Реферат: Солнечная энергетика

Министерство образования Российской Федерации

Орский Гуманитарно-технологическийинститут (филиал)

государственного образовательногоучреждения

высшего профессионального образования

“Оренбургский государственныйуниверситет”.

Механико-технологический факультет

Кафедра “Энергообеспечение”.

РЕФЕРАТ

по дисциплине:  Нетрадиционныевозобновляемые источники энергии

на тему:  “СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА”

ОГТИ 101600

Руководитель:    

_____________________ Саблин В.В.

Исполнитель:

студент  3-го   курса    группы    ЭО-31

_____________________ Бушуев А.Н.

г. Орск 2006 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.    ЭНЕРГИЯСОЛНЦА

2.     ГЕЛИОУСТАНОВКИНА ШИРОТЕ 60°

3.    ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОЛНЕЧНОЙ  ЭНЕРГИИ

3.1.   Фотоэлектрическиепреобразователи

3.1.1.       Видыфотоэлектрических преобразователей

3.1.2.    Расчетфотоэлектрической системы.

3.1.3.    Немного обинверторах.

3.2.    Гелиоэлектростанции.

3.2.1.    Типыгелиоэлектростанций

3.3.   Солнечный коллектор.

3.3.1.    Коллектор изНорвегии.

3.3.2.      Солнечный коллектор “Альтэн-1”

3.4.   Химические преобразователисолнечной энергии

4.     КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

4.1.  Описание типовой космической электростанции

4.2.  Маломасштабная космическая электростанция

4.3.  Позволит ли экономика?

5.СОЛНЦЕМОБИЛЬСЕГОДНЯ.

6.РОССИЯ, УКРАИНА ИСОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

6.1.  Некоторые достижения России в этой области

6.1.1.    Мобильнаяфотоэлектрическая станция

6.1.2.    Портативнаясистема солнечного электропитания

6.1.3.    Солнечнаясистема автономного освещения

6.1.4.    Солнечнаяводоподъемная установка

6.1.5.    Энергосберегающиевакуумные стеклопакеты

6.2.  Солнечнаяэнергия в Крыму

6.3.  Крымская солнечная электростанция

7.  НЕКОТОРЫЕ МИРОВЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7.1. Солнечная кухня

7.2. Солнечная стена

7.3. Солнечные аксессуары

7.4. Солнечные стирлинги

7.5. Светильники на солнечных батареях

7.6. Опреснитель

7.7. Солнечная печь

7.8. Новый солнечный модуль

8.КАКОВМИНУС ВО ВСЕМ ЭТОМ?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ  ЛИТЕРАТУРА


ВВЕДЕНИЕ

 

Сейчас, какникогда остро встал вопрос, о том, каким будет будущее планеты в энергетическомплане.  Что  ждет человечество — энергетический голод или энергетическоеизобилие?  В газетах и различных журналах все чаще и чаще встречаются статьи обэнергетическом кризисе.  Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеютгосударства,  сменяются правительства.  К разряду газетных сенсаций стали относитьсообщения о запуске новых установок или о новых изобретениях в областиэнергетики. Разрабатываются гигантские энергетические программы,  осуществлениекоторых потребует громадных  усилий  и  огромных  материальных затрат. Если вконце прошлого века  энергия  играла,  в общем, вспомогательную инезначительную в мировом балансе роль,  то уже в 1930  году  в мире  было произведено  около  300  миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Вполнереален прогноз, по которому в 2000 году будет произведено 30 тысяч миллиардовкиловатт-часов!  Гигантские цифры,  огромные темпы роста!  И все равно энергиибудет мало -  потребности в ней растут еще быстрее. Уровень материальной, а вконечном счете и духовной культуры  людей находится в прямой зависимости отколичества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавитьиз нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности человека все время растут, да и людей становится все больше. Такза чем же остановка?  Ученые и изобретатели уже давно разработали многочисленные  способы  производства энергии,  в первую очередь электрической.Давайте тогда строить все больше и больше электростанций,  и энергии будетстолько, сколько понадобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложнойзадачи, оказывается, таит в себе немало подводных камней. Неумолимые законыприроды утверждают,  что получить энергию, пригодную для использования, можнотолько за счет ее преобразований из других форм. Вечные двигатели, якобыпроизводящие энергию  и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны. Аструктура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась  таким образом,  что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются впринципе тем же способом, которым пользовался  первобытный человек длясогревания, то есть при сжигании топлива, или при использовании запасенной внем химической энергии,  преобразовании ее в электрическую на тепловыхэлектростанциях. Правда, способы сжигания топлива стали намного сложнее исовершеннее. Возросшие требования к защите окружающей среды потребовали новогоподхода к энергетике. В разработке  Энергетической  программы  приняли участиевиднейшие  ученые   и специалисты различных сфер. С помощью новейшихматематических  моделей электронно-вычислительные машины  рассчитали  несколькосотен вариантов структуры будущего энергетического  баланса. Были  найдены принципиальные решения, определившие стратегию развития энергетики  на грядущиедесятилетия.  Хотя в  основе энергетики ближайшего будущего по-прежнемуостанется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах, структура ееизменится. Должно сократиться использование нефти. Существенно возрастетпроизводство  электроэнергии  на  атомных электростанциях.  Начнетсяиспользование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например,в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применятьсяприродный газ ( запасы которого в стране  намного превосходят запасы в другихстранах).

 Энергетическаяпрограмма — основа   техники  и экономики в канун 21 века.  Но ученыезаглядывают и вперед,  за пределы сроков, установленных Энергетическойпрограммой.  На пороге 21 века, и они трезво отдают себе отсчет в реальностяхтретьего тысячелетия. К сожалению,  запасы нефти,  газа,  угля отнюдь небесконечны. Природе, чтобы  создать  эти  запасы,  потребовались   миллионылет, израсходованы они будут за сотни. Сегодня в мире стали всерьеззадумываться  над тем,  как не  допустить  хищнического разграбления земныхбогатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века.  Ксожалению,  многие нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещаднорасходуют подаренные им природой нефтяные запасы.  Сейчас  многие  из этих стран,  особенно в районе Персидского залива,  буквально купаются в деньгах, незадумываясь, что через несколько десятков лет  эти запасы иссякнут.  Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, когда месторождения нефти и газа  будут исчерпаны? Вероятность скорого истощения мировых запасов  топлива,а также ухудшение экологической ситуации в мире, (переработка нефти и довольночастые аварии во время ее транспортировки представляют реальную угрозу дляокружающей среды) заставили задуматься  о  других видах   топлива,  способныхзаменить нефть и газ.  Сейчас в мире все больше  ученых   инженеров занимаются поисками  новых,  нетрадиционных источников   которые  могли бы взять на себяхотя бы часть забот  по снабжению   человечества энергией.

Отраслиэнергетики разнообразны и их можно так охарактеризовать по видам используемыхэнергоносителей: ядерная, угольная, газовая, мазутная, гидро, ветро,геотермальная, биомассовая, волновая и приливная, градиент-температурная,солнечная.

Мы можемсопоставлять эти отрасли по нескольким показателям: экономическим,экологическим, ресурсным, а также по показателям безопасности и некоторымдругим. Исходя из этого сравнения, можно прийти к выводу, что солнечнаяэнергетика, как долгосрочная перспектива, имеет одно из первостепенныхзначений. 

Оценки прямыхсоциальных затрат, связанных с вредным воздействием традиционныхэлектростанций, включая болезни и снижение продолжительности жизни людей,оплату медицинского обслуживания, потери на производстве, снижение урожая,восстановление лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды ипочвы, дают величину, добавляющую около 75% к уже имеющимся мировым (!) ценамна топливо и энергию. По существу, это затраты всего общества — «экологический налог», который уже, неявно и очень давно, платят гражданесвоим здоровьем и личными тратами за несовершенство энергетических установок, иэтот «налог» наконец должен быть осознан всеми людьми.
Солнечная же энергия, реально поступающая за три дня на территорию России,превышает энергию всей годовой выработки электроэнергии в нашей стране.  Кроме того, солнечная энергетика имеет себе малоравных по экологичности и ресурсной базе.

Убытки отодного Чернобыля оцениваются в 100-200 млрд. долларов, при этом пострадала нетолько Россия, но и десятки других стран. 

Вероятностьтаких «чернобылей» всегда возможна в атомной энергетике.
Между тем, людям уже сегодня нужны чистые, дешёвые и безопасные источникиэнергии. Нобелевский лауреат в области физики полупроводников академик Ж.И.Алфёров лет 15 назад на годичном Общем собрании Академии Наук СССР сообщил, чтоесли бы на развитие альтернативных источников энергии было затрачено только 15% средств, брошенных на развитие атомной энергетики, то АЭС для производстваэлектроэнергии в СССР вообще не понадобились бы.

Такимобразом, использование солнечной энергии является одним из весьма перспективныхнаправлений энергетики. Экологичность, возобновимость ресурсов, отсутствиезатрат на капремонт фотомодулей как минимум в течение первых 30 летэксплуатации, в перспективе — снижение стоимости относительно традиционныхметодов получения электроэнергии — всё это является положительными сторонамисолнечной энергетики.


1.   ЭНЕРГИЯСОЛНЦА

Проблемаосвоения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии становится всеболее актуальной. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включаютсолнечную, ветровую, геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.

Двести летназад человечество помимо энергии самого человека и животных располагало толькотремя видами энергии. Источником их было Солнце. Энергия ветра вращала крыльяветряных мельниц, на которых мололи зерно. Для использования энергии водынеобходимо было, чтобы вода бежала вниз к морю от расположенного выше истока,где река наполняется за счет выпадающих дождей.

В последнеедесятилетие интерес к этим источникам энергии постоянно возрастает, посколькуво многих отношениях они неограниченны. По мере того как поставки топливастановятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся всеболее привлекательными и более экономичными. Повышение цен на нефть и газпослужило главной причиной того, что человек вновь обратил свое внимание наводу, ветер и Солнце.

В последнеевремя интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотяэтот источник также относится к возобновляемым, внимание, удивляемое ему вовсем мире, заставляет рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальныевозможности энергетики, основанной на применении непосредственно солнечногоизлучения, чрезвычайно велики.

Использованиевсего 0,0005% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребностимировой энергетики, а 0,5% — полностью покрыть потребности на перспективу.

Солнечнаяэнергия — кинетическая энергия излучения (в основном света), образующаяся врезультате реакций в недрах Солнца. Поскольку ее запасы практически неистощимы(астрономы подсчитали, что Солнце будет «гореть» еще несколько миллионов лет),ее относят к возобновляемым энергоресурсам. В естественных экосистемах лишьнебольшая часть солнечной энергии поглощается хлорофиллом, содержащимся влистьях растений, и используется для фотосинтеза, т. е. образованияорганического вещества из углекислого газа и воды. Таким образом, онаулавливается и запасается в виде потенциальной энергии органических веществ. Засчет их разложения удовлетворяются энергетические потребности всех остальныхкомпонентов экосистем.

Подсчитано,что небольшого процента солнечной энергии вполне достаточно для обеспечениянужд транспорта, промышленности и нашего быта не только сейчас, но и вобозримом будущем. Более того, независимо от того, будем мы ее использовать илинет, на энергетическом балансе Земли и состоянии биосферы это никак неотразится.

Однакосолнечная энергия падает на всю поверхность Земли, нигде не достигая особойинтенсивности. Потому ее нужно уловить на сравнительно большой площади,сконцентрировать и превратить в такую форму, которую можно использовать дляпромышленных, бытовых и транспортных нужд. Кроме того, надо уметь запасатьсолнечную энергию, чтобы поддерживать энергоснабжение и ночью, и в пасмурныедни. Перечисленные трудности и затраты, необходимые для их преодоления, привелик мнению о непрактичности этого энергоресурса, по крайней мере сегодня. Однаково многих случаях проблема преувеличивается. Главное — использовать солнечнуюэнергию так, чтобы ее стоимость была минимальна или вообще равнялась нулю. Помере совершенствования технологий и удорожания традиционных энергоресурсов этаэнергия будет находить все новые области применения.

Световое излучениеможно улавливать непосредственно, когда оно достигает Земли. Это называетсяпрямым использованием солнечной энергии. Кроме того, она обеспечиваеткруговорот воды, циркуляцию воздуха и накопление органического вещества вбиосфере. Значит, обращаясь к этим энергоресурсам, мы, по сути, занимаемсянепрямым использованием солнечной энергии.

Первыепопытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-мгодам ХХ столетия. Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose industries(США). В 1989г. ею введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80МВт. В Калифорнии в 1994г. введено еще 480 МВт электрической мощности, причемстоимость 1 кВт/ч энергии — 7-8 центов. Это ниже, чем на традиционных станциях.Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и Солнце как основноеисточники ближайшего будущего способны эффективно дополнять друг друга. Вночное время и зимой энергию дает газ, а летом и в дневное время — Солнце. Эффективныйсолнечный водонагреватель был изобретен в 1909г.

После второймировой войны рынок захватили газовые и электрические водонагреватели благодарядоступности природного газа и дешевизне электричества.

Солнце — источник энергии очень большой мощности. Всего 22 дня солнечного сияния по суммарноймощности, приходящей на Землю, равны всем запасам органического топлива напланете.

На практикесолнечная радиация может быть преобразована в электроэнергию непосредственноили косвенно. Косвенное преобразование может быть осуществлено путем концентрациирадиации с помощью следящих зеркал для превращения воды в пар и последующегоиспользования пара для генерирования электричества обычными способами. Такаясистема может работать только при прямом освещении солнечными лучами.

Прямоепреобразование солнечной энергии в электрическую может быть осуществлено сиспользованием фотоэлектрического эффекта. Элементы, изготовленные изспециального полупроводникового материала, например силикона, при прямомсолнечном облучении обнаруживают разность в вольтаже на поверхности, т.е.наличие электрического тока.

Предложенметод использования солнечной энергии без использования системы аккумуляторов,основанный на преобразовании разницы температур на поверхности и в глубинеокеана в электрическую энергию.

Американскиеэксперты считают многообещающей солнечную термоэнергию, для производствакоторой используются солнечные рефлекторы, собирающие и концентрирующие тепло исвет, при посредстве которых нагревается вода. Например, в России, наКовровском механическом заводе (г. Жуковск), выпускают солнечные тепловыеколлекторы для подогрева воды производительностью до 100 тыс. м3 в год.

Стоимостьсолнечных батарей быстро уменьшается (в 1970 г. 1кВт.ч электроэнергии, вырабатываемой с их помощью стоил 60 долларов, в 1980 г.-1 доллар, сейчас — 20-30 центов). Благодаря этому спрос на солнечные батареи растет на 25% в год, ежегодныйобъем их продажи превышает (по мощности) 40 МВт. КПД солнечных батарей,достигавший в середине 1970-х гг. в лабораторных условиях 18%, составляет внастоящее время 28,5% для элементов из кристаллического кремния и 35% — издвухслойных пластин из арсенида галлия и антипода галлия. Разработанымногообещающие элементы из тонкопленочных (1-2 мкм) полупроводниковыхматериалов: хотя их КПД низок (не выше 16% даже в лабораторных условиях),стоимость очень мала (не более 10% стоимости современных солнечных батарей).

Солнечнаяэнергия может быть использована для теплоснабжения (горячего водоснабжения, отопления),сушки различных продуктов и материалов, в сельском хозяйстве, в технологическихпроцессах в промышленности.

Солнечноетеплоснабжение получило развитие во многих зарубежных странах. Большинствоустановок солнечного теплоснабжения оборудовано солнечным коллектором. Только вСША эксплуатируются солнечные коллекторы площадь 10 млн. м/>, что обеспечивает годовуюэкономию топлива до 1,5 млн. т.

Представляется,что прямое преобразование солнечной энергии станет краеугольным камнемэнергической системы. Хотя в настоящее время фотогальванические солнечныесистемы малоэффективны и получаемая на них энергия в 4 раза дорожегелиотермической, но они тем не менее используются во многих отдаленныхрайонах. Вполне вероятно, что стоимость электроэнергии, получаемой этимспособом, быстро снизится. В ближайшее время могут появиться системы с КПД,приближающимся к 20%, а к концу текущего десятилетия ученые надеются довести стоимость1 кВт. ч электроэнергии до 10 центов.

ЭнергияСолнца, как полагают эксперты, — квинтэссенция энергетики, посколькуфотоэлектрические установки не оказывают воздействия на природную среду,бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, ненуждаются в воде. Их можно монтировать в отдаленных или засушливых районах,мощность таких установок составляет от нескольких ватт (портативные модули длясредства связи и измерительных приборов) до многих мегаватт (площадь несколькомиллионов квадратных метров).

Техническиконцентрацию солнечного излучения можно осуществить с помощью различныхоптических элементов — зеркал, линз, световодов и др. Основным энергетическимпоказателем концентратора солнечного излучения является коэффициент концентрации,который определяется как отношение средней плотности сконцентрированногоизлучения к плотности лучевого потока, который падает на отражающую поверхностьпри условии точной ориентации на Солнце.

Национальнаябезопасность любого государства связана с его устойчивым развитием, основойкоторого является надежное энергообеспечение. Поэтому ученые всего мираработают над разными энергопроектами, изучают возможные энергетическиеисточники, основываясь на их сравнении с нефтью, природным газом и углем, т.е.с невозобновляемыми ресурсами. Их доля в энергообеспечение населения Земли внастоящее время составляет соответственно 37,5- 38,0; 24,5 и 25,5%.

Доля жевозобновляемых источников (Солнца, ветра, воды) пока незначительна. В настоящеевремя ежегодный прирост мировых запасов нефти за счет вновь открываемыхместорождений составляет 0,8%, а ежегодный расход — 2%. Тогда нефти хватит до2007г., а затем наступит энергетический кризис, который негативно отразится нсудьбе каждого человека.

Поискиэкологически чистых возобновляемых локальных источников энергии, а также новыхспособов ее передачи не менее актуальны. Известен важный с этой точки зренияаргумент в пользу солнечной энергетики — катастрофически увеличивающийсяпарниковый эффект. Международное сообщество пришло к единому мнению: главныйвиновник парникового эффекта — увеличение содержания углекислого газа ватмосфере, что является следствием сжигания углеродного топлива.

Наиболееэкономичная возможность использования солнечной энергии — направлять ее наполучение вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара. Полученноежидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам илиперевозить танкерами в другие районы.

Многобедствий в районах газоносных месторождений связано с выбросами сероводородаили продуктов его переработки в атмосферу. Сероводород считается вреднойпримесью. Сейчас в промышленности сероводород окисляют кислородом воздуха пометоду Клауса и получают при этом серу, а водород связывается с кислородом. Дляочистки попутного нефтяного газа от сероводорода нами были исследованы свойстваалюмосиликатов. Изучено влияние солнечного излучения на пористость иадсорбционные свойства сорбентов. Адсорбент облучали на опытной гелиоустановкес различной длительностью. Установлено, что воздействие концентрированнымсолнечным излучением при коэффициенте концентрации лучей К=200 приводит ксуммарному увеличению пор.

Использованиелюбого вида энергии и производство электроэнергии сопровождаются образованиеммногих загрязнителей воды и воздуха. И если верно, что любой вид человеческойдеятельности неизбежно оказывает вредное воздействие на природу, то степеньэтого вреда различна. Мы не можем не влиять на среду, в которой живем,поскольку для поддержания жизненных процессов необходимо поглощать ииспользовать энергию.

Перспективысолнечной энергетики. Использования солнечной энергии может быть полезно внескольких отношениях. Во-первых, при замене ею ископаемого топлива уменьшаетсязагрязнение воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означаетсокращение импорта топлива, особенно нефти. В-третьих, заменяя атомное топливо,мы снижаем угрозу распространения атомного оружия. Наконец, солнечные источникимогут обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость от бесперебойногоснабжения топливам. Несомненно, некоторый ущерб окружающей среде может наноситьсятакже добычей руды, изготовлением аккумуляторных батарей и гораздо большимколичеством проводов и линий передачи, необходимых для сбора электроэнергии отмногочисленных ее источников. Но в целом, если учесть все затраты на охранусреды, они окажутся очень малыми.

Обзорразличных альтернативных источников энергии показывает, что на порогеширокомасштабного промышленного внедрения находятся ветротурбины и солнечныебатареи. Если добавить к этому энергосбережение, есть надежда решить встающиеэнергетические проблемы, таким образом, строительство новых атомных и тепловыхэлектростанций вовсе не обязательно. Что же касается отдаленного будущего, то впервую очередь следует разрабатывать системы запасания энергии, вырабатываемойсолнечными и ветровыми станциями.

С точкизрения окружающей среды и устойчивого развития эти альтернативные источникиэлектричества вполне надежны.

Заальтернативными источниками энергии стоит наше будущее. Необходимо объединитьусилия для борьбы за чистую планету, чистый воздух, чистую воду!


