Солнечная энергия

2500 лет назад греческий историк Ксенофонт высказал предположение, что если южные стены домов строить более высокими, то зимой в домах будет теплее. Многие века с недоверием относились к преданию о том, что флот римлян в Сиракузах по совету Архимеда был сожжен лучами, отбрасываемыми зеркально отполированными щитами воинов. Но вот в наши дни эксперимент Архимеда был повторен при помощи металлических зеркал.

В 1878 году на Всемирной выставке в Париже француз Мишо демонстрировал паровую машину, в которой нагревателем служило параболическое зеркало. В 1912 году в США построили гелиомашину мощностью в 100 лошадиных сил. Даже не очень солнечная Европа получает от Солнца на каждый квадратный метр поверхности столько тепла, сколько можно получить от электролампы в 1000 ватт, горящей три часа в сутки. А территория Аравии получает в год больше тепла, чем аккумулировано в топливных месторождениях мира.

Парники — самое простое решение использования солнечной энергии. А незатейливые гелиоаккумуляторы из стекла, воды и черных пластин сократили бы вдвое расходы, потраченные на обогревание домов. Выдана лицензия на домашний теплосборник из гравия (11 тонн) и гелиобатарей, в результате энергетические затраты дома покрываются на 9/10. В городе Аахене (Германия) построен дом с солнечными батареями на крыше; иные источники тепла здесь не используются. В 1968 году городе Одейло (Пиренеи) французскими учеными построена гелиопечь, температура в которой может подниматься до 4000 °С. Советские исследователи успешно внедряли гелиоэнергетику в Туркмении. Однако это только единичные случаи использования солнечно энергии.

В 1977 году в докладе Международного институт прикладного системного анализа на конференции, проходившей в городе Вудланде (США), было отмечено, что в будущем солнечная энергия станет конкурентом реакторов-размножителей на быстрых нейтронах и высокотемпературных реакторов, так как они представляют собой меньшую угрозу окружающей среде. Свыше 10 миллионов квадратных километров пустынь не будут использоваться, даже если население Земли достигнет 20 миллиардов человек. Пустынные гелиостанции могут стать источником энергии для производства жидкого водорода, который можно транспортировать по трубопроводам, хранить в подземных резервуарах или даже в водоносных горизонтах.

Каковы же успехи гелиоэнергетики? Кроме гелиоэнергетики в городе Одейло, мощность которой 1 мегаватт, и установки мощностью 400 киловатт в штате Джорджия (США) существуют гелиостанции (отражатель — паровой котел — паровой двигатель — генератор) мощностью 5 мегаватт во Франции (запущена в 1981 году), в Барстоу (США) мощностью 10 мегаватт (запущена в 1982 году), на юго-западе США мощностью 100 мегаватт (запущена в 1985 году).

В 1985 году гелиостан­ции США давали 1 процент электроэнергии страны. Возможно, если затраты и отношение правительств раз­личных стран будут такими же, как к ядерной энергии, то вскоре можно будет получить 100-1012 ватт солнечной энергии. Интерес к исследованиям велик, в США на 1979 год ассигновано 458,2 миллиона долларов, а десятилетняя программа обойдется в 4 миллиарда долларов. Программой предусмотрено снизить стоимость 1 киловатта мощности фотоэлектрических систем до 1 доллара к 2018 году и широко распространить фотогелиосистемы среди населения.

На страницах печати все активнее обсуждаются проблемы использования энергии Солнца при помощи космических солнечных энергетических систем (КСЭС). Предполагается разместить на геосинхронных орбитах в 35-36 тысячах километров от Земли огромные станции. КСЭС получат почти в 10 раз больше солнечной энергии, чем в самом жарком месте земной поверхности. Рабочее время будет прерываться только периодами равноденствия, и в тени Земли спутники будут находиться до 1 часа 12 минут в сутки. В условиях невесомости можно использовать крупные легкие конструкции, отказавшись от дорогостоящей защиты микроволновых генетаторов и других элементов. Стационарный микроволновый луч можно очень точно направить на приемные антенны, расположенные вблизи крупных потребителей энергии, а это снизит расходы на строительство линий электропередач. Тепло, выделяемое при преобразований солнечной энергии и формировании микроволновой передачи, рассеется в космосе.

На Земле при обратной трансформации энергии тепловые потери составят лишь 1/4 часть того, что теряется на таких же по мощности земных электростанциях. Приёмные антенны ажурны, пропускают 4/5 солнечной радиации и осадков и пространства под ними могут использоваться как сельскохозяйственные угодья.

Преобразование солнечной энергии в космосе возможно при помощи термоэлектронного, термоэлектрического и фотоэлектрического способов. КСЭС на кремниевых солнечных элементах с к. п. д. 15 процентов достигнет мощности 8,5 тысяч мегаватт, а на Земле до потребителя дойдет 5 тысяч мегаватт. Срок жизни КСЭС определяется в 30 лет, что значительно дольше срока существования нынешних спутников (10 лет). По термоэлектрическому способу в космос нужно поднять огромный коллектор, фокусирующий солнечные лучи на нагревательном устройстве. Но для получения энергии 14 тысяч мегаватт нужен солнечный коллектор площадью 50 квадратных километров и теплообменный радиатор площадью 1 квадратный километр.

Более перспективными представляются фотоэлектрические проекты. Две панели кремниевых солнечны элементов по 30 квадратных километров монтируются на центральной мачте диаметром 100 метров. Панели постоянно обращены к Солнцу, передающая антенна — к Земле. Станция снабжена ионными двигателями, расходующим 50 тонн топлива в год. Масса КСЭС 18,2 тысячи тонн, из них 5,5 тысяч тонн — передающая антенна. Эффективность массы станции и ее мощности 3,6 килограмма на киловатт, то есть ниже, чем у наземных гелиостанций. Подобная КСЭС позволит получить для Земли 5 тысяч мегаватт энергии.

Передача энергии на Землю с помощью микроволнового луча прогнозируется с эффективностью 80 процен­тов. Летом 1975 года в городе Гландстоне (штат Калифорния, США) был поставлен эксперимент. Передающая антенна-тарелка диаметром 26 метров получала энергию от передающей антенны площадью 24 квадратных метра с расстояния 1600 метров. Передача велась на частоте 2388 мегагерц, начальная пиковая интенсивность достигала 170 мегаватт на квадратный сантиметр, что обеспечило мощность 30,4 киловатт. Эффективность передачи энергии и ее преобразования в постоянный ток в приемной антенне была выше 82 процентов.

Для строительства КСЭС нужно вывести на орбиту постройки большое число элементов конструкции, необходимы большие транспортные корабли, которые могут сделать до 100 рейсов. Вся конструкция с помощью собственных ионных двигателей будет выведена на нужную геосинхронную орбиту. Кремниевые кристаллы солнечных элементов предполагается вырастить в космосе.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.