдаленных районах, с падением цен на энергоресурсы становилась все более призрачной¹².

В целях оптимизации расходов в условиях падения цен на нефть и ввиду сокращения федеральных расходов на исследования и разработки Exxon решила закрыть Solar Power Corporation. Перспективы индустрии солнечной энергетики в США выглядели не слишком радужными. В 1996 г. ARCO продала свое подразделение, специализирующееся на солнечных батареях, немецкой компании Siemens.

Хотя Solarex в этот период сохраняла прибыльность, по мере роста объема продаж росла и ее потребность в капитале. Поэтому Линдмайер и Варади продали Solarex крупной американской нефтяной компании Amoco. Инвесторы при этом получили во много раз больше первоначальных вложений – неплохой результат для ставки на компанию, управляемую двумя учеными, которые не знали о бизнесе ничего¹³.

В результате индустрия солнечных батарей осталась на прежних позициях – небольшой бизнес, сконцентрированный на нишевых рынках, – однако теперь оптимизма в отношении ее будущего у ее участников поубавилось.

Одна страна все же позаботилась о том, чтобы у индустрии солнечных батарей сохранились перспективы роста и после существенного сокращения американской программы развития солнечной энергетики в начале 1980-х гг. Этой страной была Япония. Ее вклад имел очень большое значение. Для японцев энергетический кризис 1970-х гг. представлялся явлением неустранимым – его можно было только смягчить. В отличие от США Япония, практически не имеющая природных ресурсов, даже мечтать не могла об энергетической независимости. Но зависимость от нестабильного мирового рынка нефти вызывала у японской общественности, по словам вице-министра международной торговли и промышленности, «серьезное беспокойство».

Будто стремясь подчеркнуть этот момент, во время второго скачка цен на нефть, вызванного иранской революцией, правительство страны распорядилось отключить освещение в знаменитом торговом квартале Гиндза в центре Токио.

При Таити Сакайе, упомянутом выше авторе политического триллера Yudan! NEDO, Организация по разработке новых источников энергии и промышленных технологий, активно занялась поиском альтернатив нефти при производстве электроэнергии¹⁴. Япония стала мировым центром развития индустрии солнечных батарей – правительство страны в рамках проекта Sunshine выделяло на исследования в этой области огромные средства. Индустрия двигалась вперед в японском стиле – крупные компании согласовывали свои действия с национальной стратегической целью, но при этом конкурировали друг с другом.

Вскоре солнечные батареи, производимые японскими компаниями, стали появляться везде – не как источники энергии для дома, а как «батареи» для разнообразных устройств с низким потреблением электроэнергии. Одним из таких устройств были электронные наручные часы, а наибольшую известность получило еще одно изобретение компании Sharp – недорогой калькулятор на солнечной батарее¹⁵.

В 1990-х гг. такие компании, как Sharp, Kyocera и Sanyo, производили крышные системы фотоэлектрических преобразователей, которые дотировались государством в рамках проекта New Sunshine. Эти дотации в сочетании с одними из самых высоких тарифов на электроэнергию в мире, падением стоимости и более высокой эффективностью производства благодаря масштабам позволили японским производителям солнечных батарей занять ведущие позиции в мире.

Японии удалось расширить сферы применения солнечных батарей и трансформировать их производство в полноценную индустрию как минимум с зачатками массового рынка¹⁶.

И все же надо смотреть на вещи более реально. На данный момент солнце дает чуть более 1 % всей производимой в Японии электроэнергии. Даже если цель Японии – солнечные батареи на крышах 70 % новых домов к 2020 г. – будет достигнута, солнечные батареи не станут основным источником электроэнергии. Как сказал один японский чиновник, «солнечная энергия будет иметь важное значение, но не первостепенное».

Одно было бесспорным: Япония в начале 1980-х гг. стала лидером в сфере солнечной энергетики. «Они доминировали в этой индустрии до 2004 г., – говорил топ-менеджер одной из компаний, специализирующихся на солнечных батареях. – Но они не предполагали, что совсем скоро им на пятки станет наступать Германия с ее гораздо более масштабной программой».