2.     ГЕЛИОУСТАНОВКИНА ШИРОТЕ 60°

 

Одним излидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария.  Здесьпостроено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фото-преобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных  коллекторных устройств для получениятепловой энергии. Программа, получившая наименование «Солар-91» иосуществляемая  под лозунгом «За энергонезависимую Швейцарию!», вносит заметныйвклад в решение  экологических проблем и энергетическую  независимость страныимпортирующей сегодня более 70 процентов энергии.

Программа«Солар-91» осуществляется  практически без поддержки государственного бюджета,в основном, за счет добровольных усилий и средств отдельных граждан, предпринимателей и муниципалитетов. К  2000-му году она предусматриваетдовести  количество гелиоустановок до 3000.  Гелиоустановку на кремниевыхфотопреобразователях, чаще всего мощностью  2-3 кВт, монтируют на крышах ифасадах  зданий. Она занимает примерно 20-30 квадратных метров. Такая установкавырабатывает в год в среднем 2000 кВт/ч электроэнергии, что достаточно дляобеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома и зарядки бортовыхаккумуляторов электромобиля. Дневной избыток энергии в летнюю  пору направляютв электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в ночные часы,энергия может быть бесплатно  возвращена владельцу гелиоустановки.

Крупные фирмымонтируют на крышах  производственных корпусов гелиостанций  мощностью до 300кВт. Одна такая станция  может покрыть потребности предприятия в  энергии на50-70%.     

В районахальпийского высокогорья, где  нерентабельно прокладывать линии электропередач,строятся автономные гелиоустановки с аккумуляторами.     

Опытэксплуатации свидетельствует, что  Солнце уже в состоянии обеспечитьэнергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в стране. Гелиоустановки,располагаясь  на крышах и стенах зданий, на шумозащитных ограждениях автодорог,на транспортных  и промышленных сооружениях не требуют  для размещениядорогостоящей сельскохозяйственной или городской территории. 

Автономнаясолнечная установка у поселка Гримзель дает электроэнергию для круглосуточногоосвещения автодорожного тоннеля. Вблизи города Шур солнечные панели, смонтированные на 700-метровом участке  шумозащитного ограждения, ежегодно дают100 кВт электроэнергии. Солнечные панели  мощностью 320 кВт, установленные позаказу фирмы Biral на крыше ее производственного корпуса в Мюнзингене, почтиполностью  покрывают технологические потребности  предприятия в тепле иэлектроэнергии. 

Современнаяконцепция использования  солнечной энергии наиболее полно выражена пристроительстве корпусов завода оконного стекла в Арисдорфе, где солнечнымпанелям общей мощностью 50 кВт еще при  проектировании была отведенадополнительная роль элементов перекрытия и  оформления фасада.

КПДкремниевых фотопреобразователей  при сильном нагреве заметно снижается и, поэтому, под солнечными панелями проложены вентиляционные трубопроводы дляпрокачки наружного воздуха. Нагретый воздух  работает как теплоносительколлекторных устройств. Темно-синие, искрящиеся на солнце фотопреобразователина южном и западном фасадах административного корпуса, отдавая в сеть 9 кВтэлектроэнергии, выполняют роль декоративной облицовки .


3.     ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИСОЛНЕЧНОЙ  ЭНЕРГИИ

Гелиоэнергетика(гелио… [греч. Helios — солнце] — первая составная часть сложных слов,означающая: относящийся к солнцу или солнечным лучам) развивается быстрымитемпами в самых разных направлениях. Солнечными батареями в просторечииназывают и электрические и нагревательные устройства. Следует подчеркнутьразницу между элементами.

Различают триосновных преобразователя солнечной энергии в электрическую:

1. Фотоэлектрическиепреобразователи- ФЭП — полу-проводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию вэлектричество. Несколько объединённых ФЭП называются солнечной батареей (СБ).

2. Гелиоэлектростанции(ГЕЭС)-солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение вкачестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой,газотурбинной, термоэлектрической и др.).

3. Солнечныеколлекторы (СК)-солнечные нагревательные низкотемпературные установки.

Подробнееразберем каждый из этих преобразователей, обратя внимание на малоиспользуемыйвид преобразователей солнечной энергии- химические преобразователи.

3.1. Фотоэлектрические преобразователи3.1.1.       Видыфотоэлектрических преобразователей

Наиболееэффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращениясолнечной энергии в электрическую (т.к. это прямой, одноступенчатый переходэнергии) являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).При характерной для ФЭП равновесной температуре порядка 300-350 Кельвинов и Т солнца~ 6000 К их предельный теоретический КПД >90 %. Это означает, что, врезультате оптимизации структуры и параметров преобразователя, направленной наснижение необратимых потерь энергии, вполне реально удастся поднятьпрактический КПД до 50% и более ( в лабораториях уже достигнут КПД 40%).

Теоретическиеисследования  и практические разработки, в области фотоэлектрическогопреобразования солнечной энергии подтвердили возможность реализации стольвысоких значений КПД с ФЭП и определили основные пути достижения этой цели.

Преобразованиеэнергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородныхполупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Неоднородностьструктуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводникаразличными примесями (создание p — n-переходов)  или путём соединения различныхполупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны-энергии отрываэлектрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт измененияхимического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширинызапрещённой зоны (создание варизонных структур ). Возможны также различныекомбинации перечисленных способов. Эффективность преобразования зависит отэлектрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, атакже оптических свойств ФЭП, среди которых наиболее важную роль играетфотопроводимость, обусловленная явлениями внутреннего фотоэффекта вполупроводниках при облучении их солнечным светом. Принцип работы ФЭП можнопояснить на примере преобразователей с p-n- переходом, которые широкоприменяются в современной солнечной и космической энергетике.Электронно-дырочный переход создаётся путём легирования пластинкимонокристаллического полупроводникового материала с определённым типомпроводимости (т.е. или p- или n- типа) примесью, обеспечивающей созданиеповерхностного слоя с проводимостью противоположного типа. Концентрациялегирующей примеси в этом слое должна быть значительно выше, чем концентрацияпримеси в базовом (первоначальном монокристалле) материале, чтобынейтрализовать имеющиеся там основные свободные носители заряда и создатьпроводимость противоположного знака. У границы n-и p- слоёв в результатеперетечки зарядов образуются обеднённые зоны с нескомпенсированным объёмнымположительным зарядом в n-слое и объёмным отрицательным зарядом в p-слое. Этизоны в совокупности и образуют p-n-переход. Возникший на переходе потенциальныйбарьер (контактная разность потенциалов) препятствует прохождению основныхносителей заряда, т.е. электронов со стороны p-слоя, но беспрепятственнопропускают неосновные носители в противоположных направлениях. Это свойствоp-n-переходов и определяет возможность получения фото-ЭДС при облучении ФЭПсолнечным светом. Созданные светом в обоих слоях ФЭП неравновесные носителизаряда (электронно-дырочные пары ) разделяются на p-n-переходе: неосновныеносители (т.е.электроны) свободно проходят через переход, а основные (дырки)задерживаются. Таким образом, под действием солнечного излучения черезp-n-переход в обоих направлениях будет протекать ток неравновесных неосновныхносителей заряда- фотоэлектронов и фотодырок, что как раз и нужно для работыФЭП. Если теперь замкнуть внешнюю цепь, то электроны из n-слоя, совершив работуна нагрузке, будут возвращаться в p-слой и там рекомбинировать (объединяться) сдырками, движущимися внутри ФЭП в противоположном направлении. Для сбора иотвода электронов во внешнюю цепь на поверхности полупроводниковой структурыФЭП имеется контактная система. На передней, освещённой поверхностипреобразователя контакты выполняются в виде сетки или гребёнки, а на тыльноймогут быть сплошными. Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:

Ø отражениемсолнечного излучения от поверхности преобразователя,

Ø прохождениемчасти излучения через ФЭП без поглощения в нём,

Ø рассеянием натепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,

Ø рекомбинациейобразовавшихся фотопар на поверхностях и в объёме ФЭП,

Ø внутренним сопротивлениемпреобразователя,

Ø и некоторымидругими физическими процессами.

Дляуменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются и успешноприменяется различные мероприятия. К их числу относятся:

ü использованиеполупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённойзоны;

ü направленноеулучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легированияи создания встроенных электрических полей;

ü переход отгомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;

ü оптимизацияконструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n-перехода, толщины базовогослоя, частоты контактной сетки и др.);

ü применениемногофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулированиеи защиту ФЭП от космической радиации;

ü разработка ФЭП,прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосыпоглощения;

ü созданиекаскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоныполупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение,прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

Такжесущественного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт созданияпреобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже имеющемусяКПД одной стороны), применения люминесцентно переизлучающих структур,предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральныеобласти с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) споследующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП и т.д.5

В системахпреобразования энергии СЭС (солнечных электростанций) в принципе могут бытьиспользованы любые созданные и разрабатываемые в настоящее время типы ФЭПразличной структуры на базе разнообразных полупроводниковых материалов, однаконе все они удовлетворяют комплексу требований к этим системам:

· высокая надёжность при длительном (десяткилет!) ресурсе работы;

· доступность исходных материалов вдостаточном для изготовления элементов системы преобразования количестве ивозможность организации их массового производства;

· приемлемые с точки зрения сроковокупаемости энергозатраты на создание системы преобразования;

· минимальные расходы энергии и массы,связанные с управлением системой преобразования и передачи энергии(космос), включая ориентацию и стабилизацию станции в целом;

· удобство техобслуживания.

Так,например, некоторые перспективные материалы трудно получить в необходимых длясоздания СЭС количествах из-за ограниченности природных запасов исходного сырьяи сложности его переработки. Отдельные методы улучшения энергетических иэксплутационных характеристик ФЭП, например, за счёт создания сложных структур,плохо совместимы с возможностями организации их массового производства принизкой стоимости и т.д. Высокая производительность может быть достигнута лишьпри организации полностью автоматизированного производства ФЭП, например наоснове ленточной технологии, и создании развитой сети специализированныхпредприятий соответствующего профиля, т.е. фактически целой отраслипромышленности, соизмеримой по масштабам с современной радиоэлектроннойпромышленностью. Изготовление солнечных элементов и сборка солнечных батарей наавтоматизированных линиях обеспечит снижение себестоимости модуля батареи в2-2,5 раза.
В качестве наиболее вероятных материалов для фотоэлектрических системпреобразования солнечной энергии СЭС в настоящее время рассматривается кремнийи арсенид галлия (GaAs), причём в последнем случае речь идёт огетерофотопреобразователях (ГФП) со структурой AlGaAs-GaAs.

 ФЭП(фотоэлектрические преобразователи) на основе соединения мышьяка с галлием(GaAs), как известно, имеют более высокий, чем кремниевые ФЭП, теоретический КПД,так как ширина запрещённой зоны у них практически совпадает с оптимальнойшириной запрещённой зоны для полупроводниковых преобразователей солнечнойэнергии =1,4 эВ. У кремниевых этот показатель =1,1 эВ.

Вследствиеболее высокого уровня поглощения солнечного излучения, определяемого прямымиоптическими переходами в GaAs, высокие КПД ФЭП на их основе могут быть полученыпри значительно меньшей по сравнению с кремнием толщине ФЭП. Принципиальнодостаточно иметь толщину ГФП 5-6 мкм для получения КПД порядка не менее 20 %,тогда как толщина кремниевых элементов не может быть менее 50-100мкм беззаметного снижения их КПД. Это обстоятельство позволяет рассчитывать насоздание лёгких плёночных ГФП, для производства которых потребуетсясравнительно мало исходного материала, особенно если в качестве подложкиудастся использовать не GaAs, а другой материал, например синтетический сапфир(Al2 O3).

ГФП обладаюттакже более благоприятными с точки зрения требований к преобразователям СЭСэксплутационными характеристиками по сравнению с кремниевыми ФЭП. Так, вчастности, возможность достижения малых начальных значений обратных токовнасыщения в p-n-переходах благодаря большой ширине запрещённой зоны позволяетсвести к минимуму величину отрицательных температурных градиентов КПД иоптимальной мощности ГФП и, кроме того, существенно расширять область линейнойзависимости последней от плотности светового потока. Экспериментальныезависимости КПД ГФП от температуры говорят о том, что повышение равновеснойтемпературы последних до 150-180 °С не приводит к существенному снижению их КПДи оптимальной удельной мощности. В то же время для кремниевых ФЭП повышениетемпературы выше 60-70 °С является почти критическим — КПД падает вдвое.

Благодаряустойчивости к высоким температурам арсенид-галлиевые ФЭП позволяют применять кним концентраторы солнечного излучения. Рабочая температура ГФП на GaAs доходитдо 180 °С, что уже является вполне рабочими температурами и для тепловыхдвигателей, паротурбин. Таким образом, к 30-процентному собственному КПДарсенид-галлиевых ГФП (при 150°C) можно прибавить КПД теплового двигателя,использующего сбросовое тепло охлаждающей фотоэлементы жидкости. Поэтому общийКПД установки, которая к тому же использует и третий цикл отборанизкотемпературного тепла у охлаждающей жидкости после турбины на обогревпомещений — может быть даже выше 50-60 %.

Также ГФП наоснове GaAs в значительно меньшей степени, чем кремниевые ФЭП, подверженыразрушению потоками протонов и электронов высоких энергий вследствие высокогоуровня поглощения света в GaAs, а также малых требуемых значений времени жизнии диффузионной длины неосновных носителей. Более того, эксперименты показали,что значительная часть радиационных дефектов в ГФП на основе GaAs исчезаетпосле их термообработки ( отжига) при температуре как раз порядка 150-180 °С.Если ГФП из GaAs будут постоянно работать при температуре порядка 150 °С, тостепень радиационной деградации их КПД будет относительно небольшой напротяжении всего срока активного функционирования станций ( особенно этокасается космических солнечных энергоустановок, для которых важен малые вес иразмер ФЭП и высокий КПД).

В целом можнозаключить, что энергетические, массовые и эксплутационные характеристики ГФП наоснове GaAs в большей степени соответствуют требованиям СЭС и СКЭС (космич.),чем характеристики кремниевых ФЭП. Однако кремний является значительно болеедоступным и освоенным в производстве материалом, чем арсенид галлия. Кремнийшироко распространён в природе, и запасы исходного сырья для создания ФЭП наего основе практически неограниченны. Технология изготовления кремниевых ФЭПхорошо отработана и непрерывно совершенствуется. Существует реальнаяперспектива снижения стоимости кремниевых ФЭП на один — два порядка привнедрении новых автоматизированных методов производства, позволяющих вчастности, получать кремниевые ленты, солнечные элементы большой площади ит.п.

Цены накремниевые фотоэлектрические батареи снизились за 25 лет в 20-30 раз с 70-100долл/ватт в семидесятых годах вплоть до 3,5 долл/ватт в 2000 г. и продолжаютснижаться далее. На Западе ожидается переворот в энергетике в момент переходацены 3-долларового рубежа. По некоторым расчётам, это может произойти уже в 2002 г., а для России с нынешними энерготарифами этот момент наступит при цене 1 ватта СБ 0,3-0,5доллара, то есть, при на порядок более низкой цене. Тут играют роль вместевзятые: тарифы, климат, географические широты, способности государства креальному ценообразованию и долгосрочным инвестициям. В реально действующихструктурах с гетеропереходами КПД достигает на сегодняшний день более 30%, а воднородных полупроводниках типа монокристаллического кремния — до 18%. Среднеезначение КПД в солнечных батареях на монокристаллическом кремнии сегодня около12%, хотя достигает и 18%. Именно, в основном, кремниевые СБ можно видетьсегодня на крышах домов разных стран мира.

В отличие откремния галлий является весьма дефицитным материалом, что ограничивает возможностипроизводства ГФП на основе GaAs в количествах, необходимых для широкоговнедрения.

Галлийдобывается в основном из бокситов, однако рассматривается также возможностьего получения из угольной золы и морской воды. Самые большие запасы галлиясодержатся в морской воде, однако его концентрация там весьма невелика, выходпри извлечении оценивается величиной всего в 1% и, следовательно, затраты напроизводство будут, вероятно, чрезмерно большими. Технология производства ГФПна основе GaAs с использованием методов жидкостной и газовой эпитаксии(ориентированного роста одного монокристалла на поверхности другого {наподложке} ), не развита ещё до такой степени, как технология производствакремниевых ФЭП и в результате этого стоимость ГФП сейчас существенно выше (напорядки) стоимости ФЭП из кремния.

В космическихаппаратах, где основным источником тока являются солнечные батареи и где оченьважны понятные соотношения массы, размера

и КПД,главным материалом для солн. батарей, конечно, является арсенид галлия. Оченьважна для космических СЭС способность этого соединения в ФЭП не терять КПД принагревании концентрированным в 3-5 раз солнечным излучением, чтосоответственно, снижает потребности в дефицитном галлии. Дополнительный резервэкономии галлия связан с использованием в качестве подложки ГФП не GaAs, асинтетического сапфира (Al2O3).Стоимость ГФП при ихмассовом производстве на базе усовершенствованной технологии будет, вероятно,также значительно снижена, и в целом стоимость системы преобразования системыпреобразования энергии СЭС на основе ГФП из GaAs может оказаться вполнесоизмеримой со стоимостью системы на основе кремния. Таким образом, в настоящеевремя трудно до конца отдать явное предпочтение одному из двух рассмотренныхполупроводниковых материалов- кремнию или арсениду галлия, и лишь дальнейшееразвитие технологии их производства покажет, какой вариант окажется болеерационален для наземной и космической солнечных энергетик. Постольку-посколькуСБ выдают постоянный ток, то встаёт задача трансформации его в промышленныйпеременный 50 Гц ,220 В. С этой задачей отлично справляется специальный классприборов- инверторы.

3.1.2.  Расчетфотоэлектрической системы.

Использоватьэнергию солнечных элементов можно также как и энергию других источниковпитания, с той разницей, что солнечные элементы не боятся короткого замыкания.Каждый из них предназначен для поддержания определенной силы тока при заданномнапряжении. Но в отличии от других источников тока характеристики солнечногоэлемента зависят от количества падающего на его поверхность света. Например,набежавшее облако может снизить выходную мощность более чем на 50%. Кроме тогоотклонения в технологических режимах влекут за собой разброс выходныхпараметров элементов одной партии. Следовательно, желание обеспечитьмаксимальную отдачу от фотоэлектрических преобразователей приводит кнеобходимости сортировки элементов по выходному току. В качестве наглядногопримера “вшивой овцы портящей все стадо” можно привести следующий: в разрывводопроводной трубы большого диаметра врезать участок трубы с гораздо меньшимдиаметром, в результате водоток резко сократится. Нечто аналогичное происходити в цепочке из неоднородных по выходным параметрам солнечных элементов.

Кремниевыесолнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзяописать простой формулой типа закона Ома. Вместо нее для объясненияхарактеристик элемента можно пользоваться семейством простых для пониманиякривых — вольтамперных характеристик (ВАХ)

/>

Напряжениехолостого хода, генерируемое одним элементом, слегка изменяется при переходе отодного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы изготовителя к другойи составляет около 0.6 В. Эта величина не зависит от размеров элемента. Поиному обстоит дело с током. Он зависит от интенсивности света и размераэлемента, под которым подразумевается площадь его поверхности.

Элементразмером 100/>100 мм в 100 разпревосходит элемент размером 10/>10 мм и,следовательно, он при той же освещенности выдаст ток в 100 раз больший.

Нагружаяэлемент, можно построить график зависимости выходной мощности от напряжения,получив нечто подобное изображенному на рис.2

Пиковаямощность соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильнооценить качество солнечного элемента, а также ради сравнения элементов междусобой в одинаковых условиях, необходимо

/>

нагрузить еготак, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В. После того, как солнечныеэлементы подобраны для работы, необходимо их спаять. Серийные элементы снабженытокосъемными сетками, которые предназначены для припайки к ним проводников.

Батареи можносоставлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка изпоследовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельноцепочки, получив так называемое последовательно-параллельное соединение.

Важныммоментом работы солнечных элементов является их температурный режим. Принагреве элемента на один градус свыше 25оС он теряет в напряжении0,002 В, т.е. 0,4 %/градус. На рис.3 приведено семейство кривых ВАХ длятемператур 25о С и 60о С.

/>

В яркийсолнечный день элементы нагреваются до 60-70оС теряя 0,07-0,09 Вкаждый. Это и является основной причиной снижения КПД солнечных элементов,приводя к падению напряжения, генерируемого элементом.

КПД обычного солнечногоэлемента в настоящее время колеблется в пределах 10-16 %. Это значит, чтоэлемент размером 100/>100 мм пристандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт.

Всефотоэлектрические системы можно разделить на два типа: автономные и соединенныес электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки энергии в сеть,которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита энергии.

Автономнаясистема в общем случае состоит из набора солнечных модулей, размещенныхна опорной конструкции или на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллераразряда — заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Солнечные модулиявляются основным компонентом для построения фотоэлектрических систем. Онимогут быть изготовлены с любым выходным напряжением.

