Сонячна енергія

2500 років тому грецький історик Ксенофонт висловив припущення, що якщо південні стіни будинків будувати більш високими, то взимку в будинках буде тепліше. Багато століть з недовірою ставилися до переказами про те, що флот римлян в Сіракузах за порадою Архімеда був спалений променями, що відскакують дзеркально відполірованими щитами воїнів. Але ось в наші дні експеримент Архімеда був повторений за допомогою металевих дзеркал.

У 1878 році на Всесвітній виставці в Парижі француз Мішо демонстрував парову машину, в якій нагрівачем служило параболічне дзеркало. У 1912 році в США побудували геліомашіну потужністю в 100 кінських сил. Навіть не дуже сонячна Європа отримує від Сонця на кожен квадратний метр поверхні стільки тепла, скільки можна отримати від електролампи в 1000 ват, палаючої 3:00 на добу. А територія Аравії отримує в рік більше тепла, ніж акумульовано в паливних родовищах світу.
Парники – найпростіше рішення використання сонячної енергії. А невигадливі геліоаккумулятори зі скла, води і чорних пластин скоротили б удвічі витрати, витрачені на обігрівання будинків. Видано ліцензію на домашній теплосборник з гравію (11 тонн) і геліобатареї, в результаті енергетичні витрати будинку покриваються на 9/ 10. У місті Аахені (Німеччина) побудований будинок з сонячними батареями на даху; інші джерела тепла тут не використовуються. У 1968 році місті Одейло (Піренеї) французькими вченими побудована Геліопечи, температура в якій може підніматися до 4000 ° С. Радянські дослідники успішно впроваджували геліоенергетику в Туркменії. Однак це тільки поодинокі випадки використання сонячно енергії.

У 1977 році в доповіді Міжнародного інститут прикладного системного аналізу на конференції, що проходила в місті Вудланд (США), було відзначено, що в майбутньому сонячна енергія стане конкурентом реакторів – розмножувачів на швидких нейтронах і високотемпературних реакторів, так як вони представляють собою меншу загрозу довкіллю. Понад 10 мільйонів квадратних кілометрів пустель не використовуватимуться, навіть якщо населення Землі досягне 20 мільярдів осіб. Пустельні геліостанціі можуть стати джерелом енергії для виробництва рідкого водню, який можна транспортувати по трубопроводах, зберігати в підземних резервуарах або навіть у водоносних горизонтах.

Які ж успіхи геліоенергетики ? Крім геліоенергетики в місті Одейло, потужність якої 1 мегават, і установки потужністю 400 кіловат в штаті Джорджія (США) існують геліостанціі (відбивач – паровий котел – паровий двигун – генератор) потужністю 5 мегават у Франції (запущена в 1981 році), в Барстоу (США) потужністю 10 мегават (запущена в 1982 році), на південному заході США потужністю 100 мегават (запущена в 1985 році).

У 1985 році геліостанціі США давали 1 відсоток електроенергії країни. Можливо, якщо витрати і ставлення урядів різних країн будуть такими ж, як до ядерної енергії, то незабаром можна буде отримати 100-1012 ват сонячної енергії. Інтерес до досліджень великий, в США на 1979 асигновано 458,2 мільйона доларів, а десятирічна програма обійдеться в 4 мільярди доларів. Програмою передбачено знизити вартість 1 кіловата потужності фотоелектричних систем до 1 долара до 2018 року і широко розповсюдити фотогеліосістеми серед населення.

На сторінках преси все активніше обговорюються проблеми використання енергії Сонця за допомогою космічних сонячних енергетичних систем (КСЕС). Передбачається розмістити на геосинхронной орбітах в 35-36 тисячах кілометрів від Землі величезні станції. КСЕС отримають майже в 10 разів більше сонячної енергії, ніж у самому жаркому місці земної поверхні. Робочий час буде перериватися тільки періодами рівнодення, і в тіні Землі супутники будуть перебувати до 1 години 12 хвилин на добу. В умовах невагомості можна використовувати великі легкі конструкції, відмовившись від дорогої захисту мікрохвильових генетаторов та інших елементів. Стаціонарний мікрохвильовий промінь можна дуже точно направити на приймальні антени, розташовані поблизу великих споживачів енергії, а це знизить витрати на будівництво ліній електропередач. Тепло, що виділяється при перетворень сонячної енергії та формуванні мікрохвильової передачі, розсіється в космосі.
На Землі при зворотної трансформації енергії теплові втрати складуть лише 1 / 4 частина того, що втрачається на таких же за потужністю земних електростанціях. Приймальні антени ажурні, пропускають 4 / 5 сонячній радіації і опадів і простору під ними можуть використовуватися як сільськогосподарські угіддя.

Перетворення сонячної енергії в космосі можливо за допомогою термоелектронного, термоелектричного і фотоелектричного способів. КСЕС на кремнієвих сонячних елементах з к. п. д. 15 відсотків досягне потужності 8500 мегават, а на Землі до споживача дійде 5000 мегават. Термін життя КСЕС визначається в 30 років, що значно довше терміну існування нинішніх супутників (10 років). За термоелектричного способу в космос потрібно підняти величезний колектор, що фокусує сонячні промені на нагрівальному пристрої. Але для отримання енергії 14 тисяч мегават потрібен сонячний колектор площею 50 квадратних кілометрів і теплообмінний радіатор площею 1 квадратний кілометр.

Більш перспективними представляються фотоелектричні проекти. Дві панелі кремнієвих сонячних елементів по 30 квадратних кілометрів монтуються на центральній щоглі діаметром 100 метрів. Панелі постійно звернені до Сонця, передавальна антена – до Землі. Станція забезпечена іонними двигунами, що витрачає 50 тонн палива на рік. Маса КСЕС 18,2 тисячі тонн, з них 5,5 тисяч тонн – передавальна антена. Ефективність маси станції та її потужності 3,6 кілограма на кіловат, тобто нижче, ніж у наземних геліостанцій. Подібна КСЕС дозволить отримати для Землі 5000 мегават енергії.

Передача енергії на Землю за допомогою мікрохвильового променя прогнозується з ефективністю 80 відсотків. Влітку 1975 року в місті Гландстоне (штат Каліфорнія, США) був поставлений експеримент. Передавальна антена – тарілка діаметром 26 метрів отримувала енергію від передавальної антени площею 24 квадратних метра з відстані 1600 метрів. Передача велася на частоті 2388 мегагерц, початкова пікова інтенсивність досягала 170 мегават на квадратний сантиметр, що забезпечило потужність 30,4 кіловат. Ефективність передачі енергії та її перетворення в постійний струм у приймальні антени була вище 82 відсотків.

Для будівництва КСЕС потрібно вивести на орбіту споруди велика кількість елементів конструкції, необхідні великі транспортні кораблі, які можуть зробити до 100 рейсів. Вся конструкція за допомогою власних іонних двигунів буде виведена на потрібну геосинхронну орбіту. Кремнієві кристали сонячних елементів передбачається виростити в космосі.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Енергія біомаси