Изменения в Германии произошли благодаря введению уже упомянутых стимулирующих тарифов, которые в конце 1980-х гг. стали обеспечивать прибыльность инвестиций в производство электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии. В 1999 г., когда новая коалиция социал-демократов и зеленых объявила о намерении продвигать возобновляемые источники энергии и скорректировать энергетическую политику Германии, немецкий инженер по имени Райнер Лемуан обратился к консультанту по вопросам стратегий Антону Милнеру с бизнес-планом новой компании по производству солнечных батарей. «Возобновляемые источники энергии становятся все более популярными из-за обеспокоенности загрязнением окружающей среды и благодаря появлению новых технологий», – сказал Лемуан. Несмотря на то, что «реальных денег» в сфере солнечных батарей тогда никто не зарабатывал, его план показывал, как этого можно добиться путем быстрого наращивания масштабов и агрессивного снижения затрат. Но компания Лемуана «состояла из двух ученых и инженера, и банки не хотели даже говорить с ними. У нее не было денег, и она не могла платить людям».

Милнер, ознакомившись с бизнес-планом, нашел его, к своему удивлению, убедительным, присоединился к этой крошечной компании и стал ее генеральным директором. Они смогли привлечь немного средств на последней волне интернет-бума и получить финансирование от правительства Германии, согласившись построить завод в одном из депрессивных районов бывшей Восточной Германии. К 2001 г. было запущено производство, а компания насчитывала аж 19 работников. Назвали ее Q-Cells, что расшифровывалось как «качественные солнечные батареи». В Германии как раз вступил в силу новый, гораздо более действенный стимулирующий тариф, предусматривавший пяти– и даже семикратные субсидии для солнечной электроэнергии по сравнению с той, что производилась традиционным способом.

В последующие несколько лет Q-Cells модернизировала процессы и автоматизировала производство, что позволило сократить затраты наполовину. К 2007 г. она стала производителем солнечных батарей номер один в мире. «Фотопреобразователи могли и дальше оставаться дотируемым нишевым продуктом, а мы все равно получали бы хорошие деньги, – сказал Милнер. – Но наша задача заключается в том, чтобы изменить это положение вещей, сделать солнечную энергетику конкурентоспособной по сравнению с недотируемой традиционной электроэнергетикой»¹⁷.

Но более серьезными конкурентами оказались производители солнечных батарей из других стран с меньшими затратами. Стоимость Q-Cells составляла $15 млрд в 2007 г. Однако с усилением конкуренции ее рыночная доля, а вместе с ней и стоимость резко сократились. В 2012 г. Q-Cells объявила о банкротстве. Новые конкуренты пришли с востока.

Центр тяжести глобальной индустрии солнечной энергетики переместился в Китай, на который сегодня приходится более половины мирового производства модулей на основе кристаллического кремния, получивших наибольшее распространение. Мало кто в стране внес больший вклад в развитие этого сектора, чем Ши Чжэнжун. Ши стал магнатом, по его словам, «случайно». «Люди нашего поколения не имели свободы выбора. Мы просто принимали то, что нам давали»¹⁸.

В 1979 г. Ши сумел поступить в университет. Университеты страны, которые в период Культурной революции были закрыты, тогда вновь открылись для студентов. Дэн Сяопин только приступал к постмаоистским реформам. Несколько лет спустя Ши выиграл грант на последипломное образование в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия.

Во время учебы он обратился к профессору Мартину Грину, желая получить дополнительную работу. Грин, посвятивший свою жизнь исследованиям в сфере солнечных батарей, предложил Ши работать вместе с ним. Защитив диссертацию, Ши стал работать директором по исследованиям в компании, отпочковавшейся от лаборатории Грина. Молодой китайский исследователь принял австралийское гражданство и стал приобретать недвижимость. Спустя какое-то время, имея уже три дома, он решил, что останется жить в Австралии.

Но однажды за обедом в китайском ресторане в Сиднее его друг, приехавший из Китая, поведал, что ситуация на родине меняется к лучшему: Китай создает благоприятные условия для развития предпринимательства. В 2000 г. Ши отправился на родину, чтобы увидеть все своими глазами. Пораженный тем, как быстро все изменилось, он за несколько дней составил 200-страничный бизнес-план для создания в Китае компании по производству солнечных батарей. Но чтобы найти средства для нее, потребовалось десять месяцев. В конце концов ему удалось получить $6 млн от местной администрации и основать компанию Suntech, которая начала работать в 2001 г. в тот же год, что и Q-Cells.

«Я не думал, что вернусь в Китай, – сказал Ши. – Я не думал, что стану бизнесменом. Я видел свой путь предельно четко – я хотел стать профессором».

Как бизнесмен, Ши сосредоточился на «низкозатратном расширении» и снижении производственных затрат. Он приобретал подержанное оборудование и искал самых дешевых поставщиков. «Единственное препятствие на пути к использованию энергии возобновляемых источников – это стоимость, – говорил он. – Снизить стоимость энергии возобновляемых источников крайне важно. Треть в ней составляет технология, а 70 % – эффективность производства».