После тогокак солнечные элементы подобраны — их необходимо спаять. Серийные элементыснабжены токосъемными сетками для припайки к ним проводников. Батареи можносоставлять в любой комбинации.

Простейшейбатареей является цепочка из последовательно соединенных элементов.

Можносоединить эти цепочки параллельно, получив так называемое последовательно-параллельноесоединение. Параллельно можно соединять лишь цепочки (линейки) с идентичнымнапряжением, при этом их токи согласно закону Кирхгофа суммируются.

При наземномиспользовании они обычно используются для зарядки аккумуляторных батарей (АКБ)с номинальным напряжением 12 В. В этом случае, как правило, 36 солнечныхэлементов соединяются последовательно и герметизируются посредством ламинациина стекле, текстолите, алюминии. Элементы при этом находятся между двумя слоямигерметизирующей пленки, без воздушного зазора. Технология вакуумной ламинациипозволяет выполнить это требование. В случае воздушной прослойки между защитнымстеклом и элементом, потери на отражение и поглощение достигли бы 20-30 % посравнению с 12 % — без воздушной прослойки.

Электрическиепараметры солнечного элемента представляются как и отдельного солнечногоэлемента в виде вольтамперной кривой при стандартных условиях ( Standart TestConditions), т.е., при солнечной радиации 1000 Вт/м2, температуре — 25оС и солнечном спектре на широте 45о(АМ1,5).

/>

Точкапересечения кривой с осью напряжений называется напряжением холостого хода — Uxx,точка пересечения с осью токов – током короткого замыкания Iкз.

Максимальнаямощность модуля определяется как наибольшая мощность при STC (Standart TestConditions).

Напряжение,соответствующее максимальной мощности, называется напряжением максимальной мощности(рабочим напряжением — Up ), а соответствующий ток — токоммаксимальной мощности (рабочим током — Ip ).

Значениерабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов, таким образом,будет около 16…17 В (0,45….0,47 В на элемент) при 25о С.

Такой запаспо напряжению по сравнению с напряжением полного заряда АКБ (14,4 В) необходимдля того, чтобы компенсировать потери в контроллере заряда-разряда АКБ (о немречь пойдет позже), а в основном — снижение рабочего напряжения модуля принагреве модуля излучением: температурный коэффициент для кремния составляетоколо минус 0,4 %/градус (0,002 В/градус для одного элемента).

Следуетзаметить, что напряжение холостого хода модуля мало зависит от освещенности, вто время как ток короткого замыкания, а соответственно и рабочий ток, прямопропорциональны освещенности.

Такимобразом, при нагреве в реальных условиях работы, модули разогреваются дотемпературы 60-70оС, что соответствует смещению точки рабочегонапряжения, к примеру, для модуля с рабочим напряжением 17 В — со значения 17 Вдо 13,7-14,4 В (0,38-0,4 В на элемент).

Исходя извсего выше сказанного и надо подходить к расчету числа последовательносоединенных элементов модуля.

Еслипотребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплектудобавляется инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное.

/>

Под расчетомФЭС понимается определение номинальной мощности модулей, их количества, схемысоединения; выбор типа, условий эксплуатации и емкости АКБ; мощностей инвертораи контроллера заряда-разряда; определение параметров соединительных кабелей.

Прежде всего,надо определить суммарную мощность всех потребителей, подключаемыходновременно. Мощность каждого из них измеряется в ваттах и указана в паспортахизделий. На этом этапе уже можно выбрать мощность инвертора, которая должнабыть не менее, чем в 1,25 раза больше расчетной. Следует иметь в виду, чтотакой хитрый прибор как компрессорный холодильник в момент запуска потребляетмощность в 7 раз больше паспортной. Номинальный ряд инверторов 150, 300, 500,800, 1500, 2500, 5000 Вт. Для мощных станций (более 1кВт) напряжение станциивыбирается не менее 48 В, т.к. на больших мощностях инверторы лучше работают сболее высоких исходных напряжений.

Следующийэтап — это определение емкости АКБ. Емкость АКБ выбирается из стандартного рядаемкостей с округлением в сторону, большую расчетной. А расчетная емкостьполучается простым делением суммарной мощности потребителей на произведение напряженияАКБ на значение глубины разряда аккумулятора в долях.

Например,если суммарная мощность потребителей 1000 Вт/>чв сутки, а допустимая глубина разряда АКБ 12 В — 50 %, то расчетная емкостьсоставит:

1000 / (12 />0,5) = 167 А/>ч

При расчетеемкости АКБ в полностью автономном режиме необходимо принимать во внимание иналичие в природе пасмурных дней в течении которых аккумулятор должен обеспечиватьработу потребителей.

Последнийэтап — это определение суммарной мощности и количества солнечных модулей. Длярасчета потребуется значение солнечной радиации, которое берется в периодработы станции, когда солнечная радиация минимальна. В случае круглогодичногоиспользования — это декабрь.

В разделе “метеорология”даны месячные и суммарные годовые значения солнечной радиации для основныхрегионов России, а также с градацией по различным ориентациямсветовоспринимающей плоскости.

Взяв оттудазначение солнечной радиации за интересующий нас период и разделив его на 1000,получим так называемое количество пикочасов, т.е., условное время, в течениикоторого солнце светит как бы с интенсивностью 1000 Вт/м2.

Например, дляшироты Москвы и месяца-июля значение солнечной радиации составляет 167 кВтч/м2при ориентации площадки на юг под углом 40о к горизонту. Это значит,что среднестатистически солнце светит в июле 167 часов (5,5 часов в день) синтенсивностью 1000 Вт/м2, хотя максимальная освещенность в полденьна площадке, ориентированной перпендикулярно световому потоку, не превышает700-750 Вт/м2.

Модульмощностью Рw в течении выбранного периода выработает следующееколичество энергии :

W = k PwE / 1000, где Е — значение инсоляции за выбранный период, k- коэффициент равный0,5 летом и 0,7 в зимний период.

Этоткоэффициента делает поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагревена солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей втечении дня.

Разница в егозначении зимой и летом обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.

Исходя изсуммарной мощности потребляемой энергии и приведенной выше формулы — легкорассчитать суммарную мощность модулей. А зная ее, простым делением ее намощность одного модуля, получим количество модулей.

При созданииФЭС настоятельно рекомендуется максимально снизить мощность потребителей.Например, в качестве осветителей использовать (по возможности) тольколюминесцентные лампы. Такие светильники, при потреблении в 5 раз меньшем,обеспечивают световой поток, эквивалентный световому потоку лампы накаливания.

Для небольшихФЭС целесообразно устанавливать ее модули на поворотном кронштейне дляоптимального разворота относительно падающий лучей. Это позволит увеличитьмощность станции на 20-30 %.

3.1.3.  Немногооб инверторах. 

Инверторы или преобразователи постоянного тока в переменный ток, предназначены дляобеспечения качественного электропитания различной аппаратуры и приборов вусловиях отсутствия или низкого качества электросети переменного тока частотой50 Гц напряжением 220 В, различных аварийных ситуациях и т. п.

Инверторпредставляет собой импульсный преобразователь постоянного тока напряжением 12(24, 48, 60) В в переменный ток со стабилизированным напряжением 220 В частотой50 Гц. Большинство инверторов имеет на выходе СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ напряжениеСИНУСОИДАЛЬНОЙ формы, что позволяет использовать их для электропитанияпрактически любого оборудования и приборов.

 Конструктивноинвертор выполнен в виде настольного блока. На передней панели инверторарасположены выключатель работы изделия и индикатор работы преобразователя. Назадней панели изделия находятся выводы (клеммы) для подключения источникапостоянного тока, например, АКБ, вывод заземления корпуса инвертора, отверстиес креплением вентилятора (охлаждение), трёхполюсная евро розетка дляподключения нагрузки.

Стабилизированное напряжение навыходе инвертора позволяет обеспечить качественное электропитание нагрузки приизменениях/колебаниях напряжения на входе, например при разряде АКБ, иликолебаниях тока, потребляемого нагрузкой. Гарантированная гальваническаяразвязка источника постоянного тока на входе и цепи переменного тока снагрузкой на выходе инвертора позволяют не предпринимать дополнительных мер дляобеспечения безопасности работы при использовании различных источниковпостоянного тока или какого-либо электрооборудования. Принудительное охлаждениесиловой части и низкий уровень шума при работе инвертора позволяют, с однойстороны, обеспечить хорошие массогабаритные показатели изделия, с другойстороны, при данном типе охлаждения не создают неудобств при эксплуатации ввиде шума.

Ø   Встроеннаяпанель управления с электронным табло

Ø   Потенциометремкости, который позволяет делать возможным точные регулировки

Ø   Нормализованнаяпланка с подключением по выводам: WE WY  STEROW

Ø   Встроенныйоборот торможения

Ø   Радиаторс вентилятором

Ø   Эстетичноекрепление

Ø   Питание230 V — 400 V

Ø   Перегрузка150% — 60s

Ø   Времяразбега 0,01...1000 секунд

Ø   Встроенныйэлектрический фильтр, класса А

Ø   Рабочаятемпература: от -5°C — до +45°C

Ø   ПортRS 485

Ø   Регулированиешага частоты: 0,01 Hz — 1 кHz

Ø   Классзащиты IP 20

Ø  Функциональнообеспечивает: повышение, снижение частоты, контроль перегрузки, перегрева.

3.2. Гелиоэлектростанции.

Гелиоэнергетическиепрограммы приняты более чем в 70 странах — от северной Скандинавии до выжженныхпустынь Африки. Устройства, использующие энергию солнца, разработаны дляотопления, освещения и вентиляции зданий, небоскрёбов, опреснения воды,производства электроэнергии. Такие устройства используются в различныхтехнологических процессах. Появились транспортные средства с «солнечнымприводом»: моторные лодки и яхты, солнцелеты и дирижабли с солнечнымипанелями. Солнцемобили, вчера сравниваемые с забавным автоаттракционом, сегодняпересекают страны и континенты со скоростью, почти не уступающей обычномуавтомобилю.

 Концентраторы солнечного излучения. С детства многие помнят, что спомощью собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. Впромышленных установках линзы не используются: они тяжелы, дороги и трудны визготовлении. Сфокусировать солнечные лучи можно и с помощью вогнутого зеркала.Оно является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в которомпараллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала. Если в фокусзеркала поместить трубу с водой, то она нагреется. Таков принцип действиясолнечных преобразователей прямого действия.

Наиболееэффективно их можно использовать в южных широтах, но и в средней полосе онинаходят применение. Зеркала в установках используются либо традиционные — стеклянные, либо из полированного алюминия.

Техническиконцентрацию можно осуществлять с помощью различных оптических элементов-зеркал, линз, световодов и пр., однако при высоких уровнях мощностиконцентрируемого излучения практически целесообразно использовать лишьзеркальные отражатели.

Основнымэнергетическим показателем концентратора солнечного излучения являетсякоэффициент концентрации, который определяется как отношение средней плотностисконцентрированного излучения к плотности лучевого потока, падающего наотражающую поверхность при условии точной ориентации на Солнце.

Концентрирующаяспособность реальных систем значительно ниже Пред (Пред = 46 160 ), но такжеопределяется прежде всего геометрией концентратора и угловым радиусомсолнечного диска. Существенно на неё влияет и отражательная способностьзеркальной поверхности, особенно в случае многократных отражений.

Высокопотенциальныесистемы концентрации должны иметь конфигурацию, близкую к форме поверхностейвращения второго порядка- параболоида, эллипсоида, гиперболоида или полусферы. Тольков этом случае может быть достигнута плотность излучения, в сотни и тысячи разпревышающая солнечную постоянную.

Наиболееэффективные концентраторы солнечного излучения имеют форму: цилиндрическогопараболоида; параболоида вращения;
плоско-линейной линзы Френеля. Параболоидная конфигурация имеет явноепреимущество перед другими формами по величине концентрирующей способности.Поэтому именно они столь широко распространены в гелиотехнических системах.Оптимальный угол раскрытия реальных параболоидных концентраторов, в отличие отугла идеального параболоид. концентратора (45град.), близок к 60 град. Солнечнаяэнергия может непосредственно преобразовываться в механическую. Для этогоиспользуется двигатель Стирлинга ( двигатель внешнего сгорания,пример-паровоз). Если в фокусе параболического зеркала диаметром 1,5 м установить динамический преобразователь, работающий по циклу Стирлинга, получаемой мощностидостаточно, чтобы поднимать с глубины 20 метров 2 куб.м. воды в час. В реальных гелиосистемах плоско-линейная линза Френеля используется редко из-за еевысокой стоимости. Первые попытки использования солнечной энергии на широкойкоммерческой основе относятся к 80-м годам нашего столетия. Крупнейших успеховв этой области добилась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 годавведена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт.
Здесь же, в Калифорнии, в 1994 году введено еще 480 МВт электрической мощности,причем, стоимость 1 кВтч энергии — 7...8 центов. Это ниже, чем на большинстветрадиционных станций. (Атомные станции США ~ 15 центов за 1Квт.). В ночные часыи зимой энергию дает, в основном, газ, а летом в дневные часы — солнце. ФирмаLoose Industries на солнечно-газовой электростанции в Калифорнии используетсистему параболоцилиндрических длинных отражателей в виде желоба. В его фокусепроходит труба с теплоносителем — дифенилом, нагреваемым до 350°С.  Желоб поворачиваетсядля слежения за солнцем только вокруг одной оси (а не двух, как плоскиегелиостаты). Это позволило упростить систему слежения за солнцем.

На острове Сицилия еще в начале 80-х годов дала ток солнечнаяэлектростанция мощностью 1 МВт. Принцип ее работы тоже башенный. Зеркалафокусируют солнечные лучи на приемнике, расположенном на 50-метровой высоте.Там вырабатывается пар с температурой более 600 °С, который приводит в действиетрадиционную турбину с подключенным к ней генератором тока. Неоспоримо доказано,что на таком принципе могут работать электростанции мощностью 10–20 МВт, атакже и гораздо больше, если группировать подобные модули, подсоединяя их другк другу.

Несколько иного типа электростанция вАлькерии на юге Испании. Ее отличие в том, что сфокусированное на вершину башнисолнечное тепло приводит в движение натриевый круговорот, а тот уже нагреваетводу до образования пара. У такого варианта ряд преимуществ. Натриевыйаккумулятор тепла обеспечивает не только непрерывную работу электростанции, нодает возможность частично накапливать избыточную энергию для работы в пасмурнуюпогоду и ночью. Мощность испанской станции имеет всего 0,5 МВт. Но на еепринципе могут быть созданы куда более крупные – до 300 МВт. В установках этоготипа концентрация солнечной анергии настолько высока, что КПД паротурбинногопроцесса здесь ничуть не хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях.

По мнению специалистов, наиболеепривлекательной идеей относительно преобразования солнечной энергии являетсяиспользование фотоэлектрического эффекта в полупроводниках.

Электростанцияв Калифорнии проде-монстрировала, что газ и солнце, как основные источникиэнергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтомуне случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступатьразличные виды жидкого или газообразного топлива.

3.2.1.  Типыгелиоэлектростанций

В настоящеевремя строятся солнечные электростанции в основном двух типов:СЭС башенноготипа и СЭС распределенного (модульного) типа.

 Идея,лежащая в основе работы СЭС башенного типа, была высказана более 350 лет назад,однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965 г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССРи в других странах.

В 1985 г. в п. Щелкино Крымской области была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечнаяэлектростанция СЭС-5 электрической мощностью 5 МВт;  1600 гелиостатов (плоскихзеркал) площадью 25,5 м2 каждый, имеющих коэффициент  отражения0,71, концентрируют солнечную энергию на центральный приемник в виде открытогоцилиндра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором.

/>

 В башенныхСЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающимстепень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительносложна, так как  требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляетсяс помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычноиспользуется водяной пар с температурой до 550 оС, воздух идругие газы — до 1000 оС, низкокипящие органические жидкости (втом числе фреоны) — до 100  оС, жидкометаллические теплоносители- до 800  оС.

Главнымнедостатком башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая занимаемаяплощадь. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт  требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт  — всего 50 га. Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны,их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250 м.

В СЭСраспределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждыйиз которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения иприемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен сэлектрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеетмощность 12,5 МВт.

При небольшоймощности СЭС модульного типа более экономичны чем башенные. В СЭС модульноготипа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии смаксимальной степенью концентрации около 100.

Всоответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн. км2 насуше и 18 млн. км2  в океане.

СЭС на базесолнечных прудов значительно дешевле СЭС других типов, так как они не требуютзеркальных отражателей со сложной системой ориентации, однако их можносооружать только в районах с жарким климатом.

В солнечномпруду происходит одновременное улавливание и накапливание солнечной энергии вбольшом объеме жидкости. Обнаружено, что в некоторых естественных соленыхозерах температура воды у дна может достигать 70 оС. Этообусловлено высокой концентрацией соли. В обычном водоеме поглощаемая солнечнаяэнергия нагревает в основном поверхностный   слой     и      эта      теплота      довольно   быстро   теряется,

/>

особенно вночные часы и при холодной ненастной погоде из-за испарения воды и теплообменас окружающим воздухом. Солнечная энергия, проникающая через всю массу жидкостив солнечном пруду, поглощается окрашенным в темный цвет дном и нагреваетприлегающие слои жидкости, в результате чего температура ее может достигать90-100  оС, в то время как температура поверхностного слояостается на уровне 20  оС. Благодаря высокой теплоемкости водыв солнечном пруду за летний сезон накапливается большое количество теплоты, ивследствие низких тепловых потерь падение температуры в нижнем слое в холодныйпериод года происходит медленно, так что солнечный пруд служит сезоннымаккумулятором энергии. Теплота к потребителю отводится из нижней зоны пруда

Обычноглубина пруда составляет 1-3 м. На 1 м 2 площади прудатребуется 500-1000 кг поваренной соли, ее можно заменить хлоридом магния.

Наиболеекрупный из существующих солнечных прудов находится в местечке Бейт-Ха-Арава вИзраиле. Его площадь составляет 250 000 м 2. Он используетсядля производства электроэнергии. Электрическая мощность энергетическойустановки, работающей по циклу Ренкина, равна 5 МВт.  Себестоимость 1  кВт/>ч электроэнергии значительнониже, чем на СЭС других типов.

Описанныйэффект достигается благодаря тому, что по глубине солнечного прудаподдерживается градиент поваренной соли, направленный сверху вниз, т.е. весьобъем жидкости как бы разделен на три зоны, концентрация соли по глубинепостепенно увеличивается и достигает максимального значения на нижнем уровне.Толщина этого слоя составляет 2/3 общей глубины водоема. В нижнем конвективномслое концентрация соли максимальна и равномерно распределена в объеме жидкости.Итак, плотность жидкости максимальна у дна пруда и минимальна у его поверхностив соответствии с распределением концентрации соли. Солнечный пруд служитодновременно коллектором и аккумулятором теплоты и отличается низкой стоимостьюпо сравнению с обычными коллекторами солнечной энергии. Отвод теплоты изсолнечного пруда может осуществляться либо посредством змеевика, размещенного внижнем слое жидкости, либо путем отвода жидкости из этого слоя в теплообменник,в котором циркулирует теплоноситель. При первом способе меньше нарушаетсятемпературное расслоение жидкости в пруду, но второй способ теплотехническиболее эффективен и экономичен.

Солнечныепруды могут быть использованы в гелиосистемах отопления и горячеговодоснабжения жилых и общественных зданий, для получения технологическойтеплоты, в системах конденсирования воздуха абсорбционного типа, дляпроизводства электроэнергии.

3.3. Солнечныйколлектор.

В ЦентральнойАзии на  каждый квадратный метр поверхности, находящийся перпендикулярносолнечным лучам, падает 800—1000 Ватт энергии за 1 час, то естьпримерно 1 кВт/ч. А 1 кВт/ч — это то количество энергии, которое необходимо,чтобы 10-ти тонный грузовик с места разогнался до скорости 100 км/ч!!!

Собрать ииспользовать эту энергию для нагрева воды, Вам поможет солнечныйводонагреватель-коллектор.

Особенностьколлекторов состоит в том, что лучевоспринимающая поверхность обработанакомпонентами, которые обеспечивают максимальное тепловосприятие за счет ихизбирательности к тепловому спектру солнечного потока и нагревают воду,проходящую по трубкам внутри.

/>Солнечный водонагреватель-коллекторсостоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб.Короб стационарно устанавливается под углом 30-50/> сориентацией на южную сторону. Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступаетв нижнюю часть короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой,поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, длядуша либо для других бытовых нужд.

Для нагрева 100 литров воды солнечная установка должна иметь 2- 3 м/> солнечныхколлекторов. Такая водонагревательная установка в солнечный день обеспечитнагрев воды до температуры 90°С. В зимний период до 50°С.

В климатическихусловиях Центральной Азии солнечные водонагреватели-коллекторы особенноэффективны.

 Плоскийсолнечный водонагреватель-коллектор – устройство с поглощающей панелью плоскойконфигурации и плоской прозрачной изоляцией для поглощения энергии Солнца.

Это плоскаятепловоспринимающая панель – абсорбер, площадью 1- 2 м/>, в которой имеются каналыдля жидкости. Поверхность этой панели, обращенная к Солнцу — черная, длялучшего нагрева. Для снижения тепловых потерь она устанавливается в корпус,выполненный в виде плоской рамы. Снизу панель теплоизолированна, а сверхузащищена прозрачной изоляцией — специальным стеклом, пластиком или пленкой.

В качестветепловоспринимающей панели можно использовать любой металлический илипластмассовый лист с каналами для теплоносителя. Металлические абсорберыизготавливаются из алюминия или стали двух типов: лист-труба и штампованныепанели (труба в листе). Пластмассовые панели не находят широкого примененияиз-за быстрого старения под действием солнечных лучей и малой теплопроводности.

 Длядостижения более высоких температур теплоносителя поверхность панели покрываютспектрально-селективными слоями, активно поглощающими коротковолновое излучениесолнца и снижающими ее собственное тепловое излучение в длинноволновой частиспектра. Слои создаются на основе «черного никеля», «черного хрома», окиси медина алюминии, окиси меди на меди.

Другим способомулучшения характеристик плоских  коллекторов является создание вакуумамежду тепловоспринимающей панелью и прозрачной изоляцией для уменьшениятепловых потерь (вакуумные солнечные коллекторы четвертого поколения).

Вакуумныйсолнечный водонагреватель-коллектор

В вакуумномводонагревателе-коллекторе объем, в котором находится черная поверхность,поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды ва куумированнымпространством, что позво ляет практически полностью устранять по тери теплоты вокружающую среду за счет теплопроводности и конвекции. Потери на излучение взначительной степени подав ляются за счет применения селективногопокрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал,теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120 — 160°С .

Существуетнесколько типов вакуумных солнечных водонагревателей-коллекторов.

1. Вакуумный солнечный водонагреватель-коллектор низкогодавления (открытый контур) с термосифонной системой.

Термосифонныесистемы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая водастремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен вышеколлектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче иестественно поднимается в верхнюю часть бака. Тем временем, более прохладнаявода в баке течет вниз в трубки, таким образом начинается циркуляция во всейсистеме. В маленьких системах, бак объединен с коллектором и не рассчитан намагистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо сподачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давлениередукторы.

2. Вакуумный солнечный водонагреватель-коллектор магистрального давления,термосифон со встроенным теплообменником.

Термосифон совстроенным теплообменником обеспечивает возможность работы при магистральномдавлении. Нагревается теплоноситель через теплообменник из спиральной меднойтрубы, расположенный внутри теплоаккумулятора. Принцип работы этого типасолнечного водонагревателя такой же как и у обычного термосифона низкогодавления. Но вместо того, чтобы использовать воду непосредственно втеплоаккумуляторе, коллектор магистрального давления использует медныйспиральный теплообменник в баке. Преимущество в том, что систему можноиспользовать при низком качестве воды, потому что практически отсутствуеткоррозия и образование накипи внутри вакуумных трубок и теплоаккумулятора. Длярайонов с низкими температурами теплоаккумулятор заполняют антифризом.

1. Кран для заполнения и слива бака 2. Вход коллектора 3. Теплоноситель бака 4. медныйспиральный теплообменник 5. Атмосферный канал 6. Выходколлектора 7. Выход горячей воды 8. Теплоносительтеплоаккумулятора 9 . Вход холодной воды

3.Вакуумныйсолнечный водонагреватель-коллектор с выносным баком (СВНУ активного типа,закрытый контур).

Наиболееэффективные и распространенные солнечные водонагреватели. Легко встраивается всуществующие системы отопления или горячего водоснабжения. Подходят для всехтипов климата и рекомендуются для районов с низкими температурами (до -50°С) инизкими значениями солнечной радиации. Оснащенный контроллером, коллекторавтоматически поддерживает самые оптимальные параметры циркуляции, имеет режимантизамерзания, обеспечивает заданную температуру. При не достаточной солнечнойактивности контроллер может включать дополнительный электронагреватель,установленный в теплоаккумуляторе.

3.3.1.  Коллекториз Норвегии.

В Норвегииразработан новый солнечный коллектор из строительных пластмасс, в основекоторого лежит принцип объединения занимаемой солнечной поверхности системы свнутренней системой горячей воды. Большое число установленных систем как водносемейных домах, так и в больших зданиях доказало осуществимость иэкономическую благоприятность концепции.

Системавключает в себя солнечную крышу/фасад, тепловой резервуар без давления иэтажную систему нагрева, действующую при минимальной температуре, установленныевсе вместе без теплообменников. Настоящая солнечная система является системойобратной утечки. Единственный контроллер регулирует внутреннюю температуру, управляетсолнечным насосом и обслуживает вспомогательный источник тепла.

Коллекторсостоит из модульного строительного элемента для крыш и фасадов, базируемого наширине 60 см, и различных стандартных длинах от 175 см до 520 см. Алюминиевые контуры, обрамляющие модули, обеспечивают легкость монтажа. Двойнойтрубопровод, размещенный внизу области коллектора, позволяет быструю, легкуюсборку. Коллектор доступен также в версии для горизонтального водного потока.Коллектор был разработан в сотрудничестве между SolarNor AS и General ElectricPlastics. Специальный пластический материал, NORYL(r) PX507, обеспеченныйGeneral Electric Plastics в качестве части совместного проекта EUREKA,предлагает необходимую долговечность в отношении высокой температуры и влажныхусловий. Канальная структура двустенного листа заполнена керамическимигранулами. Гранулы вызывают капиллярный эффект, когда вода следует через канал,приводя к удалению воздуха, который присутствует в коллекторе во времябездействия солнечной системы, и обеспечивая желаемую передачу тепла.Операционное давление — ниже атмосферного, что является особенностью, весьмаважной с экономической точки зрения. Количество высококачественных, дорогихпластмасс может быть существенно снижено (поскольку механическое напряжениеминимизировано), приводя к общей стоимости коллектора порядка 650 норвежскихкрон за квадратный метр. Коллектор заменяет другие строительные материалыаналогичной стоимости. Эскиз коллектора (см. рисунок) показывает различныеэлементы коллекторного модуля. Верхний слой образует двустенный поликарбонатныйлист (LEXAN(r) Thermoclear) толщиной 6 мм, который может заменяться укрепленным стеклом. Между внешним листом и поглотителем есть воздушный промежутоктолщиной 12 мм. Листы свободны расширяться в алюминиевой раме с каждой стороны.Коллектор размещается на кровати из минерального волокна и прикрепляетсявинтами к деревянным полосам. Вся область коллектора обрамляется штампованнымиалюминиевыми контурами, снабженными специальными резиновыми креплениями. Зазорымежду модулями коллектора также закрываются резиновыми полосами. Эффективностьсолнечного коллектора изучалась различными исследовательскими институтами вовремя разработки концепции. Основное ограничение в проекте коллектора связано снеобходимостью избегать температур в состоянии бездействия при максимальной лучевойинтенсивности, превышающей 147°С, из-за свойств пластмасс. В дополнение кколлектору система SolarNor включает также тепловой резервуар, этажную системунагрева и контроллер. Контроллер является центральным звеном в проекте системы.

Этаконцепция, объединяющая солнечное пространство с нагревом домашней горячейводы, превосходно исполнена в большом количестве установок в односемейных домахи в больших зданиях. Благодаря интеграции системы в здание, а также множествуупрощений по сравнению с обычными нагревательными системами стоимостьзначительно понижается, делая использование солнечной энергииконкурентоспособным. В типичном применении полная стоимость системы, включаямонтаж, будет варьироваться в диапазоне от 1000 до 1500 норвежских крон заквадратный метр.

3.3.2.  Солнечныйколлектор “Альтэн-1”

Солнечныйколлектор АЛЬТЭН-1  служит для нагрева воды за счет солнечной энергии ииспользуется в     системах    горячего  водоснабжения и  отопления домов, неимеющих централизованного энергоснабжения. В течение одного солнечного дняколлектор может нагреть около 150 литров воды до температуры 60-70°C. Абсорбер коллектора, поглощающий солнечную радиацию, выполнен из алюминиевых профилей с пазами,в которые вставляются и запрессовываются тонкостенные латунные трубки дляпротекания теплоносителя. Лицевая сторона алюминиевых профилей имеетвысокоэффективное селективное покрытие, а вокруг абсорбера расположена оболочкаиз двухслойного ячеистого поликарбоната.

Параметрыколлектора:

Ø размеры наружнойпрозрачной оболочки — 2,171м х 1,180м

Ø материал наружнойпрозрачной оболочки — двухслойный ячеистый 8мм поликарбонат«Полигаль»

Ø размерыповерхности абсорбера — 1.987м x 1.117м

Ø селективноепокрытие абсорбера:

    коэффициент поглощения = 0,94

               коэффициент излучения = 0,05

Ø внутреннийдиаметр латунных трубок до запрессовки — 11мм

Ø задняя тепловаяизоляция — стекловолокно и двухслойный ячеистый 8мм поликарбонат«Полигаль»

Ø температурастагнации = 183 °C

Ø вес сухогоколлектора — 33,5 кг

3.4.    Химические преобразователи солнечной энергии

Современная энергетика опирается главным образом на такие источники, вкоторых запасена солнечная энергия (СЭ). Прежде всего это ископаемые видытоплива, для образования которых требуются миллионы лет. В своей деятельностичеловечество с постоянно возрастающими темпами растрачивает их поистинегигантский запас. Истощение месторождений нефти, угля и природного газанеизбежно, и, по различным оценкам, время, отпущенное на то, чтобыпереключиться на альтернативные источники энергии (солнечную, океаническую,ветровую, вулканическую), составляет 100-150 лет. Большой интерес также представляют поиски химических способов аккумулирования СЭ.

Диапазониспользования солнечного излучения чрезвычайно широк. Энергией Солнца питаютсявысоко температурные установки, концентрирующие поток лучей с помощью зеркал. Вкачестве аккумуляторов энергии в них используются как физические теплоносители,так и некоторые неорганические вещества, способные к циклическим реакциямтермического разложения- синтеза (оксиды, гидраты, сульфаты, карбонаты).Устройства другого типа преобразуют энергию излучения в электрическую, тепловуюили энергию химических реакций посредством фотофизических или фотохимическихпроцессов. Среди фотохимических путей преобразования СЭ наиболее значимымиявляются следующие:

·Фотокаталитическоеразложение воды под действием металлокомплексных соединений;

Создание«солнечных фотоэлектролизёров», основанных на фотоэлектронных переносах илифотогальваническом эффекте;

Фотосинтез — наиболее эффективный биохимический способ преобразования энергии Солнца.

Наряду с нимизначительный интерес представляют химические системы, способные аккумулироватьСЭ в виде энергии напряжения химических связей. Такие системы удовлетворятьтребованиям, которые относятся как к фотохромному реагенту А и продукту В, таки к параметрам процесса.

А ↔ В +ΔН.

Основныетребования сводятся следующему:

Реагент Адолжен поглощать свет в УФ и видимых частях спектра (400-650 нм), так как более50% СЕ, достигающей Земли, распределено в области 300-700 нм. Фотоизомер В,наоборот, не должен поглощать в этой области, чтобы избежать фотоинициированияобратной реакции. Во избежание потерь энергии оба компонента должны бытьнелюминесцирующими;

Обратнаяреакция должна иметь значительный тепловой эффект (>300 Дж/г);

Для длительногосохранения запасённой фотопродуктом В энергии активационный барьер термическогоперехода В→А должен быть достаточно большим – порядка 100 кДж/моль;

Прямаяфотохимическая реакция должна характеризоваться высоким квантовым выходом,обратная подвержена каталитическому ускорению или тепловому инициированию;

Прямой иобратный процессы должны характеризоваться высокими степенями превращения иотсутствием побочных продуктов;

Вещества А иВ должны достаточно дешёвыми, доступными, нетоксичными, взрывобезопасными ихимически устойчивыми по отношению к атмосферной влаге и воздуху.

Среди органических систем, удовлетворяющих указанным выше условиям,наиболее важными являются следующие:

Валентнаяизомеризация нитрон – оксазиридин;

Геометрическая(Е)↔(Z) изомеризация производных индиго;

Геометрическаяизомеризация N – ацилированных аминов и нитрилов споследующей внутримолекулярной перегруппировкой;

Термическиобратимая реакция фотодимеризации производных антрацена.

Циклические реакции фотораспада – термической рекомбинации свойственны инекоторым неорганическим системам, например фоторазложению нитрозилхлорида:

NOCl → NO + 1/2Cl/>

Основноепреимущество органических систем перед неорганическими связано с возможностьюширокого варьирования строения молекул с целью улучшения их спектральныххарактеристик как аккумуляторов и преобразователей СЭ.

 Системанорборнадиен – квадрициклан.

Исследования,проводимые в последние годы, указывают на перспективность использования систем,для которых характерна фотоинициируемая валентная изомеризация по типу(2π+2π) – циклоприсоединения. В этих реакциях две π – связипреобразуются в две σ – связи с образованием циклобутанового производного.

Как правило,в подобных системах термодинамическое равновесие полностью смещено в сторонуреагента.

Рассмотримболее детально один из наиболее перспективных объектов для такого родапревращений – норборнадиен  (бицикло   гепта – 2,5 – диен) и его производные.Соединения норборнадиенового ряда могут быть достаточно легко синтезированы пореакции дневного синтеза. Реагентами для получения норборнадиен производныхявляются крупнотоннажные продукты органического синтеза – циклопентадиен иацетилен.

Норборнадиен– интересная и во многом уникальная молекула. Это редкий пример 1,4 – диеновыхуглеводородов, в которых такое расположение двойных связей является наиболее термодинамическиустойчивым.

Использованиесенсиблизаторов.

Фотопревращениенезамещённого норборнадиена в квадрициклан характеризуется низким квантовымвыходом, который, однако, может быть значительно повышен при использованиисенсибилизаторов. Наилучшие результаты получены при использовании солей медиили фенилкетонов. Однако и в этих системах имеются недостатки: во-первых, они“работают” только в УФ – области спектра; во-вторых, комплексы Cu окисляются до соединений Cu(||), не проявляющих фотоактивности,а кетоны химически взаимодействуют с норборнадиеном при облучении, образуяпродукты фотоприсоединения. Эти причины затрудняют практическое использованиетакого рода сенсибилизаторов.

Глобальнаяэкологическая проблема предъявляет к химико – технологическим процессам всёболее жёсткие требования. В этих условиях фотохимические методы, которыепозволяют весьма избирательно подводить энергию и использовать её в химическихпревращениях, могут сыграть важную роль. Свет представляет собой как быбезынерционный химический реагент, не дающий отходов. Тем не менее в настоящеевремя фотохимические процессы в крупномасштабном производстве имеют подчинённоезначение прежде всего потому, что ещё не решены сложные сопутствующиетехнические проблемы. Всё сказанное выше в полной мере относится к системенорборнадиен – квадрициклан. Её практическая ценность очевидна. В некоторыхразвитых странах уже проводятся разработки малогабаритных экспериментальныхустановок, работающих на норборнадиене, для обогрева зданий, садовых домиков,теплиц.

Однако напути крупномасштабного использования тепловой энергии, выделяющейся прикаталитическом превращении квадрициклана в норборнадиен, имеются препятствияэкономического характера. Так, в настоящее время стоимость тепла (в видеводяного пара), получаемого этим способом, в 50 – 100 раз превышает аналогичныепоказатели для традиционных методов. Необходима дальнейшая модификация этихсистем. Основные направления усовершенствования: увеличение числа рабочихциклов до 10000 и выше, повышение квантового выхода и конверсии норборнадиена вкаждом цикле, а также удешевление синтеза производных норборнадиена, обладающихподходящими спектральными характеристиками. Тем не менее созданиемалогабаритных установок может быть оправданно и сегодня – для солнечныхрегионов, удалённых от других источников энергии, для искусственных спутников.


4.     КОСМИЧЕСКИЕСОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ4.1. Описаниетиповой космической электростанции

Конструктивныйоблик типовой крупномасштабной космической солнечной электростанции в основномопределен. При полезной мощности энергосистемы 5 млн. кВт электростанция будетпредставлять собой грандиозное сооружение массой 20—50 тыс. т. Площадьсолнечного коллектора, основанного на малоэффективном, но простом и надежномфотоэлектрическом способе преобразования энергии, составит около 50 км2.Другой, более эффективный термодинамический способ преобразования отличаетсяналичием сложных систем, включая узлы вращения, большой материалоемкостьюконструкции, но габариты коллектора-концентратора солнечного излучения у негобудут существенно меньшими.

Электростанция,выведенная на геостационарную орбиту (высота 36 тыс. км), «повиснет» над однойточкой земной поверхности и станет, круглосуточно освещаемая Солнцем,практически непрерывно вырабатывать электроэнергию  и передавать ее на Землю.Солнечные энергоустановки малой мощности успешно работают на геостационарнойорбите в составе спутников связи. Принципиально новой является система направленнойпередачи энергии по каналу «космос—Земля». Передача энергии на Землю из космосавозможна с помощью сверхвысокочастотного или лазерного излучений. Первый способпредпочтительнее по ряду причин: СВЧ-излучение беспрепятственно проникаетсквозь толщу атмосферы, не боится туманов и грозовых туч. У него сравнительнонизкие потери при прямом и обратном преобразовании энергии. Диаметр передающейантенны принимается равным 1 км. Излучаемый такой антенной пучок попадает наприемную антенну, диаметр которой составляет не менее 10 км. Здесь его энергия преобразовывается в электрический ток промышленной частоты, которыйнаправляется в энергосистему страны.

Преимуществолазерного метода заключается в формировании узкого луча, в малых размерахпередающего и приемного устройств. Однако эффективность прямого и обратногопреобразования энергии является невысокой, велики также потери лазерногоизлучения в атмосфере.

Суммарнаяэффективность процесса производства, передачи и приема энергии для всейэнергосистемы, включая космическую и наземную части, оценивается в 5—20%, в томчисле производство электроэнергии — 10—30%, передача-прием энергии — в 50—70%.

Для выведенияс Земли на низкую опорную орбиту только одной космической солнечнойэлектростанции потребуется не менее 200 пусков грузовых сверхмощныхракет-носителей, грузоподъемность которых составляет не менее 200 т. Приразвертывании и эксплуатации космической солнечной электростанции потребуютсядополнительные орбитальные комплексы — грузовые и пассажирские корабли-буксиры,сборочно-монтажные и ремонтно-эксплуатационные станции, наземный центруправления системой.

Созданиеэнергосистемы нового типа потребует больших расходов. Только разработкакосмической солнечной электростанции, включая НИОКР и создание первогополномасштабного образца электростанции, требует 100 млрд. долл. В эту суммувходят расходы на создание сверхмощных грузовых ракет-носителей, межорбитальныхбуксиров, сборочно-монтажных и ремонтно-эксплуатационных станций. Развертываниесистемы из 60 космических солнечных электростанций с соответствующими наземнымиприемными устройствами потребует дополнительно 1 трлн. (1012) долл.

При ресурсеработы каждой электростанции 30 лет, темпах ввода в эксплуатацию 2 шт/год иэксплуатационных расходах около 500 млн. долл/год на каждую электростанциюзатраты на 1 кВт установленной мощности составят 4—5 тыс. долл., а коммерческаяцена вырабатываемой электроэнергии 8—10 цент/кВт-ч.

Следуетотметить, что возмещение затрат на разработку системы (1011 долл.)предполагается осуществлять только через 20—30 лет после начала работ. Этоозначает удвоение расходов из-за необходимости оплаты процентов на ссуду.Возможность выделения таких средств встретит большие трудности. Напомнимчитателю, что разработка технических средств по программе «Аполлон» потребовала25 млрд. долл., а эксплуатация системы началась через 8 лет после начала работ.Изыскание этих средств в 60-е годы встретило значительные трудности, которыебыли преодолены политическим руководством США на волне антикоммунистическойкампании под лозунгом противостояния мнимому господству СССР в космосе.

Если учесть,что установленная мощность одного кВт действующих наземных солнечныхэлектростанций составляет не более 1000 долл., а цена производимой ими энергии4—6 цент/кВт·ч, то может быть сделан основополагающий вывод онецелесообразности создания космических солнечных электростанций на базесуществующей и разрабатываемой техники.

В целом порезультатам выполненных научно-исследовательских и проектно-поисковых работмогут быть сделаны следующие основные выводы:

Ø  Создание системыкосмических солнечных электростанций, предназначенных для энергоснабженияназемных потребителей из космоса, представляет собой реальную, техническивыполнимую задачу. Однако проблемы, которые предстоит при этом разрешить,серьезны и многочисленны.