Всего через четыре года после создания Suntech Ши вывел свою компанию на Нью-Йоркскую фондовую биржу. В 2011 г. объем продаж превысил $3 млрд.

Успех Ши также можно объяснить глобализацией индустрии возобновляемых источников энергии, потому как компания своим ростом обязана не рынку в Китае, а стимулирующим тарифам в Европе и дотациям в Японии, создавшим спрос на солнечные батареи, который Suntech и другие китайские компании, имевшие важное конкурентное преимущество – низкие затраты, удовлетворяли. Особенно Ши благодарен немецкому стимулирующему тарифу. «Мне очень повезло, – сказал он. – В 2004 г. Германия создала мировой рынок». Сегодня 75 % доходов китайских производителей солнечных батарей поступают не из Китая.

«Предпринимательство в Китае развивается быстрыми темпами, – отметил Ши. – Когда-то мы стремились к американской мечте. Теперь все работают над китайской мечтой. Сегодня у Suntech в Китае множество конкурентов. Конкуренция очень высока. Если я не буду тщательно отслеживать происходящее в индустрии, меня оставят позади. Нам приходится все время обновляться»¹⁹.

Низкозатратным производством преимущества Китая не ограничиваются. Китай стимулирует не только спрос на внутреннем рынке, как в США, страны Европы и Япония, но и производство и экспорт. Как следствие, некитайские производители переводят все большую часть своих производств в Китай, чтобы оставаться конкурентоспособными. Тем временем поддержка, предоставляемая Пекином и китайскими местными администрациями производителям солнечных батарей, стала еще одним предметом разногласий между Китаем и Западом.

С 2008 по 2012 г. цена солнечных батарей снизилась очень значительно – на 75 %. Это объясняется в основном десятикратным увеличением производственных мощностей в Китае, в результате которого предложение превысило спрос. На переднем крае индустрии находилась Suntech, ставшая в 2011 г. крупнейшим в мире поставщиком солнечных батарей. Однако ее агрессивный рост обеспечивался использованием заемных средств. И это привело компанию к краху. Проблема обострилась, когда правительство США ввело антидемпинговые тарифы на импорт из Китая. Suntech, сильно зависевшая от американского рынка, не выдержала такого удара. Помощи от Пекина ждать не приходилось. Китайское правительство больше не хотело поддерживать компании, производившие солнечные батареи.

В марте 2013 г. китайские банки принудили Suntech к банкротству. Еще несколько лет назад журнал Time преподносил Ши как глобального «героя защиты окружающей среды». На пути к «китайской мечте» он какое-то время был самым богатым человеком страны в результате взлетевшей до небес цены акций Suntech. Но все это осталось позади. В 2013 г. Ши не допустили на заседание совета директоров, а затем и вовсе отстранили от управления компанией, которую он основал.

Крушение Suntech, впрочем, не лишило Китай доминирующего положения в сфере производства солнечных батарей. Просто сократилось количество компаний в этом секторе, которые, однако, продолжали страдать от избытка производственных мощностей.

Несмотря на смещение центра тяжести индустрии солнечных батарей на восток, в Китай, одним из крупнейших в мире производителей фотопреобразователей является американская компания First Solar, базирующаяся в штате Аризона. Основным ее инвестором поначалу, в конце 1990-х гг., был Джон Уолтон, сын основателя компании Walmart Сэма Уолтона и наследник огромного состояния семьи Уолтонов.

Низкую стоимость солнечных батарей First Solar обеспечивает новаторская тонкопленочная технология. Большинство участников индустрии еще со времен Solarex отдают предпочтение подложке из кристаллического кремния. Тонкопленочная технология – это процесс массового производства с использованием некремниевых подложек. В целом тонкопленочные солнечные батареи имеют меньшую эффективность, но их себестоимость гораздо ниже.

Также First Solar занимается реализацией проектов по использованию солнечной энергии. В 2009 г. First Solar заключила контракт на строительство в китайской провинции Внутренняя Монголия крупнейшей в мире солнечной электростанции мощностью 2 ГВт, площадь поверхности которой составит около 64 кв. км, что чуть больше площади Манхэттена. «По своим масштабам она вполне сопоставима с АЭС», – заявил генеральный директор First Solar²⁰.