Ø  К середине XXIвека с помощью космических солнечных электростанций могут быть обеспечены 10—20% потребностей в электроэнергии для промышленно развитых стран мира, акосмическая энергосистема сможет стать одним из основных источниковэлектроэнергии для человечества. Развертывание в космосе системы солнечныхэлектростанций позволит создать базу для индустриализации космоса и разработкивнеземных ресурсов, расширит возможности колонизации космоса.

Ø  Для реализациирассмотренных проектов крупномасштабных космических солнечных электростанцийпотребуются грандиозные капиталовложения, возмещение которых начнется толькочерез 20—30 лет после начала работ. Это вызовет беспрецедентное напряжениеэкономики страны — разработчика системы.

Ø  Существующиенеопределенности в прогностической оценке проектных характеристик космическойэнергосистемы и сопутствующих комплексов (прежде всего грузовых ракет-носителей)не позволяют с достаточной достоверностью определить технико-экономическиепоказатели и эффективность системы. Задаваясь оптимистическими значениямиудельных параметров космической электростанции, наземной приемной станции исопутствующих комплексов, можно получить нижнюю оценку стоимости вырабатываемойэлектроэнергии порядка 10 цент/кВт·ч, что не позволяет обеспечить конкуренцию страдиционными энергосистемами.

Ø  На текущем этаперабот недопустимо мало известно об экологических аспектах программы и возможныхпоследствиях воздействия СВЧ-излучения и пусков многочисленных ракет-носителейна здоровье людей, животный и растительный мир Земли, климат.

Ø  Приданиепрограмме создания космических солнечных электростанций международногохарактера позволит построить более эффективную систему за счет реализацииоптимальных технических решений, распределить риск, улучшить перспективы сбыта,устранить возможность экономического господства страны-разработчика.

Ø  Предложенные в70—80-х годах варианты экспериментальных, демонстрационных и маломасштабныхкосмических солнечных электростанций основываются на традиционныхпроектно-конструктивных принципах и отличаются низкой эффективностью исущественной неэкономичностью. Маломасштабные образцы космических солнечных электростанцийне позволяют обеспечить финансирование последующих этапов работ.

Ø  Выделениесколько-нибудь значительных финансовых ресурсов на программу космическихсолнечных электростанций, даже если это будет происходить в рамкахмеждународной программы, представляется в ближайшей перспективе маловероятным.

4.2. Маломасштабнаякосмическая электростанция

Известны двеальтернативные точки зрения на ход дальнейших работ по космическим солнечнымэлектростанциям. В соответствии с первой предлагается полностью прекратитьразработки по космической энергетике для наземных нужд. Согласно второй —широко развернуть научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы сцелью создания полноразмерных эксплуатационных образцов электростанций.

Негативныйвзгляд на перспективу использования космических электростанций обосновываетсядороговизной проекта, экологической неопределенностью, отсутствием эффективных,легких и дешевых преобразователей солнечной энергии в электрическую, несоответствиемвозможностей ракетно-космической техники выдвигаемым требованиям. Академик Ж.И. Алферов вместе с энергетиками и экономистами считает, что фактическикосмический вариант гелиоэнергетики давно «похоронила экономика. Идея…совершенно нереальная».

По мнениюдругой группы ученых, в их числе доктора физико-математических наук В. А.Ванке,  Л. В. Лесков и другие, прекращение работ по космическим солнечнымэлектростанциям было бы большой ошибкой. Все трудности, стоящие на путипрактической реализации проекта, могут быть успешно преодолены. К моментусоздания первых эксплуатационных образцов электростанций, а это 20-е годы XXIвека, стоимость электроэнергии, вырабатываемой на Земле, может возрасти дозначений 20—25 центов/кВт-ч, в связи с чем космические электростанции будутуспешно конкурировать с наземными источниками энергии.

Полемикамежду сторонниками и противниками космической гелиоэнергетики ведется наконференциях и симпозиумах, на страницах специальных и популярных журналов.Фактически решается судьба целого направления в энергетике; ошибка в выборепути развития солнечной энергетики может привести к многомиллиардным потерям,отразиться на судьбах грядущих поколений.

Разрешитьспор непросто. По технико-экономическим показателям космическая гелиоэнергетикасущественно уступает традиционным источникам энергии. Но быстро развиваетсянаука, совершенствуется техника. То, что сегодня в производстве сложно идорого, завтра может стать простым и дешевым.

Требуетсяобъективно разобраться в этом сложном вопросе, в котором заинтересованныестороны занимают крайние позиции.

Первая,«нигилистическая», позиция при всей очевидной целесообразности экономикифинансовых и материальных ресурсов может привести к застою в технике, так какисключает возможность технологического прорыва, предусматривающего организациюпланомерного научно-технического поиска на стыках наук и соответствующеефинансирование исследований. Вторая, «экстремистская», позиция предполагаетсоздание космических электростанций небывалых габаритов и масс. Ошибочностьтакого подхода может быть продемонстрирована на историческом примере.Предположим, что планом ГОЭЛРО предусматривалось бы создание сетиэлектростанций типа Красноярской ГЭС с уровнем вырабатываемой мощности 5 млн.кВт без разработки и многолетней эксплуатации Каширской, Волховской,Днепровской и др. электростанций малой и средней мощности. Очевидно, что такойплан был бы обречен на неудачу. Существуют определенные закономерности присоздании сложных технических систем, последовательность выполнения отдельныхэтапов: проведение НИОКР и экспериментов, разработка эксплуатационныхпрототипов малой размерности, накопление опыта, возмещение затрат на разработкуи только после этого переход к созданию крупномасштабных изделий повышеннойрентабельности.

Сторонники«экстремистских» взглядов не учитывают этих строгих закономерностей, ониисключают из программы работ целые этапы. Предлагается иной подход корганизации работ по космической гелиоэнергетике. В основу подхода положенпринцип поэтапного наращивания мощностей космических солнечных электростанций содновременным обеспечением рентабельности системы. На повестку дня встаетзадача разработки мало-, средне- и крупномасштабных образцов космическойсолнечной электростанции с уровнем вырабатываемой мощности 100 кВт, 1 МВт, 10МВт, 100 МВт и 1000 МВт. Только после освоения малого уровня полезной мощности,получения необходимого опыта и возмещения произведенных затрат можно будетпереходить к последующему этапу.

Принципиальныхтрудностей создания космических энергоустановок предложенного ряда нет.Сотрудниками НПО «Энергия» в настоящее время разрабатывается универсальнаякосмическая платформа (УКП) с солнечной энергоустановкой, снабженнаянеобходимыми для длительной работы в космосе служебными системами. На УКП можетразмещаться разнообразная целевая аппаратура, в том числе аппаратура,осуществляющая формирование и излучение СВЧ-пучка в направлении наземнойприемной станции. В печати сообщалось, что сверхмощная ракета-носитель«Энергия» выводит на геостационарную орбиту полезный груз массой 18 т. Такаяплатформа может стать основой для построения малоразмерной космическойсолнечной электростанции полезной мощностью около 100 кВт. Проблема заключаетсяв создании высокоэффективной системы передачи-приема энергии с приемлемымиапертурами излучающей и принимающей антенн, а также в обеспечениирентабельности энергоснабжения наземных потребителей из космоса.

Известноетехническое решение высокоэффективной системы передачи-приема энергии вСВЧ-диапазоне электромагнитных волн предполагает развертывание в космосе и наЗемле антенн больших апертур. При дальностях передачи порядка 40 тыс. км,частоте колебаний 2,45 ГГц и КПД тракта передачи около 90% произведениедиаметров передающей и приемной антенн не должно быть меньше 10 км2.Для базового варианта космической солнечной электростанции большой мощностиапертуры антенн выбраны равными 1 км в космосе и 10 км на Земле. Попытка уменьшить размеры антенн для маломасштабных электростанций до приемлемыхвеличин (например, до 30 и 300 м) приводит к катастрофическому падению КПД дозначений, составляющих доли процента. Очевидно, что система направленнойпередачи-приема энергии для маломасштабных электростанций должна строиться наиных принципах. Разработка такой системы, использующей малые апертуры, откроетдорогу к созданию маломасштабных космических солнечных электростанций, которыемогут найти широкое применение в народном хозяйстве.

Потребностьнародного хозяйства в источниках энергии малой и средней мощности велика. Впустынях, в отдаленных районах, на Крайнем Севере, на островах в Мировом океанеразмещаются разнообразные производства, энергоснабжение которых традиционнымиметодами затруднено, требует больших затрат и приводит к загрязнению окружающейсреды. Таким локальным производственным комплексом может быть малый рудник вЯкутии, доставка топлива для энергоснабжения которого представляет собойсложную и дорогостоящую задачу. Рядом с рудником может быть развернута приемнаяантенна ограниченных размеров, на которую из космоса направляетсяэнергетический луч. Рудник и жилой поселок при нем непрерывно и круглосуточноснабжаются электроэнергией из космоса. Если удельные капитальные затратысоставят около 1000 долл/кВт, а цена за электроэнергию не будет превышать 50центов/кВт-ч, то создание такой электростанции станет целесообразным.

4.3. Позволит лиэкономика?

Стоимостьустановленной мощности космических солнечных электростанций оценивается, какуже было сказано, в 4—5 тыс. долл/кВт. По мнению некоторых специалистов, этацифра занижена и затраты на 1 кВт установленной мощности могут возрасти до 10тыс. долл. и более. Если учесть, что удельная стоимость альтернативныхисточников электроэнергии меньше (наземные солнечные электростанции— 1 тыс.долл/кВт, термоядерные электростанции — 2—3 тыс. долл/кВт), то целесообразностьсоздания космической энергосистемы становится сомнительной. При этом возникаетвопрос — почему при всех очевидных преимуществах утилизации солнечной энергии вкосмосе экономическая эффективность энергосистемы оказывается невысокой?

Рассмотримосновные системы космической солнечной электростанции — солнечный коллектор исистему передачи-приема энергии, а также средства выведения электростанции вкосмос — грузовые сверхмощные ракеты-носители. Стоимость широко применяемых напрактике фотоэлектрических преобразователей, предназначенных для работы вкосмосе, более чем на порядок превышает стоимость своих наземных аналогов. Этовызвано необходимостью обеспечить радиационную стойкость, применениемдорогостоящих материалов, усложнением технологического процесса производстваэлементов, малой производительностью действующих технологических линий. С развитиемкосмической гелиоэнергетики разница в стоимостях, вероятно, будет сокращаться;цены на фотоэлектрические преобразователи одной площади для наземного икосмического применений будут отличаться в 2 или 3 раза.

Техническиреализуемая и высокоэффективная беспроводная линия передачи-приема энергии вСВЧ-диапазоне волн предполагает развертывание антенн большой апертуры (диаметры 1 км и 10 км соответственно). Производство и создание в космосе и на Землеподобных циклопических сооружений потребует многомиллиардных затрат, которыедля наземных электростанций полностью отсутствуют, ибо генерируемаяэлектроэнергия непосредственно поступает в промышленную сеть. Уменьшениеапертур излучающего и приемного устройств, снижение удельной массыСВЧ-генераторов и их стоимости позволили бы значительно сократить удельныекапитальные затраты.

Выведениеэлементов космической солнечной электростанции с Земли на геостационарнуюорбиту стоит дорого. Сегодня стоимость выведения полезного груза с Земли нанизкую опорную орбиту составляет около 10 тыс. долл/кг. Предположим, что врезультате прогресса в ракетной технике эта стоимость уменьшится на два порядкаи составит 100 долл/кг. Тогда при удельной массе космической солнечнойэлектростанции 10 кг/кВт (масса 50 тыс. т, полезная мощность — 5 млн. кВт)относительная стоимость выведения в космос одного киловатта мощности составит1000 долл/кВт. Таким образом, только выведение элементов солнечнойэлектростанции на низкую орбиту потребует расходов, равных полным капитальнымзатратам при создании наземных солнечных электростанций. При этом принятаяудельная стоимость выведения (100 долл/кг) является недопустимо заниженной.Парадокс заключается в том, что достижение даже этих предельныхтехнико-экономических показателей не позволит конкурировать с наземнымисолнечными электростанциями. Требуется дополнительное снижение затрат навыведение грузов в космос, причем для обеспечения конкурентоспособностинеобходимо довести стоимость транспортировки грузов до значений 20—30 долл/кг,что практически неосуществимо на основе реактивных принципов разгона макротел вгравитационном поле Земли.

Внимательныйчитатель, вероятно, обратил внимание на разницу в удельных параметрахкосмической солнечной электростанции и транспортных систем. Если в проектполномасштабной электростанции большой мощности (5 млн. кВт) заложеныхарактеристики, достигнутые на летных или экспериментальных образцах (КПДсолнечных батарей — 12%, КПД передачи-приема энергии — 60%, удельная массасолнечного коллектора — 0,5 кг/м2), то удельные параметрытранспортной системы близки к предельным, возможность и сроки достижениякоторых в настоящее время неясны. Причина этого заключается в отсутствиикакого-либо опыта разработки и эксплуатации солнечных электростанций и взначительном заделе по ракетам-носителям, позволяющем прогнозироватьсовершенствование средств выведения, а также в прямом влиянии стоимостивыведения на капитальные затраты по космической энергосистеме.

Для определениявозможности создания полномасштабных космических солнечных электростанций ивысокоэффективных ракет-носителей низкой стоимости требуется проведениебольшого объема научно-исследовательских и экспериментальных работ, чтоотодвигает сроки начала реализации программы далеко за 2000 г.


5. СОЛНЦЕМОБИЛЬСЕГОДНЯ.

Пятьдесятлет назад, 31 августа 1955 года, в Чикаго на выставке достижений концернаGeneral Motors впервые был показан прототип транспортного средства на солнечныхбатареях. Модель автомобильчика длиной чуть более фута с дюжиной селеновыхфотоэлементов на крыше и одним миниатюрным электромоторчиком тихонько ползалавокруг павильона. Рядом с ней гордо ходил ее создатель, американский инженерУильям Кобб. Тогда его исследования финансировались, и он искренне верил, чточерез пару десятилетий, скажем, по дорогам солнечной Калифорнии будут вовсюколесить бесшумные и экологически чистые солнцемобили. Тем более что КПДсолнечных батарей постоянно рос, разрабатывались все более совершенныефотоэлементы. Однако вскоре исследования свернули и про электромобили наэнергии нашего светила забыли на три с лишним десятилетия.

Вспомнилипро них экологи: в конце 80-х — начале 90-х годов ХХ века ими были построеныпервые шоу-кары, использующие солнечную энергию. К тому времени КПДфотоэлементов вырос до 15 процентов, и ездили такие машинки довольно шустро,развивая скорость до сотни километров в час. Тут же нашлись энтузиасты этогодела, ведь если появляется возможность на чем-то посоревноваться, гонщики тутже находятся — солнцемобили начали строить по всему миру. А потом в гонкувключились университеты, исследовательские центры и автоконцерны, ведь этопрекрасная реклама. К тому же на таких авто можно отрабатывать различныевысокие технологии, например, испытывать высокоэкономичные электродвигатели,компактные, легкие и емкие аккумуляторы и, наконец, те же самые солнечныебатареи. Кстати, в последней сфере недавно произошел настоящий прорыв — исследовательская компания Spectrolab, входящая в состав корпорации Boeing,разработала фотоэлементы, способные преобразовывать в электрический ток 36%солнечной энергии.

Солнцемобилив большинстве своем машины уникальные. В их конструкции используютсяоригинальные технические решения и новейшие материалы. Отсюда и очень высокаяцена. Например, двухместный солнцемобиль «Мечта» обошелся японскойавтомобильной компании «Хонда» в 2 миллиона долларов. Но деньги былипотрачены не напрасно. Трассу трансавстралийского ралли 1996 года протяженностью 3000 км он прошел со средней скоростью почти 90 км/ч, а на прямом скоростномучастке достиг 135 км/ч. Рекорд «Мечты» до сих пор никем не побит.Солнцемобиль — это электромобиль, снабжен-ный фото-электрическимипреобразователями (сол-нечными батареями) достаточно большой мощности, вкоторых энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговыйдвигатель и заряжающий аккумуляторы.

Конструированиесолнцемобилей и испытание их в гонках постепенно оформились в новый техническийвид спорта — " брейнспорт ". По сути дела — это состязанияинтеллектов создателей солнцемобилей. На них отрабатываются параметрытранспортных средств будущего. Чтобы солнцемобиль с максимальной мощностьюсолнечных батарей и электромотора всего 1,5-2 кВт мог соперничать савтомобилем, необходимо использовать самые легкие и прочные конструкционныематериалы, высокоэффективные системы электропривода, последние достижения аэродинамики,гелио- и электротехники, электроники и других наук
Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать савтомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов(фотоэлектрических преобразователей) составит 40-50%. Пока же их КПД всего10-12%. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных батарей 1,5-2 кВт«догнали» автомобили с двигателями в 100 раз мощнее, необходимо использоватьлегкие и прочные конструкционные материалы, эффективные системы электропривода,достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и других наук.

Конструкции транспортныхсредств будущего и отрабатываются на ралли солнцемобилей. У солнцемобилейдостигнут минимальный для наземных экипажей коэффициент аэродинамическогосопротивления (0,1). Опыт концерна " General Motors " при разработкерекордного солнцемобиля  " Sunracer " («Солнечный гонщик»)серийное производство которого началось в 1996 г. Его скорость достигает 130 км/ч, до 100 км/ч он разгоняется за 9 с и на обычных свинцово-кислотныхаккумуляторах проходит 100 км. Специально для солнцемобилей сконструированылегкие бесколлекторные двигатели постоянного тока с магнитами из редкоземельныхметаллов и КПД до 98%, а также эффективные микропроцессорные системыуправления. В 1993г на трех солнцемобилях — лидерах трансавстралийских гоноквпервые низкооборотные двигатели встроили непосредственно в ступицы ведущихколес.

Идеямотор-колеса, сама по себе не новая, в солнцемобилях позволила отказаться оттрансмиссии и довести КПД привода до 96-97%. В 1996 г. в трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций, а компания " Honda", вдохновленная успехом своей «Мечты», приступила к серийномувыпуску электровелосипедов с мотор-колесом. Известные производители шин — «Michelin », " Bridgestone ", " Dunlop " — разрабатывают новые материалы и протекторы для  покрышек солнцемобилей. Ужесозданы шины, которые при хорошем сцеплении с дорогой обладают самым низкимкоэффициентом сопротивления качению — всего 0,007. Фирма " Michelin "производит подобные энергосберегающие шины и для серийных автомобилей Солнечныебатареи небольшой мощности на обычных автомобилях кондиционируют воздух в салонахи подзаряжают пусковые аккумуляторы на стоянках, питают радио- ителеаппаратуру.

Проехатьтри тысячи километров и не потратить ни грамма бензина, солярки или иногоэнергоносителя — такое сегодня можно увидеть только на гонках электромобилей,осна-щенных солнечными батареями. Совсем недавно подобное мероприятие — WorldSolar Challenge — завершилось в Австралии, 22 автомобиля из десяти странборолись за звание самой быстрой машины, не потребляющей топлива. Победилакоманда гонщиков Nuon Solar из Голландии: чемпионам соревнований 2001 и 2003годов удалось достичь рекордной средней скорости 102,75 км/ч — они прошли от Дарвина до Аделаиды за 29 часов 11 минут. Их автомобиль Nuna 3 изготовленна основе новейших космических технологий и теоретически способен разогнатьсядо 170 километров в час, используя в качестве топлива только солнечный свет. Нопоявятся ли такие авто когда-нибудь на дорогах? Скорее всего нет, однакоотдельные их элементы уже сегодня внедряются в производство.

Наежегодном автошоу в Детройте некоторые посетители ходили вокруг построенногосилами студентов Мичиганского университета автомобиля Momentum (в австралийскойгонке он занял третье место), пытаясь с ходу определить, где зад, где перед.При высоте менее метра, с тремя колесами, более похожими на велосипедные — ихширина всего 65 миллиметров, Momentum несет на себе более 3000 солнечныхбатарей. Мощностью в два киловатта и весом 290 кг вместе с водителем, солнцемобиль способен развивать скорость до 105 км/ч.

Стоиттакое чудо техники немало: тот же Momentum обошелся в 1,8 миллиона долларов.Понятно, что подобное транспортное средство никогда не окупится, даже если литрбензина будет стоить сотню долларов. К тому же главная награда на гонках — слава и почет. А можно ли сделать солнцемобиль дешевым? В прошлом году в жаркойВенесуэле государственная автопроизводящая компания Bauxita CVG-Bauxilumобнародовала проект автомобиля на солнечных батареях стоимостью всего в шестьтысяч евро, причем в двух вариантах — легковом и микрогрузовичка. Однако покачто никаких иных новостей на этот счет из Каракаса не приходило...

Однакосуществует гелиотранспорт, который, весьма вероятно, станет популярным идоступным в самое ближайшее время. Речь идет о маломерных судах, лодках,катерах, катамаранах, яхтах и других водных транспортных средствах, приводимыхв движение солнечной энергией. Именно на воде задолго до появленияэлектромобиля было испытано первое транспортное средство с электрическимприводом. В 1833 году лодка с двумя электромоторами и 27 гальваническимибатареями поднялась по Неве на несколько километров. Принадлежала онаработавшему в Петербурге немецкому инженеру Морицу Якоби. Но из-за низкойэнергоемкости батарей эксперименты пришлось прекратить. В начале ХХ векапоявились маломерные суда с двигателями внутреннего сгорания. Энергоемкостьуглеводородного топлива была значительно выше той, что могли датьгальванические батареи. Лодки и катера с мощными бензиновыми моторами оченьбыстро получили самое широкое распространение. А электромоторные суда и ихсухопутные «братья» — электромобили – из-за ограниченного ресурсааккумуляторных батарей и сложности их зарядки до недавнего времени оставалисьисключительной редкостью.

Сегодня судас бензиновыми моторами есть практически на каждом водоеме. Они отравляют воду ивоздух, своим ревом, выхлопными газами, вызывающей эрозию берегов сильнойволной нарушают условия жизни обитателей рек, озер и морей. Дело дошло до того,что приходится ограничивать, а кое-где запрещать движение моторных лодок. Такчто у электромоторных судов с солнечными батареями появился шанс стать имреальной альтернативой. Экологически чистые «солнечные» суда лучшедругих подходят для активного отдыха, спорта, рыбалки и туризма. Превратить в«солнечный» транспорт водное судно гораздо проще, чем машину: напалубе катера или лодки намного больше места для размещения солнечных батарей,чем в кузове автомобиля. Есть и другие плюсы. На открытых водоемах фотоэлектрическиепреобразователи не затеняются ни деревьями, ни домами, ни машинами и поэтомуотдают больше энергии. Водному транспорту не приходится преодолевать затяжные подъемыи спуски, стремительно разгоняться и тормозить на светофорах, а значит, имнужно меньше энергии. На всех транспортных средствах с солнечным приводом естьаккумуляторы. Их емкость и вес зависят от назначения судна. На катерах илилодках для воскресных прогулок они могут быть небольшими. Если«солнечной» лодкой пользоваться только по выходным, аккумуляторыможно заряжать в рабочие дни, причем солнечные батареи для зарядки аккумуляторовстоит размещать не на самой лодке, а на стационарной береговой гелиостанции Вкоротком плавании можно обойтись и без аккумуляторов. Но тогда на случай непогодынужно иметь на борту резервный движитель: весла, педали или парус. Роль парусамогут играть солнечные панели. Из них получается и навес, который защитит отсолнца и дождя. В отличие от ДВС современные лодочные электромоторы практическине требуют ухода. Не нужно держать на судне емкости для топлива и смазочныхмасел и менять масло в двигателе.

Первоеэлектромоторное судно, приводимое в движение солнечной энергией, построил в1975 году англичанин Алан Фримен. Его электрокатамаран развивал скорость до 5 км/ч. В наши дни, всего через четверть века, скорость электролодок с солнечными панелями возрослаболее чем вдвое, и их можно купить в магазинах спорттоваров, например, вГермании, Швейцарии и других странах. Электромоторные суда на солнечных батареяхне раз проходили испытания в длительных морских путешествиях. В 1985 году японскийяхтсмен Кеничи Хори на «солнечном» катере " Сикрикерк " водиночку пересек Тихий океан. За 75 суток он преодолел 8700 морских миль.Скорость 3-5 узлов, с которой " Сикрикерк " шел от Гавайских острововдо острова Бонин вблизи западного побережья США, была близка к средней скорости9-метровой крейсерской парусной яхты. У «солнечного» судна естьнемало преимуществ перед парусным: плавание на нем гораздо меньше зависит откапризов погоды, удобно и то, что можно пользоваться электрическими средствамисвязи и бытовыми приборами. Например, на катере Кеничи Хори работали холодильник,СВЧ-печь, телевизор и видеокамера, спутниковая навигационная система,радиолокатор, метеорологические приборы и бортовой компьютер. Путешественник взялс собой в одиночное плавание даже малогабаритную стиральную машину. Энергию дляработы этих приборов вырабатывали солнечные панели площадью 9 м 2 и общей мощностью 1100 Вт. Из них 500 Вт использовалось днем для работы гребного винтаэлектродвигателя мощностью 0,33 кВт, 400 Вт — для зарядки аккумуляторнойбатареи, питающей двигатель ночью, 200 Вт — для бытовых нужд и работырадиостанции. Облегченные солнечные модули жестко крепились на крыше рубки ипалубе " Сикрикерка ". Тяжелые аккумуляторы располагались в трюмнойчасти корпуса и служили балластом.

Экологическичистые транспортные средства, как наземные, так и водные, были представлены вмеждународном экотуре «Финляндия-2000». Большой интерес специалистови зрителей вызывала финская «солнечная» яхта  «Сольвейг» с палубой,облицованной ярко-синими фотоэлектрическими модулями. Установленный на нейэлектромотор мощностью 1,5 кВт позволяет в солнечную погоду развивать скоростьдо 5 узлов. Шесть аккумуляторов емкостью по 125 А ·ч, помещенные внутрь киля,повышают устойчивость судна. В просторной каюте достаточно места длядлительного путешествия команды из четырех-пяти человек. Навигационные приборы,СВЧ-печь, холодильник, как и электромотор, получают энергию от солнечныхбатарей. Складывающаяся, чтобы свободно проходить под низкими мостами, мачтаприспособлена для паруса. В экотуре «Финляндия-2000» участвовала ещеодна «солнечная» яхта изобретате ля Йорма Панкала, названная "Атон " (по имени древнеегипетского бога Солнца). Легкое судно,изготовленное из стеклопластика, по форме напоминает маленький авианосец. Наего просторной палубе достаточно места для размещения солнечных панелей суммарноймощностью 1200 Вт. На «Атоне» нет мачты, но Й. Панкала намереваетсяоборудовать судно ветроэлектрогенератором на телескопической стойке и парусом ввиде воздушного змея. На мелководье, где нельзя пользоваться гребным винтом, пропеллерреверсивного электрогенератора будет работать как воздушный движитель. В днищеяхты есть стеклянный иллюминатор. Его можно открыть и облиться морской водой.Осадка судна всего 25 см, поэтому невысокого бортика вокруг иллюминаторавполне достаточно, чтобы избежать затопления судна Экотур«Финляндия-2000» убедил всех, что «солнечные» лодки, катераи яхты пригодны для плавания даже в такой северной стране, как Финляндия, — летом там солнечных дней не намного меньше чем на юге. Они могут бытьсовершенно автономными даже в длительном плавании и подходят как для малых реки озер, так и для открытых морей. Фотоэлектрические преобразователи энергии,химические источники тока и системы электропривода, используемые на «солнечных»судах, становятся все более эффективными. Они занимают совсем немного места,поэтому даже на небольших «семейных» яхтах можно разместитьразнообразное дополнительное оборудование — от биотуалета до малогабаритнойсауны. Это особенно привлекает привыкших к благам цивилизации путешественников.«Солнечные» суда почти бесшумны. На них разговаривают, не повышаяголоса, слушают пение птиц, плеск волн и шум ветра, дышат свежим воздухом.Воспользоваться таким транспортом захочет каждый, кто любит совершать водныепутешествия.


6. РОССИЯ,УКРАИНА И СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

 ВРоссии в настоящее время имеется восемь предприятий, имеющих технологии ипроизводственные мощности для изготовления 2 МВт солнечных элементов и модулейв год.

В 1992 годуна двух заводах объединения «Интеграл» в г.Минске освоено массовоепроизводство солнечных элементов по технологии, разработанной в соответствии спрограммой «Экологически чистая энергетика» во Всероссийскомнаучно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйстваРоссельхозакадемии. Производственные мощности этих заводов позволяют выпускатьежегодно 1-2 МВт солнечных элементов и модулей без перестройки основногопроизводства. В случае специализации нескольких заводов на выпуске солнечныхэлементов в России объем производства к 2010 г. Может превысить 2000 МВт в год. Однако для этого необходима государственная инвестиционная поддержка новыхэнергетических технологий, в первую очередь технологии производства солнечногокремния. Имеющиеся в Министерстве топлива и энергетики скромные финансовыесредства следует тратить не на демонстрационные проекты, а на создание новыхтехнологий, оборудования и производственных мощностей. В качестве примера можнопривести проект солнечной электростанции в Кисловодске мощностью 1 МВт. Еестоимость в ценах 1992 года составляет 1 млрд.руб. По нашим оценкам, этихсредств достаточно для создания в течение 3-4 лет производства солнечныхэлементов по новой технологии с объемом 10 МВт в год, включая производствосолнечного кремния.

Развитиефотоэлектрической отрасли промышленности потребует, помимо солнечного кремния,создания производства специального закаленного стекла с низким содержаниемжелеза, алюминиевого проката, электронных регулирующих устройств. В Россиисоответствующие производственные мощности имеются.

 Известно,что солнечная электростанция, работающая на энергосистему, может не иметьсуточного и сезонного аккумулирования, если ее мощность составляет 10-15% отмощности энергосистемы. Это соответствует мощности СЭС 40 ГВт, для размещениякоторой потребуется площадь солнечных элементов около 400 км. Для расчета выработки электроэнергии СЭС разработан алгоритм, реализованный на языке FORTRANв виде программы SVET. В состав последней входят подпрограмма GIS,разработанная с использованием результатов работ 30,31 и позволяющая рассчитатьгистограммы часовых значений инсоляции, и подпрограмма TILT для расчетаоблученности различно ориентированных наклонных поверхностей, в том числе и вследящих системах. Используется анизотропная модель рассеянной солнечнойрадиации.

Для каждогочаса эксплуатации определялась плотность распределения вероятности для мощностисолнечного излучения, приходящего на поверхность СЭС.

Для среднихмноголетних месячных сумм суммарной радиации ошибка, при доверительнойвероятности 0,9 и за период осреднения 30 лет, не превышает 8%. Дляметеостанций с меньшим периодом осреднения она может возрасти в 1,5-2 раза.

 Погрешностьоценки часовых сумм суммарной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность,составляет 5-7%.

По оценке,полученной прямым сравнением экспериментальных данных по поступлению солнечнойрадиации на наклонные поверхности и расчетных результатов для этих жеповерхностей (программа SVET), погрешность в практически важных случаях непревышает 18%. При этом, в большинстве случаев, погрешность расчета составляетот 1 до 8 %.

При выбореместа расположения СЭС на территории России использованы данные метеостанцийАстрахань, Сочи, Хужер (Байкал), Улан-Удэ, Борзя (Читинская область), Каменнаястепь (Воронежская область), Оймякон (Якутия), Хабаровск, Нижний Новгород.

 Расчети опыт эксплуатации СЭС показывает, что почасовая выработка электроэнергии,пропорциональная изменению солнечной радиации в течение дня, в значительнойстепени соответствует дневному максимуму нагрузки в энергосистеме.

Максимальныезначения выработки электроэнергии за год для СЭС пиковой мощностью 1 млн.кВтполучены при южной ориентации с углом наклона к горизонту 45 гр. дляг.Хабаровска 1,846 млрд. кВт/>ч, дляг.Борзя Читинской области 1,898 млрд.кВт/>ч,для г.Улан-Удэ 1,703 млрд. кВт/>ч, а прислежении по двум осям соответственно 2,51 млрд.кВт/>ч,2,607 и 2,345 млрд.кВт/>ч. В европейскойчасти России оптимальные районы размещения СЭС — это побережье Каспийского иЧерного морей, Поволжье. Площадь центральной СЭС примерно в 4 раза превышаетактивную площадь солнечных элементов.

Посколькуудельная стоимость СЭС не зависит от ее размеров и мощности, в ряде случаевцелесообразно модульное размещение СЭС на крыше сельского дома, коттеджа,фермы. Собственник СЭС будет продавать электроэнергию энергосистеме в дневноевремя и покупать ее у энергетической компании по другому счетчику в ночныечасы. Преимуществом такого использования, помимо политики поощрения малых инезависимых производителей энергии, является экономия на опорных конструкциях иплощади земли, а также совмещение функции крыши и источника энергии.

 Примодульном размещении СЭС 1 млн.кВт способна обеспечить электроэнергией 500000сельских домов и коттеджей.


6.1. Некоторыедостижения России в этой области6.1.1.    Мобильная фотоэлектрическая станция

Мобильнаяфотоэлектрическая станция (МФС) является автономным источником электропитания.

МФС можетбыть использована как в полевых условиях, так и для электроснабжениястационарных потребителей.

МФСпредназначена для зарядки аккумуляторов, питающих нагрузку. (Контроллерызаряда, обеспечивающие защиту аккумуляторов от перезаряда и глубокого разряда,в комплект поставки не входят).

В некоторыхслучаях возможно применение МФС без аккумуляторов, например, для питания водоподъемногооборудования (при использовании соответствующего согласующего устройства).

Принципдействия МФС основан на прямом преобразовании солнечного излучения вэлектричество при помощи солнечных элементов (СЭ) из монокристаллическогокремния.

 МФС состоит из 4х модулей солнечных батарей (СБ), сборно-разборной опорной конструкции и кабеля для межмодульной электрической коммутации.

Модули СБ представляют собой складную конструкцию, обеспечивающую удобство транспортирования и хранения. Используемые в модулях СЭ защищены от воздействия окружающей среды и механических повреждений с лицевой стороны прозрачной светостойкой пленкой, а с тыльной стороны — жесткой подложкой. Электрические характеристики модулей рассчитаны на заряд аккумуляторов, питающих нагрузку номинальным напряжением 12В. Такие модули могут быть использованы в качестве самостоятельных источников электроэнергии. Опорная конструкция состоит из рамы, в которой с помощью натяжных устройств устанавливаются модули СБ, и двух пар опор, которые позволяют регулировать угол наклона рабочей поверхности МФС к горизонту. С помощью кабеля возможна коммутация всех модулей параллельно для зарядки аккумуляторов номинальным напряжением 12В или последовательно — параллельно — для напряжения 24 В.

Для обеспечениянапряжения 48 В все модули соединяют собственными токовыводами впоследовательную цепь.

Технические характеристики.

1. Электрические параметры*

Параметр

Единицы измерения

Исполнение

МФС12

МФС24

МФС48

Номинальная мощность Вт 150-200** Номинальное напряжение В 16 32 64 Напряжение разомкнутой цепи В 20 40 80

* — Электрические параметры указаны длястандартных условий измерений.

** — Диапазон номинальных мощностейуказан в зависимости от эффективности использованных СЭ.

2. Геометрические данные, мм

1 Максимальная высота МФС 2100 2 Габариты рамы 1690x1620x30 В рабочем положении 1480x345x4 В транспортном положении 360x345x18 3.

Диапазон изменения углов
наклона рабочей поверхности МФС

40° — 75° 4.

Масса в зависимости от
материала опорной конструкции, кг

12-19 5.

Средняя продолжительность
подготовки к работе, мин

30 6. МФС работоспособна в условиях умеренно — холодного климата

при
температуре не ниже минус 30 °С.

7. Срок службы, лет не менее 7. 6.1.2.    Портативная система солнечного электропитания

Предназначенадля питания бытовой и специальной электроаппаратуры постоянного тока мощностьюдо 60 Вт. Изготавливается на основе солнечных фотоэлектрических модулей (МФ). Всостав системы входят: солнечная батарея, герметизированная аккумуляторнаябатарея (АБ) с контроллером заряда – разряда и устройством сигнализации орежиме работы системы (смонтированы в отдельном блоке), сетевое зарядноеустройство (адаптер) и светильник с компактной люминесцентной лампой.

Техническиехарактеристики

Номинальное рабочее напряжение, В 12 и 9 Максимально отдаваемая мощность, Вт 60 Электрическая емкость аккумулятора, А/ч 7,2 – 14,4 Максимально отдаваемая энергия аккумулятором, Вт/ч 28,8–57,6 Максимально допустимая глубина разряда аккумулятора,  30 Максимальный зарядный ток, А 0,7 – 1,4 Максимальное напряжение при зарядке, В 14,4 Минимальное допустимое напряжение на аккумуляторе, В 11,5 Мощность светильника с компактной люминесцентной лампой, Вт 7 Габаритные размеры, мм

256/> 258/> 98

Масса, кг 3,2

 

Особенностисистемы:

·  Аккумулирование энергии, поступающейот различных источников, включая солнечные и термоэлектрические батареи,сетевого зарядного устройства.

·  Технологичность, простота сборки иэксплуатации осуществляется благодаря применению электрических разъемов.

·  Небольшой вес и компактность.

6.1.3.    Солнечная система автономного освещения

Предназначена для освещения внутри и снаружи зданий и улиц безиспользования традиционных источников электропитания (склад пожароопасных ивзрывчатых веществ, места отдыха и т.п.).

Электропитаниеосуществляется от солнечной батареи и аккумуляторной батареи.

Особенности:

Ø работоспособностьв условиях минусовой температуры    (до20 С),

Ø   широкийдиапазон программирования рабочего режима,

Ø большой срокэксплуатации без обслуживания (до 5 лет).

1 2 3 4 7 6   /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />   /> /> /> />   /> /> />   5   />

 


1 –фотоэлектрический модуль;

 2– люминесцентный светильник;

3 –опора;

 4 –гравий;

5 –аккумуляторная батарея;

6 –бетонный фундамент;

7 –грунт

6.1.4.    Солнечная водоподъемная установка

Предназначенадля подъема воды из водоисточников с глубиной залегания воды до 20 м. Установка применяется  для водоснабжения садово-огородных и дачных участков, приусадебныхи фермерских хозяйств, отгонных пастбищ и других объектов.

Состав ипараметры комплекта

Солнечнаябатарея

Число модулейтипа МФ36/4-С,шт.     2

Мощность,Вт 60

Габаритныеразмеры,мм 90096030

Масса,кг 11

Контроллер

Мощностьвыходная,Вт 250

Напряжение,В   12

Габаритныеразмеры,мм 20020080

Масса,кг 1,0

Аккумуляторнаябатарея

Количество,шт   1

Напряжение,В 12

Емкость, Ач   90

Тип автомобильный

Масса,кг 34

Инверторнапряжения

Напряжениевхода,В 12

Напряжениевыхода,В  220

Мощность,Вт  600

Масса,кг  2,2

Водянойнасос (вибрационный)

Мощность,Вт  200

Производительность,л/ч  300

Номинальнаявысота подъема,м  20

Максимальнаявысота подъема,м  40

Масса,кг 3,5

Водянойшланг

Диаметр,мм   19

Длина,м  25

Масса,кг 10

6.1.5.  Энергосберегающиевакуумные стеклопакеты

Предназначеныдля герметизации солнечных фотоэлектрических элементов при изготовлениисолнечных модулей и создания теплосберегающих прозрачных экранов в конструкцияхзданий и теплиц в виде различных стеклянных покрытий (оконные проемы, лоджии,зимние сады, оранжереи и т.п.)

Использованиевакуумных паяных стеклопакетов позволяет в значительной мере решить проблемыэнергосбережения.

Стандартные стеклопакеты состоят из двух или трех листовстекла, склеенных между собой с помощью специальной рамки. Такие стеклопакетызаполнены инертным газом и снабжены поглотителями влаги для предупреждениязапотевания и замерзания стекла.

ВИЭСХом совместно с предприятиями электронной промышленностиразработаны принципиально новые вакуумные стеклопакеты, обладающие уникальнымисвойствами. В результате срок службы, определяемый ресурсом сохранениягерметичности, составляет 4050 лет.

Воздух (или инертный газ) в пространстве междустеклами заменен на вакуум, что улучшило теплоизолирующие и шумопоглощающиесвойства. В таблице представлены теплоизолирующие свойства вакуумныхстеклопакетов. При наличии специального покрытия на стеклах сопротивлениетеплопередачи может быть увеличено в 10 раз по сравнению с одинарнымостеклением.

Сопротивлениетеплопередачи прозрачных ограждений зданий, теплиц и солнечных установок

Наименование Толщина, мм

Сопротивление

теплопередачи,

м2°С/Вт

Один лист стекла 6 0,17 Два листа стекла с зазором 16 мм 30 0,37 Вакуумный стеклопакет 6 0,44

Вакуумный стеклопакет

со спецпокрытием на одном стекле

6 0,85

Вакуумный стеклопакет

со спецпокрытием на двух стеклах

6 1,2 Двойной вакуумный стеклопакет со спецпокрытием на двух стеклах 12 2,0 Кирпичная стена в  2,5 кирпича 64 1,2

Высокая долговечность и прекрасные теплоизолирующие свойстваполучены при толщине вакуумного зазора 40 мкм и толщине стеклопакета 45мм. Если в жилом доме двойные оконные рамы с толщиной стекла 5 мм, то при замене стекла на стеклопакеты толщиной 5 мм используются те же оконные рамы.Теплоизолирующие свойства окна улучшатся в 510 раз и будут такими же,как у кирпичной стены толщиной 0,51 м. Это самый экономичный методповышения комфортности жилого помещения, так как не требует замены рам.Минимальная стоимость стеклопакета толщиной 5 мм составляет 1000 руб./м2.