Прошло уже больше столетия с тех пор, как Альберт Эйнштейн, работая в патентном бюро, изложил принцип действия фотоэлектрических преобразователей. Но только в начале XXI в. сфера применения солнечных батарей перестала ограничиваться отдаленными районами.

Благодаря снижению стоимости, увеличению производства и государственным дотациям годовой рынок фотоэлементов вырос с 0,6 ГВт в 2003 г. до 30 ГВт в 2012 г. К концу 2012 г. мощность установленных в мире солнечных батарей составила около 100 ГВт, причем большинство из них появилось в последние несколько лет. В целом в 2012 г. в развитие индустрии солнечных батарей в мире было инвестировано примерно $76 млрд. Резкое падение стоимости фотоэлементов связано с двумя факторами. Цена кремния, исходного материала для солнечных батарей, снизилась на 90 % в результате наращивания производственных мощностей. А потом мощности по производству самих батарей стали превышать рыночные потребности. Все это привело к агрессивной ценовой конкуренции. Перспективы роста индустрии зависят как от государственной поддержки, так и от темпов снижения стоимости фотоэлементов²¹.

Так или иначе, рост индустрии нестабилен, даже в большей мере, чем рост других составляющих сектора возобновляемых источников энергии. Настроения в среде производителей солнечных батарей и инвесторов быстро меняются, главным образом в результате появления, корректирования или сворачивания стимулов.

По мере роста индустрии солнечных батарей растет и заинтересованность венчурных капиталистов в инвестировании в нее и, как следствие, объем финансирования. Сегодня практически все компании – как известные, так и стартапы, финансируемые венчурными капиталистами, – пытаются снизить стоимость и повысить эффективность²².

Меню технологий производства фотоэлементов довольно велико. У каждой из этих технологий есть свои плюсы и минусы, которые в целом характеризуются соотношением стоимость/эффективность. Одни типы фотоэлементов дешевле в производстве, но менее эффективны с точки зрения преобразования солнечного света в энергию. Другие более затратны, но преобразуют солнечный свет в энергию с меньшими потерями.

Это меню включает солнечные батареи из кристаллического кремния. Использование монокристаллического и поликристаллического кремния – два основных производственных процесса, которые впервые были освоены Solarex.

Также существуют солнечные батареи на основе тонкопленочной технологии – нанесения на поверхность очень тонкого слоя фотоэлектрического материала. Эта технология, по крайней мере потенциально, позволяет снизить стоимость. Один из подходов предполагает использование аморфного кремния, который не требует такой обработки, как кристаллический кремний. Однако эффективность солнечных батарей, изготовленных таким образом, ниже, чем у батарей, изготовленных другими методами. Еще одна тонкопленочная технология предполагает использование теллурида кадмия, а не кремния: на лист стекла наносится тонкая пленка теллурида кадмия, которая и дает фотоэлектрический эффект. Именно эту технологию применяет First Solar. Третья тонкопленочная технология, которая привлекает значительные инвестиции, называется CIGS (селенид меди-индия-галлия). Она позволяет производить гибкие батареи, которые легче объединяются со строительными материалами.

Ученые работают и над другими инновационными технологиями изготовления солнечных батарей. Одни хотят при помощи нанотехнологий создать материалы, которые можно наносить на поверхность почти как чернила или краску. Другие занимаются разработкой систем, которые позволят встраивать фотоэлектрические преобразователи в кровлю и даже в стены.

Компании и технологии конкурируют друг с другом, стремясь к одной и той же цели. «Цель – более высокая эффективность при снижении стоимости, – сказал Дэвид Карлсон, ведущий ученый BP Solar. – Именно на это направлены усилия всех участников игры». Карлсон знает, о чем говорит – ведь именно он в 1974 г. изобрел аморфный тонкопленочный кремний, работая в RCA Labs. «Было время, когда мы думали, что все будет развиваться очень быстро. Но на то, чтобы выстроить основу, требуется время. Это не компьютеры и не интегральные схемы, где быстродействие удваивается каждые 18 месяцев в соответствии с законом Мура, – заметил Карлсон. – Фотоэлектрические преобразователи развиваются хаотичнее. Есть более эффективные способы использования солнечного света, существует множество различных подходов, но такого, который выделялся бы на фоне других, нет. Люди склонны недооценивать время, которое требуется для внедрения совершенно новых подходов. Вы должны создать научную базу, затем техническую базу, а после – всю инфраструктуру»²³.