При строительстве теплицы или зимнего сада из вакуумныхстеклопакетов затраты энергии на отопление снизятся на 90%. Солнечныеустановки с вакуумными стеклопакетами (см. рисунок) будут нагревать воду не до60°С, а до 90°С, т. е. они из установок для горячего водоснабжения переходят вразряд установок для отопления зданий. Новые технологии дают простор дляфантазии архитекторов и строителей. Представьте себе обычный теплый дом скирпичными стенами толщиной 1 м и такой же теплый дом с толщиной стен 10мм, выполненных из вакуумных стеклопакетов.

Конструкциястеклопакетов защищена свидетельствами на полезную модель и двумя патентами наизобретения.

Технологияизготовления имеет ноу-хау.

6.2.  Солнечная энергия в Крыму

В Крымунаблюдается также наибольшее число часов солнечного сияния в течение года(2300-2400 часов в год), что создает энергетически благоприятную иэкономически выгодную ситуацию для широкого практического использованиясолнечной энергии.

В то жевремя, источник имеет довольно низкую плотность (для Крыма до 5 ГДж на 1 м 2 горизонтальной поверхности) и подвержен значительным колебаниям в течение суток и года взависимости от погодных условий, что требует принятия дополнительныхтехнических условий по аккумулированию энергии.

Основнымитехнологическими решениями по использованию энергии являются: превращениесолнечной энергии в электрическую и получение тепловой энергии для целейтеплоснабжения зданий.

Прямоеиспользование солнечной энергии в условиях Крыма, для выработки в настоящеевремя электроэнергии, требует больших капитальных вложений и дополнительных научно-техническихпроработок.  В 1986 г. вблизи г. Щелкино построена первая в мире солнечнаяэлектростанция (СЭС-5) мощностью 5 тыс. кВт. К 1994 г. она выработала около 2 млн. кВт. час электроэнергии. Эксперимент с СЭС показал реальностьпреобразования солнечной энергии в электрическую, но стоимость отпускаемойэлектроэнергии оказалась слишком высокой, что в условиях рыночной экономикиявляется малоперспективным.

В настоящеевремя ПЭО «Крымэнерго» обосновало применение в Крымусолнечно-топливных электростанций, являющихся СЭС второго поколения с болеевысокими технико-экономическими показателями. Такую электростанцию планируетсяпостроить в Евпатории. Сегодня солнечная энергетика получила широкое развитие вмире. Мировым лидером по строительству СЭС является американско-израильскаяфирма «Луз», сооружающая станции мощностью 30-80 МВт, на которыхиспользуется принципиально новая технология с параболоциливдрическимиконцентратами солнечного излучения. Себестоимость вырабатываемой имиэлектроэнергии ниже, чем на атомных электростанциях.  Перспективностьприменения фотоэлектрического метода преобразования солнечной энергии обусловленоего максимальной экологической чистотой преобразования, значительным срокомслужбы фотоэлементов и малыми затратами на их обслуживание. При этом простотаобслуживания, небольшая масса, высокая надежность и стабильностьфотоэлектропреобразователей делает их привлекательными для широкогоиспользования в Крыму.

Основнымизадачами по широкому внедрению фотоэлектрических источников питания являются:

Ø разработканаучно-технических решений по повышению КПД фотоэлементов;

Ø применениевысокоэффективных фотоэлементов с использованием концентраторов солнечногоизлучения.

Техническаяподготовленность отечественных предприятий на Украине позволяет освоитьпроизводство фотоэлектрических источников питания на суммарную установленнуюмощность до 100 МВт.

Мощностьфотоэлектрических преобразователей солнечной энергии, внедряемых в Крыму к 2010 г., может составить до 3,0 МВт, что может обеспечить экономию топлива до 1,7 тыс т у. т. вавтономных системах энергообеспечения.

Солнечнаяэнергия в Крыму может использоваться не только для производства электроэнергии,но и тепла. Это реально при широком распространении в республике солнечныхбатарей (коллекторов), легко сооружаемых и высокорентабельных. Разработкой иизготовлением солнечных коллекторов новой конструкции занимаются ГНПП“Гелиотерн”, “Крымэнерго” (пос. Утес) и трест “Южстальмонтаж” (г. Симферополь). Горячее водоснабжение от солнца (коллекторов) сбережет дефицитноеорганическое топливо и не будет загрязнять воздушный бассейн. В настоящий жепериод 80% тепловой энергии производят более трех тысяч котельных, которые нетолько сжигают огромное количество органического топлива, по и существенноповышают концентрацию газопылевых загрязнений воздушной среды.

Для успешноговнедрения экологически чистых систем солнечного теплоснабжения, повышениянадежности их функционирования необходимо:

Ø разработать ивнедрить в производство на предприятиях Крыма различные виды энергетическиэффективных солнечных коллекторов с улучшенными теплотехническимихарактеристиками, отвечающими современному зарубежному уровню, в частности: сселективным покрытием, вакуумные, пластмассовые для бытовых нужд, воздушные длянужд сельского хозяйства;

Ø довести выпусксолнечных коллекторов к 2010 г. до 3-5 тыс. штук в год, что эквивалентнозамещению годового использования топлива — 0,35 — 0,65 тыс. у.е. т.;

Ø увеличить в 2-3раза выпуск высокоэффективных теплообменников для солнечных установок;

Ø обеспечитьдостаточную постановку запорной и регулирующей арматуры, приборов дляавтоматизации технологических процессов.

Реализацияэтих предложений позволяет создать в Крыму собственную промышленную индустриюпо выпуску основного специализированного оборудования для комплектации истроительства установок по использованию солнечной энергии.

Наиболееперспективными направлениями солнечного теплоснабжения на ближайшую перспективу(до 2010 г.) являются:

Ø солнечное горячееводоснабжение индивидуальных и коммунальных потребителей сезонных объектов(детские, туристические, спортивные лагеря, объекты санаторно-курортной сферы,жилых и общественных зданий);

Ø пассивноесолнечное отопление малоэтажных жилых домов и промышленных сооружений, главнымобразом, в сельской местности и Южном берегу Крыма;

Ø использованиесолнечной энергии в различных сельскохозяйственных производствах(растениеводство в закрытых грунтах, сушка зерна, табака и другихсельхозпродуктов и материалов);

Ø применениенизкопотенциальной теплоты, полученной на солнечных установках, дляразнообразных технологических процессов в различных отраслях промышленности(для пропарки при производстве железобетонных изделий и др. целей) .

Экономиятоплива на отопительных котельных от внедрения этих установок может составить к2000 г. — 4,01 тыс. т у. т., за период 2001-2005 г. — 6,5 тыс. т у. т. и за период с 2006 по 2010 г. — 11,66 тыс  у. т.

Дополнительнаявыработка электроэнергии от работы солнечных фотоэлектрических преобразователейбатарей может составить к 2000 г. — 0,30 млн. кВт.ч., за период с 2001 по 2005 г. — 0,72 млн. кВт.ч., за период с 2006 по 2010 гг. — 1,8 млн. кВт.ч.

Дляреализации программы к 2010 г. промышленность Крыма должна обеспечитьпроизводство солнечных коллекторов до 3,5 — 4,0 тыс. штук ежегодно.

6.3. Крымская солнечнаяэлектростанция

Проектыэлектростанции, где турбину будет вращать пар, полу­ченный из нагретойсолнечными лучами воды, разрабатывается сей­час в самых различных странах. ВСССР экспериментальная солнеч­ная электростанция такого типа по­строена насолнечном побережье Крыма, вблизи Керчи. Место для станции выбрано не случайно—ведь в этом районе солнце светит почти две тысячи часов в год. Кро­ме того,немаловажно и то, что земли здесь солончаковые, не при­годные для сельскогохозяйства, а станция занимает довольно боль­шую площадь.

Станцияпредставляет собой не­обычное и впечатляющее соору­жение. На огромной, высотойболее восьмидесяти метров, башне уста­новлен солнечный котел парогене­ратора. Авокруг башни на обшир­ной площадке радиусом более полукилометраконцентрическими кругами располагаются гелиоста­ты —сложные сооружения, серд­цемкаждого из которых является громадное зеркало, площадью бо­лее 25 квадратныхметров. Очень непростую задачу пришлось решать проектировщикам станции — ведьвсе гелиостаты (а их очень мно­го — 1600!) нужно было располо­жить так, чтобыпри любом положении солнца на небе ни один из них не оказался в тени, а отбра­сываемыйкаждым из них солнеч­ный зайчик попал бы точно в вер­шину башни, где расположенпаро­вой котел (поэтому башня и сдела­на такой высокой). Каждый гелио­статоснащен специальным устрой­ством для поворота зеркала. Зерка­ла должныдвигаться непрерывно вслед за солнцем — ведь оно все время перемещается,значит, зай­чик может сместиться, не попасть на стенку котла, а это сразу жескажется на работе станции. Еще больше усложняет работу станции то, чтотраектории движения гелио­статов каждый день меняются: Зем­ля движется поорбите и Солнце ежедневно чуть-чуть меняет свой маршрут по небу. Поэтомууправле­ние движением гелиостатов пору­чено электронно-вычислительной машине — толькоее бездонная па­мять способна вместить в себя за­ранее рассчитанные траектории

движения всех зеркал.

Под действиемсконцентриро­ванного гелиостатами солнечного тепла вода в парогенераторе нагре­ваетсядо температуры 250 гра­дусов и превращается в пар вы­сокого давления. Пар приводитво вращение турбину, та — электро­генератор, и в энергетическую сис­тему Крымавливается новый ру­чеек энергии, рожденной солнцем. Выработка энергии непрекратится, если солнце будет закрыто тучами, и даже ночью. На выручку придуттепловые аккумуляторы, установ­ленные у подножия башни. Излиш­ки горячей воды всолнечные дни направляются в специальные хра­нилища и будут использоваться в товремя, когда солнца нет.

Мощность этойэкспери-менталь­ной электростан-ции относительно неве-лика — всего 5 тысячкиловатт. Но вспомним: именно такой была мощность первой атомной электро­станции,родона-чальницы могучей атомной энергетики. Да и выработ­ка энергии отнюдь несамая глав­ная задача первой солнечной эле­ктростанции — она потому и назы­ваетсяэкспериментальной, что с ее помощью ученым предстоит найти решения оченьсложных задач эксплуатации таких станций. А та­ких задач возникает немало. Как,например, защитить зеркала от за­грязнения? Ведь на них оседает пыль, от дождейостаются потеки, а это сразу же снизит мощность станции. Оказалось даже, что невся­кая вода годится для мытья зеркал. Пришлось изобрести специальный моечныйагрегат, который следит за чистотой гелиостатов. На экспе­риментальной станциисдают экза­мен на работоспособность устрой­ства для концентрации солнечныхлучей, их сложнейшее оборудова­ние. Но и самый длинный путь на­чинается спервого шага. Этот шаг на пути получения значительных количеств электроэнергиис по­мощью солнца и позволит сде­лать Крымская экспериментальная солнечнаяэлектростанция.

Советскиеспециалисты готовят­ся сделать и следующий шаг. Спроектирована крупнейшая вмире солнечная электростанция мощ­ностью 320 тысяч киловатт. Место для неевыбрано в Узбекистане, в Каршинской степи, вблизи молодо­го целинного городаТалимарджана. В этом краю солнце светит не ме­нее щедро, чем в Крыму. По прин­ципудействия эта станция не отли­чается от Крымской, но все ее сооружениязначительно масштаб­нее. Котел будет располагаться на двухсотметровой высоте, авокруг башни на много гектаров раскинет­ся гелиостатное поле. Блестящие зеркала(72 тысячи!), повинуясь сигналам ЭВМ, сконцентрируют на поверхности котласолнечные лучи, перегретый пар закрутит турбину, генератор даст ток 320 тысячкило­ватт—это уже большая мощность, и длительное ненастье, препят­ствующеевыработке энергии на солнечной электростанции, может существенно сказаться напотреби­телях. Поэтому в проекте станции предусмотрен и обычный паровой котел,использующий природный газ. Если пасмурная погода затянет­ся надолго, натурбину подадут пар из другого, обычного котла.


7.       НЕКОТОРЫЕМИРОВЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ7.1. Солнечная кухня

Помнитехмурую личность — Сундукова, из кинофильма «Три плюс два» и егоперсональную солнечную кухню? Впечатляет?

По своей сутисолнечная кухня — это бытовая гелиоустановка, предназначенная для приготовленияпищи.

Ее основнойэлемент — гелиоконцентратор, (чаще всего в виде отражателя параболоиднойформы), фокусирующий солнечные лучи на поверхности приёмника излучения(кастрюли, кипятильника и т.п.).

Для легкостиприменения, гелиоконцентраторы для солнечной кухни имеют невысокую точностьфокусирования. Обычно концентрация солнечной энергии (относительное увеличениеплотности лучистого потока) не превосходит 250, т.к. большая плотность энергиина поверхности приёмника делала бы солнечную кухню неудобной в обращении. Вращение гелиоконцентратора  вслед за видимым движением Солнцаосуществляется вручную. КПД достигает 55-60%.

Солнечнаякухня незаменима в сельской местности и удаленных местах, где нет центральногогазоснабжения. Она позволяет приготовить пищу, не разжигая костер. Не нужноиспользовать уголь и дрова, следить за очагом и беспокоиться о том, что детимогут пострадать от огня.
Например, всего за 15 минут на солнечной кухне можно вскипятить трехлитровыйметаллический чайник воды, сварить суп.

Так же,солнечные кухни очень удобны в походных условиях. После использования«зонтик» можно сложить и положить в багажник машины, нести в руках.

Использованиесолнечных кухонь сохраняет время, экономит деньги и «персональную»энергию, которую Вы можете с радостью потратить на своих близких.

7.2. Солнечная стена

Сразу скажем,новация появилась не вчера и уже успела завоевать энное число благодарныхпоклонников, равно как и ряд наград от разных журналов и организаций.Однако система  периодически всплывает на ресурсах, посвящённых«зелёным» технологиям, и мы не могли пройти мимо — уж больно изящноработает эта вещица, стоящая, кстати, не таких уж больших денег, в сравнении страдиционными системами поддержания «правильной» температуры взданиях, да и устроенная довольно просто.

Предназначена,главным образом, для офисных и промышленных сооружений среднего и большого«калибра», но, очевидно, не откажется поработать и в крупномкоттедже.

Системаназывается «Солнечная стена» (Solarwall), и производится онатранснациональной компанией Conserval Engineering с головным офисом в Канаде.

«Солнечнаястена» — это вторая стена, устанавливаемая с зазором примерно в несколькосантиметров поверх южной стены здания. Этот дополнительный слой представляетсобой тонкие панели из алюминия или стали, с чёрным покрытием и множествоммаленьких отверстий по всей площади.

Верхняя частьобразовавшейся между стенами полости соединяется с вентилятором, подающимвоздух с улицы в здание.

Восенне-зимний период, когда есть солнце (а так бывает, во всяком случае, в СШАи Канаде — нередко), чёрные пластины «Солнечной стены» заметнонагреваются. Воздух с улицы втягивается в отверстия, нагревается в промежуткемежду стенами и попадает в помещение.

Более того,уходящее через настоящую стену (кирпич или та же сталь) здания, ту самую стенуповерх которой смонтирована стена «Солнечная», внутреннее теплопрогретого помещения здесь не пропадает зря, а помогает нагревать поступающийвнутрь свежий воздух.

Таксущественно снижается необходимая мощность штатной системы обогрева здания.

Летом же, какни странно, эта чёрная стена помогает зданию охлаждаться. Только теперь в системепереключаются заслонки, и нагретый в фальш-стене воздух сразу выбрасываетсянаружу, а вот его восходящий поток помогает засасывать в здание, через другиеканалы, воздух с улицы. И та же стена мешает южному фасаду зданияперегреваться.

Так снижаетсятребуемая мощность штатной системы кондиционирования.

 Установленныена ряде промышленных сооружений «Солнечные стены» экономят теперьсвоим владельцам тысячи долларов в год, а планете — тонны и тонны топлива дляэлектростанций.

7.3.  Солнечные аксессуары

Преобразованиесолнечной энергии в электрическую осуществляется при помощи фотоэлектрическихмодулей. Материалом для них служит один из самых распространенных в земной кореэлементов — кремний, а «топливом» — солнечные лучи. Сегодня солнечныебатареи вошли в повседневный быт многих миллионов людей прочно и навсегда. Ониидеальны для путешествий и в вариантах мобильного использования.

Как известно,бывают такие моменты, когда зубная щетка недоступна. Но с этой проблемойдостаточно легко справиться. А вот что делать, когда вам необходимо срочнозарядить батареи вашего мобильника или цифрового фотоаппарата, а ближайшаярозетка находится от вас на расстоянии, скажем, километров 20, а то и больше?..Как вариант, можно приобрести дополнительные аккумуляторы для всех вашихустройств. Но есть более изящный выход – универсальные зарядные устройства,позволяющие получать электричество практически из воздуха.

Устройства представляютсобой батарею солнечных элементов, монтированных в корпус, напоминающийзаписную книжку. Помимо рабочей поверхности, в корпусе уместился аккумулятор на700 мА/>ч или на 600 мА/>ч, который может питатьвнешнее устройство, когда солнечного света нет. Зарядить аккумулятор можно какот солнца, так и от сети с помощью адаптера. Вы легко можете зарядить своймобильный телефон или фотоаппарат!

Разместивсолнечные батареи на поверхности походного рюкзака, производителисолар-продукции, предлагают Вам идеальный вариант комфортноймини-электростанции, от которой можно зарядить радио, мобильный телефон илифотоаппарат.

Но пожалуй,наибольшее распространение получили калькуляторы и часы на солнечных батареях — эти устройства потребляют совсем небольшое количество энергии и та батарея,которую можно уместить на корпусе имеет достаточную

Если любитепоходы и ведете активный образ жизни, или Вам просто нравиться слушать радио,то радиоприемник, работающий на солнечных батареях, создан специально для Вас.При солнечной погоде, Вы будете слушать его весь день. В пасмурнуюпогоду, после 12-ти часов подзарядки радио может работать 6-8 часов.Обычно «походные» приемники включают: компас, термометр, сирену,часы, будильник и фонарик. Компактное радио, с наушниками, можно использоватькаждый день.

Существуетдостаточно широкий выбор игрушек и сувениров на солнечных батареях.Солар-игрушки интресны для ребенка не только своим ярким внешним видом, но и нетрадиционным принципом работы. Их легко можно взять с собой на дачу в летнийдень и ребенку будет чем заняться.


7.4.  Солнечные стирлинги

Прежде, чемрассказать о проекте американских энергетиков, нужно сказать пару слов остирлинге — двигателе. В отличие от дизеля и бензинового ДВС это — двигательвнешнего сгорания. Его тепловой замкнутый цикл кардинально отличается от цикловОтто или Дизеля.

Так, нагреврабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла извне) происходит припрактически постоянном объёме, затем идёт расширение при почти постояннойтемпературе, потом газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в холоднуюзону, где происходит охлаждение при почти постоянном объёме.

Далее следуетсжатие при постоянной температуре. Затем вытеснитель загоняет тот же газ вгорячую область, и всё начинается сначала.

При этом вканале между горячей и холодной областью часто ставят пористыйтеплорегенератор, который ускоряет охлаждение и нагрев газа при его движении вту или иную сторону.

Разумеется,машина, построенная непосредственно мистером Стирлингом, отличается отсовременных стирлингов так же сильно, как первые дизели, созданные самимРудольфом Дизелем от дизельных моторов XXI века. Но принцип остался тем же.

 ТеоретическиКПД Стирлинга может совпадать с физическим пределом, определяемым разностьютемператур «печки» и «холодильника», да и на практике можнополучить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у хорошегодизеля.

Почему жестирлинг «не пошёл»? Увы, чтобы получить от него сколь-нибудьприемлемую удельную мощность (по отношению к его размерам и весу), как и выжатьвесь потенциал цикла по КПД, нужно идти на ряд технологических ухищрений,которые сильно удорожают конструкцию.

У стирлингаесть сильные козыри. Это не только КПД, но и почти полное отсутствие шума(никаких взрывов) и возможность работать на любом топливе — от бензина исолярки, до угля, Солнца или атомной энергии.

Собственно,всё, что требуется — это нагревать чем-то определённый узел этого мотора — верхнюю часть закрытого цилиндра.

Потомустирлинги нашли ограниченное применение (на некоторых подлодках или каквспомогательные генераторы).

Очевидно,преимущества этих двигателей становятся особо выгодными при стационарномиспользовании, когда собственный вес двигателя не важен. Например, привыработке энергии из солнечного излучения.

Об этоминженеры думали давно, да и кое-какие установки такого типа уже строились. Но,кажется, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на двигателяхстирлинга, чтобы производить электроэнергию в хоть каких-то промышленныхмасштабах.