Значительное снижение стоимости подстегнуло развитие солнечной энергетики в последнее время. Оно также поставило под вопрос существование более затратных производителей тех, кто опирается на неконкурентоспособные технологии. Наиболее заметным стал крах компании Solyndra, которая получила $0,5 млрд в виде стимулирующих кредитов от правительства США. Ее банкротство в 2011 г. превратилось в жаркую политическую полемику, связанную с программой экономических стимулов и энергетической политикой администрации Обамы. Острая глобальная конкуренция также привела в некоторых странах к «всплеску протекционизма в сфере возобновляемых источников энергии» в попытках защитить национальных производителей солнечных батарей и рабочие места. Если стоимость продолжает снижаться, то глобальные перспективы существования льгот и субсидий, которые лежали в основе развития солнечной энергетики, остаются туманными. В некоторых европейских странах бюджетные ограничения ведут к приостановке, сокращению и полной отмене субсидий. В Китае субсидирование, нацеленное на увеличение возобновляемых электрогенерирующих мощностей до 50 ГВт к 2020 г., продолжается. В Японии после аварии на АЭС «Фукусима» вводятся новые стимулы для ускорения замещения мощностей остановленных АЭС солнечной энергетикой. Некоторые страны Персидского залива также рассматривают солнечную энергетику как дополнительную возможность удовлетворения быстро растущего спроса на электроэнергию.

Учитывая размер ставок и серьезность конкуренции, нет ничего удивительного в том, что ученые и инженеры, работающие над различными подходами, убеждены в достоинствах своей технологии и не верят конкурентам. Один венчурный капиталист рассказывал, как он в целях снижения напряженности свел вместе генеральных директоров двух компаний, каждый из которых был приверженцем своей технологии изготовления фотоэлементов. Встреча носила вроде бы дружеский характер, но после оба генеральных директора в частном порядке поведали венчурному капиталисту о своей уверенности в том, что его коллега идет по неверному пути и обречен на провал.

Фотоэлектрические преобразователи – не единственный путь развития солнечной энергетики. Вкладываются усилия и средства и в другие формы использования солнечной энергии – прежде всего в солнечные системы концентрирующего типа. Эта технология ближе к традиционному способу генерирования электроэнергии. По сути, здесь мы имеем те же электростанции, только вместо угля, природного газа или урана на них используется солнечный свет. Он улавливается при помощи больших зеркал и фокусируется. Сконцентрированный луч нагревает до очень высокой температуры жидкость в трубах, которая используется для превращения воды в пар, приводящий в движение турбину и генератор.

Существует также и комбинированный подход к использованию концентрированной солнечной энергии. Он заключается в том, что при помощи зеркал солнечный свет улавливается, а затем направляется в концентрированном виде на фотоэлектрические преобразователи. Солнечные электростанции концентрирующего типа, на которых осуществляется нагрев жидкости, имеют преимущество перед солнечными батареями – возможность аккумулировать энергию. Тепло может аккумулироваться в расплавленной соли и использоваться для устранения прерывности генерирования электроэнергии.

Тем временем в Северной Африке предполагается реализовать масштабный проект, предполагающий использование концентрированной солнечной энергии. Данный проект получил название Desertec и не имеет отношения к производству электроэнергии. Однако идея заключается в строительстве огромных энергетических центров в пустыне Сахара и поставке вырабатываемой электроэнергии через Средиземное море на европейские рынки. Амбиции весьма велики. Стоимость реализации проекта – тоже. Финансирование и политическая неопределенность в Северной Африке в сочетании с техническими проблемами являются серьезным препятствием.

В целом для солнечных электростанций, использующих концентрированную солнечную энергию, основными сдерживающими факторами являются земля, доступ, передача электроэнергии и стоимость. Их можно строить только в районах, где преобладает безоблачная погода. Подобная электростанция также может требовать большого количества воды, а наиболее подходящие для реализации таких проектов места находятся вдали от водоемов²⁴.

Многие считают вполне реальной, независимо от технологии, перспективу сетевого паритета. В соответствии с ней электроэнергия, вырабатываемая с использованием солнечной энергии, в конечном итоге сможет конкурировать с электроэнергией, производимой местной энергокомпанией, и станет не дороже нее. Однако определить значение сетевого паритета в числовом выражении довольно трудно, поскольку прямое сравнение здесь не подходит. В самом деле, не совсем понятно, как сравнивать разовую инвестицию с ежемесячным счетом от местной энергокомпании.

Непросто определить значение сетевого паритета еще и потому, что нужно учитывать стоимость изготовления солнечных батарей, расходы на установку, текущую и будущую цены на электроэнергию. И, конечно, очень важно, сколько солнечного света получает конкретный регион в разные времена года и, соответственно, сколько часов в год может функционировать солнечная батарея. В Италии количество солнечных часов в год вдвое больше, чем в Германии, и этот фактор существенно повлияет на сетевой паритет.

Есть и еще одна проблема: электричество, вырабатываемое фотоэлементами, не является передаваемым в отличие от электричества, производимого на электростанции. Как и ветровые установки, солнечные батареи функционируют с перерывами. Они практически не вырабатывают электричество в облачные дни и совсем не вырабатывают его по ночам. Но у них есть преимущество перед ветровыми установками – они могут производить электроэнергию в жаркие, солнечные дни, когда ее потребление резко возрастает, а потому снижают потребность энергокомпаний в пиковых мощностях, которые задействуются только в периоды максимального потребления электроэнергии.

Непостоянный характер выработки электричества солнечными батареями влияет на потребности в инвестициях. Один гигаватт установленной мощности для солнечных батарей и для угольных или атомных электростанций – это не одно и то же, потому как солнечные батареи не работают по ночам и в облачную погоду. Вот почему, говоря о солнечных батареях и ветровых установках, необходимо различать установленную мощность и фактическую выработку электроэнергии. А вот установки концентрирующего типа теоретически могут давать передаваемую электроэнергию.

Некоторые специалисты отмечают, что концепция сетевого паритета рассматривает только прямые затраты для потребителя, а не суммарные затраты для всей системы, которые включают дополнительные инвестиции в резервную мощность и дополнительные инвестиции в линии электропередачи из-за непостоянства выработки электричества, а также дотации и стимулы. Это повышает стоимость и сложность энергетической системы. Само топливо – солнечный свет (или ветер) – является бесплатным, но расходы все же имеются, и полная стоимость выработки электроэнергии каким-то образом «должна покрываться рынком, т. е. в конечном итоге потребителями», говорится в одном исследовании.

Концепция сетевого паритета тесно связана с еще одной концепцией – концепцией чистого измерения. Она позволяет потребителю электроэнергии вычитать количество электричества, которое он вводит в энергосистему благодаря солнечной установке, из количества, которое он получает от системы. На некоторых рынках, где цены на электроэнергию высоки, сетевой паритет, по крайней мере с точки зрения потребителя, близок, но пока еще не достигнут. «Все привязанные к энергосистеме рынки являются дотируемыми, – заметил Пол Мейкок, руководитель программы развития солнечной энергетики при президенте Картере. – Если вы получаете дотации, такой рынок не является рынком в полном смысле этого слова»²⁵.

Ханс Циглер был страстным сторонником фотоэлектрических преобразователей, активно выступавшим в 1958 г. за установку солнечных батарей на спутнике Vanguard. Когда полвека назад он заявил, что «крыши всех наших зданий в крупных и небольших городах» будут снабжены фотоэлектрическими преобразователями, он явно перегнул палку. Более полувека спустя, однако, на эту перспективу ставят все больше участников рынка – в США, в Европе и Азии. Некоторые оценки роста и установленных мощностей в будущем очень оптимистичны. Есть такие, кто полагает, что солнечные батареи могут давать значительную часть производимого в мире электричества уже к середине XXI в.

Может показаться, что фотоэлементы – это нечто сродни алхимии. Однако никакого волшебства в них нет, особенно если принимать во внимание масштабы мировой системы электроснабжения и их текущую стоимость. Один из главных приверженцев солнечных батарей, как это ни странно, довольно сдержан в оценках. Пол Мейкок обладает огромным опытом в сфере разработки фотоэлектрических преобразователей. Он, по его словам, «живет солнечными элементами и питается ими» вот уже больше 40 лет. «Все проекты, над которыми мы работали в Министерстве энергетики в 1970-х гг., реализуются, – сказал он. – Только спустя несколько десятилетий». Тем не менее он «опасается», что «люди могут принять солнечные батареи за единственное зеленое решение, тогда как на деле они являются лишь одним из восьми или девяти вариантов».

«Если мы получим от солнечных батарей 10 % всего производимого электричества к 2050 г., это будет большим достижением, – добавил Мейкок. – Теоретически мы можем выйти и на 15 % или даже 20 % без прорыва в технологии аккумулирования. Но 15 % всей производимой в мире электроэнергии – это очень высокий показатель. Для этого потребуются триллионы долларов. Для бизнеса, который сегодня приносит более $100 млрд в год, это внушительная гора»²⁶.