И вотамериканская национальная лаборатория Сандия (Sandia National Laboratories),один из крупнейших научных центров, специализирующийся на энергетике,объединила свои усилия с американской компанией Stirling Energy Systems, иначала строить первые «солнечные фермы», основанные надвигателях Стирлинга

Собственно,солнечные стирлинги были разработаны компанией Stirling Energy Systems, аучёные из лаборатории Сандия помогают их совершенствовать.

Было испытаношесть солнечных генераторов, которые обеспечивают электричеством боле 40 домов.

Пять новыхсистем смонтированы в испытательном центре Сандии. Они присоединяются к первомутакому опытному образцу, который был создан в 2004 году, и вместе образуютэлектростанцию с выходной электрической мощностью 150 киловатт (в дневные часы,конечно).

Солнечныйсвет концентрируется на двигателях с помощью зеркал, каждое из которых пос-троеноиз 82 отдельных сек-ций.

«Этобудет наибольшая группа солнечных  ус-тановок стир-линга в мире, — утверждаетлидер проекта со стороны Сандии Чак Андрака (Chuck Andraka). — В конечномсчёте, проект предполагает создание 20 тысяч систем, которые будут размещены нанескольких солнечных фермах и будут поставлять электричество юго-западнымраспределительным компаниям».

Каждаяустановка работает автоматически. Без вмешательства оператора или дажеприсутствия человека. Она запускается каждое утро на рассвете и работает втечение дня, отслеживая солнце и переходя «ко сну» на закате.

Параметрысистемы могут быть проверены и изменены через Интернет. Исследователи хотятзаставить шесть систем плодотворно сотрудничать с тем же самым уровнемавтоматизации.

Сам двигатель- замкнутая система, заполненная водородом, который и циркулирует в ней,нагреваясь и охлаждаясь. Изменение в его давлении двигает поршни, которыевращают вал, связанный с электрогенератором.

Полный КПД,рассчитанный от солнечного света и до электричества в выходных проводах,составляет 30%, что немного выше, чем у обычных солнечных батарей.

Стоимостькаждой установки — приблизительно $150 тысяч. При серийном выпуске цена на этистирлинги может быть снижена более чем втрое, что доведёт стоимостьэлектричества, произведённого таким способом, до уровня классических топливныхтехнологий.

Большаясложность самих стирлингов — это подход при проектировании и постройке. Здесьтребуется более, так сказать, деликатный подход, чем в случае с дизелем, и онотпугивает многих. Может, и зря. По расчётам авторов проекта, в теории однаферма солнечных стирлингов, под которую отвели бы территорию всего-то 160 х 160 километров на юге США, покрыла полностью всю потребность страны в электроэнергии.

Но почему-токогда люди говорят об альтернативной энергетике, имеют в виду лишь солнечныебатареи, ветрогенераторы, приливные и волновые станции, иногда — геотермальноетепло. Может пора рассмотреть и эту часть альтернативной энергетики?

7.5.  Светильники на солнечных батареях

Еще недавноиспользование энергии солнца для ночного освещения улиц, парков, автострад былонедоступно. Но прогресс не стоит на месте и на сегодняшний день существуютфотоэлектрические системы освещения территорий, основанные на принципесолнечных технологий.

Системы имеютавтономное электроснабжение на базе солнечного модуля, что позволяет снаименьшими затратами решить проблему освещения территорий, не имеющихцентрализованного электроснабжения.

Принципдействия системы прост и надежен. В течении светлого времени суток,фотоэлектрический элемент, превращает солнечную энергию в электрическую изаряжает ею аккумуляторы. С наступлением темноты светильник автоматическивключается и обеспечивает мягкое освещение до наступления рассвета.

Для зарядкиаккумуляторов, не обязательны прямые солнечные лучи, солнечная батарея способнаулавливать солнечную энергию даже в пасмурную погоду и зимнее время суток.

Фотоэлектрическаясистема освещения состоит из:

1. Фотоэлектрическогомодуля, который преобразует солнечный свет в электроэнергию.

2. Аккумулятора-накопителяэнергии. Используются герметичные, необслуживаемые аккумуляторы, срок службыкоторых в среднем от 5 до 15 лет, в зависимости от модели.

3. Контроллера — оптимизатора зарядки/разрядки аккумулятора, помогающего продлитьэксплуатационный период аккумулятора. Контроллер автоматически включает ивыключает освещение на рассвете и закате, но так же имеет в комплекте таймердля настройки режима включение/выключение в заданное время.

4. Инвертора,который служит для преобразования постоянного тока, в переменный (220В).

5. Осветительногоблока, включающего: плафон и лампу.

Контроллер иаккумулятор помещают в верхней или нижней части столба, а так же возможнорасположение под землей.

Всеэлектронные приборы, входящие в состав фотоэлектрической системы, имеют защитуот короткого замыкания, перегрева и перегрузки. Это обеспечивает надёжностьсистемы и эффективную поддержку ее работы.

Светильникидля освещения дорог и автострад

 В настоящее время возрослапотребность установки осветительных систем на автотрассах, что значительноувеличивает безопасность водителей и пешеходов. Существуют фотоэлектрическиесистемы, предназначенные специально для освещения дорог и автотрасс. Дляобеспечения требуемого освещения система устанавливается на столбах высотой 10- 12 метров .

Декоративныесадово-парковые светильники

Светильники ифонари на солнечных батареях удобны и практичны, они не требуют ухода, экономятэлектричество. Они позволяют подсвечивать территорию, создать необходимый уют икомфорт на лоджии, балконе или открытой веранде Вашего дома, на территориизагородного участка.

При установкесветильников с солнечной панелью нет необходимости выполнять земляныеработы, прокладывать траншеи, протягивать электрический кабель, рискуяпревратить ухоженный загородный участок в строительную площадку, достаточнопросто установить его в нужном месте. Единственное условие: располагать светильникитак, чтобы в течение светлого времени суток они не были в тени.

Надежность ипростота конструкции, использование слабых токов делают прибор абсолютнобезопасным для человека и домашних питомцев.

Светильникимобильны и легко переносимы. Их вес составляет в среднем 400-600 гр. Имеютзащищенную от осадков конструкцию.

Модельныйряд, способен удовлетворить любые вкусы и запросы. От простых и«сдержанных» форм до стиля «модерн», «хай-тек» истилизации «под старину».

Светильник насолнечных батареях -это оригинальный и практичный подарок. Вместе с добрымипожеланиями дорогому или уважаемому человеку можно подарить частицу солнечногосвета и тепла. Что может быть приятнее?

7.6. Опреснитель

В первуюочередь ученые напра­вили свои усилия на получение с помощью солнечной энергииводы. Вода в пустыне есть, да и найти ее сравнительно нетрудно — расположенаона неглубоко. Но ис­пользовать эту воду нельзя — слиш­ком много в нейрастворено раз­личных солей, она обычно еще более горькая, чем морская. Чтобыпри­менить подпочвенную воду пустыни для полива, для питья, ее нужно обя­зательноопреснить. Если это уда­лось сделать, можно считать, что ру­котворный оазисготов: здесь можно жить в нормальных условиях, пасти овец, выращивать сады,причем круглый год — солнца достаточно и зимой. По расчетам ученых, толь­ко вТуркмении может быть по­строено семь тысяч таких оазисов. Всю необходимуюэнергию для них будет давать солнце.

Принципдействия солнечного опреснителя очень прост. Это сосуд с водой, насыщеннойсолями, за­крытый прозрачной крышкой. Вода нагревается солнечными лучами,понемногу испаряется, а пар кон­денсируется на более холодной крышке. Очищеннаявода (соли-то не испарились!) стекает с крышки в другой сосуд.

Конструкцииэтого типа известны довольно давно. Богатейшие залежи селитры в засушливыхрайонах Чили в прошлом веке почти не разраба­тывались из-за отсутствия питьевойводы. Тогда в местечке Лас-Сали-нас по такому принципу был по­строенопреснитель площадью 5 ты­сяч квадратных метров, который в жаркий день давал по20 тысяч литров пресной воды.

Но толькосейчас работы по ис­пользованию солнечной энергии для опреснения водыразвернулись широким фронтом. В туркмен­ском совхозе «Бахарден» впервые в мирезапустили самый настоя­щий «солнечный водопровод», обеспечивающий потребностилю­дей в пресной воде и дающий воду для полива засушливых земель. Миллионылитров опресненной во­ды, полученной из солнечных уста­новок, намного раздвинутграницы совхозных пастбищ.

 7.7.Солнечная печь

Согласнорасчетам, солнце должно помочь в решении не только энергетических проблем, но изадач, которые поставил перед специалистами наш атомный, кос­мический век.Чтобы построить могучие космические корабли, гро­мадные ядерные установки,создать электронные машины, совершаю­щие сотни миллионов операций в секунду,нужны новые
материа­лы — сверхтугоплавкие, сверхпроч­ные, сверхчистые. Получить их оченьсложно. Традиционные ме­тоды металлургии для этого не годятся. Не подходят иболее изо­щренные технологии, например плавка электронными пучками или токамисверхвысокой частоты. А вот чистое солнечное тепло может оказаться здесьнадежным помощ­ником. Некоторые гелиостаты при испытаниях легко пробивают своимсолнечным зайчиком толстый алю­миниевый лист. А если таких гелио­статовпоставить несколько десят­ков? А затем лучи от них пустить на вогнутое зеркалоконцентратора? Солнечный зайчик такого зеркала сможет расплавить не толькоалюминий, но и почти все известные материалы. Специальная плавиль­ная печь,куда концентратор пере­даст всю собранную солнечную энергию, засветится ярчетысячи солнц.

7.8. Новыйсолнечный модуль

Нью-Йоркскаякомпания Prism Solar Technologies разработала концепт солнечного модуля, которыйиспользует голограммы для фокусировки света, что может сократить стоимостьсолнечных модулей на 75%. Это сделает вырабатываемое ими электричествоконкурентоспособным в противостоянии с электричеством, вырабатываемым изископаемого топлива.

В настоящее время,достижением компании для получения преимущества в цене солнечных батарей,базирующихся на кремнии, является фокусировка солнечного света при помощизеркал или линз, и таким образом сокращение общей площади кремния, необходимогодля создания нужного количества электричества.

Обычныесветовые концентраторы являются довольно громоздкими и непривлекательными, атакже они далеко не идеальны для установки на крышах пригородных домов. Новаятехнология заменяет неприглядные концентраторы аккуратными панелями. РикЛевандовски, президент и исполнительный директор компании говорит, что панелиможно устанавливать на крыши и даже встраивать в окна и стеклянные двери.

Системе необходимо на25-85% меньше кремния, чем в панели из кристаллического кремния сопоставимоймощности, потому что фотоэлектрическим материалом не нужно покрывать всюповерхность солнечной панели, говорит Левандовски. Вместо того,фотоэлектрический материал располагается в несколько рядов. Слой голограмм(созданная при помощи лазера структура, которая преломляет свет) направляетсвет на слой стекла, где он продолжает отражаться от внутренней поверхностистекла до тех пор, пока не найдет свой путь к одному из участковфотоэлектрического кремния. Сокращение фотоэлектрического материала необходимо дляснижения цены с, приблизительно, $4 за ватт до $1.50.

Компаниясобирается начать выпуск первого поколения своих модулей уже в конце этогогода, продавая их по цене $2.40 за ватт. Последующие поколения модулей с болеепрогрессивной технологией должны будут сопутствовать дальнейшему снижению цены.

В своихспособностях концентрировать свет голограммы не так мощны как обычныеконцентраторы. Они могут умножать количество света, падающего на ячейки накоэффициент 10, в то время как системы, базирующиеся на линзах, увеличиваютэтот коэффициент на 100, а некоторые даже на 1000.


8.   КАКОВ МИНУС ВО ВСЕМ ЭТОМ?

Хорошоизвестно отрицательное воздействие энергетических производств на окружающуюсреду. Тепловые электростанции, например, сжигают в своих топках ценноематериальное сырье — уголь, нефть, газ, — которое в течение миллиарда летнакапливалось на Земле в результате сложных, до конца не понятых процессов.Уничтожение этих запасов будет преступлением перед грядущими поколениями. РаботаТЭС характеризуется значительным тепловым загрязнением биосферы. Не менее 60%энергии, полученной при сгорании углеводородного топлива, бесполезнорассеивается в атмосфере, что ведет к повышению средней мировой температуры,отрицательно влияет на динамику атмосферы, на погодные условия вокругэлектростанции. В результате сгорания топлива образуются токсичные продукты —угарный газ, двуокись серы, окислы азота, углеводороды, твердые частицы.Особенно велики выбросы сернистых соединений. Токсичные продукты, попадая ватмосферу, губительно воздействуют на живую и неживую природу Земли. Такимобразом, эксплуатация тепловых электростанций отличается значительнымпотреблением минерально-сырьевых ресурсов, тепловым и химическим загрязнениембиосферы Земли. Важным параметром следует считать также воздействие на биосферуна этапе создания энергосистемы — при производстве основных элементов,транспортировке к месту строительства, строительстве. Создание ТЭСхарактеризуется малым воздействием на окружающую среду.

В случаесолнечных электростанций имеет место обратная картина — малое воздействие наокружающую среду во время эксплуатации и большое воздействие на этапе созданиясистемы.

Потенциальныевозможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечногоизлучения, чрезвычайно велики.

Заметим, чтоиспользование всего лишь 0,0125 % этого количества энергии Солнца могло быобеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% — полностью покрыть потребности на перспективу.

К сожалению,вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать вбольших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализацииявляется низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучшихатмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечногоизлучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторысолнечного излучения «собирали» за год энергию, необходимую дляудовлетворения всех потребностей человечества, нужно разместить их натерритории 130000 км2!

Необходимостьиспользовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собойзначительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излученияпредставляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист,внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретаяза счет солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает длянепосредственного использования. Согласно расчетам, изготовление коллекторовсолнечного излучения площадью 1 км2 требует примерно 104тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваютсяв 1,17´109 тонн.

Изнаписанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощностьсолнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторовстанет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменитсяли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазеразвития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будутудовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить,что в этом случае потребуется «собирать» солнечную энергию на площадиот 1´106 до 3´106 км2. В тоже время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13´106 км2.

Солнечнаяэнергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии.Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантскоеувеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах длядобычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов,коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что дляпроизводства 1 МВт´год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуетсязатратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетике наорганическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.

На этаперазвертывания космической солнечной электростанции потребуется проводитьбольшое число пусков сверхмощных ракет-носителей. При ограничении срокасоздания космической электростанции двумя годами частота пусков ракет-носителейгрузоподъемностью 250 т составит не более двух суток. При этом в верхние слоиатмосферы попадает более миллиона тонн продуктов сгорания ракетного топлива, всостав которых входят окислы азота, углерода, а также вода. Последствия такогозагрязнения атмосферы непредсказуемы, очевидно, они будут носить негативныйхарактер.

Важнымаспектом эксплуатации космической солнечной электростанции следует такжесчитать электромагнитное засорение среды. Непрерывная передача энергии изкосмоса на Землю в СВЧ-диапазоне волн будет представлять собой новый факторнеблагоприятного воздействия на биосферу. Максимальная плотность потока вэнергетическом луче на поверхности Земли принимается равной 23 мВт/см2,на краю ректенны плотность снижается до значения 1 мВт/см2. На расстоянииоколо 7 км от центра ректенны плотность снизится до величины 10-2мВт/см2; эта величина соответствует советскому медицинскомустандарту на безопасный уровень длительного СВЧ-облучения человека. Зона,лежащая внутри этого круга, может быть объявлена охранной, допускающейприсутствие только обслуживающего персонала, облаченного в специальную одежду.Предстоит еще дополнительно исследовать воздействие электромагнитного излученияна флору, фауну, человека и технические устройства. Очевидно, что фоновоеизлучение будет создавать помехи работе приемных устройств радио- ителевизионных систем.

В целом поэкологическим аспектам создания и эксплуатации космических солнечныхэлектростанций может быть сделан вывод о том, что ее функционирование на орбитебудет сопровождаться малым воздействием на окружающую среду, в то время какэтапы производства и развертывания связываются со значительным потреблениемсырьевых и энергетических ресурсов, большим тепловым и химическим загрязнениембиосферы. Последствия такого загрязнения окружающей среды трудно предсказуемы,для их прояснения необходимы дополнительные исследования.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учитывая  результаты существующих прогнозов по истощению к середине –концу следующего столе­тия запасов нефти, природного газа и других традиционныхэнергоресурсов, а также сокращение потребления угля (которо­го, по расчетам,должно хватить на 300 лет) из-за вредных выбро­сов в атмосферу, а такжеупотребления ядерного топлива, которого при условии интенсивного развитияреакторов-раз­множителей хватит не менее чем на 1000 лет можно считать, что наданном этапе развития науки и техники тепловые, атомные и гидроэлектрическиеисточники будут еще долгое время преобладать над остальными источникамиэлектроэнергии. Уже началось удорожание  нефти, поэтому тепловые электростанциина этом топливе будут вытеснены станциями на угле.

Некоторые ученые и экологи в конце 1990-х гг. говорили о скоромзапрещении государствами Западной Европы атомных электростанции. Но исходя изсовременных анализов сырьевого рынка и потребностей общества в электроэнергии,эти утверждения выглядят неуместными.

Неоспорима роль энергии в поддержании и дальней­шем развитии цивилизации.В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой дея­тельности,которая не требовала бы – прямо или кос­венно – больше энергии, чем ее могутдать мускулы человека.

Потребление энергии – важный показатель жизнен­ного уровня. В те времена,когда человек добывал пи­щу, собирая лесные плоды и охотясь на животных, емутребовалось в сутки около 8 МДж энергии. После овла­дения огнем эта величинавозросла до 16 МДж: в при­митивном сельскохозяйственном обществе она составля­ла50 МДж, а в более развитом – 100 МДж.

За время существования нашейцивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии нановые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан.

Солнце светило и обогревало человекавсегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь древесину.Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казалисьбезграничными, но паровые машины требовали более калорийного «корма».

Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство наэнергетическом рынке нефти.

И вот новый виток в наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефтьи газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти вседальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефтьи газ будут с каждым годом стоить нам все дороже.

Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерныеисточники.

Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля, вроде бы нестоль уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии вмиллионы раз больше, чем уголь.

А итог таков: при получении электроэнергии на АЭС нужно затратить,считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергиииз угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю… Всегда было так:следующий источник энергии был и более мощным. То была, если можно таквыразиться, «воинствующая» линия энергетики.

В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийныймир природных явлений и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своихдел и поступков.

Но времена изменились. Сейчас, в конце 20 века, начинается новый,значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая».Построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит. Заботился обохране уже сильно поврежденной биосферы.

Несомненно, в будущем параллельно с линией интенсивного развитияэнергетики получат широкие права гражданства и линия экстенсивная:рассредоточенные источники энергии не слишком большой мощности, но зато свысоким КПД, экологически чистые, удобные в обращении.

Яркий пример тому — быстрый старт электрохимической энергетики, которуюпозднее, видимо, дополнит энергетика солнечная. Энергетика очень быстроаккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей,изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально соВсем, и Все тянется к энергетике, зависит от нее.

  Поэтому энергохимия, водородная энергетика, космические электростанции,энергия, запечатанная в антивеществе, «черных дырах», вакууме, — этовсего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария,который пишется на наших глазах и который можно назвать Завтрашним ДнемЭнергетики.


ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. АвезовР.Р., Орлов А.Ю.  Солнечныесистемы отопления и горячего водоснабжения Ташкент: Фан 1988 г

2. АвдуевскийВ.С., Лесков Л.В.  Куда идет советская космонавтика? — М.: Знание, 1990 (серия «Космонавтика,астрономия»)

3. АндреевС.В. Солнечныеэлектростанции- М.: Наука 2002

4. БазаровБ.А., Заддэ В.В., Стебков Д.С. и др. Новые способы получения кремния солнечного качества.Сб. «Солнечная фотоэлектрическая энергетика». Ашхабад, 1983

5. БурдаковВ.П.   Электроэнергияиз космоса  М: Энергоатомиздат 1991

6. Ванке В.А.,Лесков Л.В., Лукьянов А.В.  Космические энергосистемы. — М.: Машиностроение, 1997.

7. ВолодинВ.Е., Хазановский П.И.   «Энергия, век двадцать первый». –М.: Знание, 1998

8. ГрабмайерИ.Г.«Сименс». Дешевое изготовление качественного солнечного кремния илистового кремния для солнечных элементов. Труды 7 международной конференции поиспользованию солнечной энергии 9-12 октября 1990 г. Франкфурт, Германия.

9. ГрилихесВ.А.  Солнечныекосмические энергостанции — Л.: Наука, 1986.

10. Колтун М.М.  Солнце и человечество М: Наука 1981

11. ЛидоренкоН.С., Евдокимов В.М., Стребков Д.С. Развитие фотоэлектрической энергетики. -М., Информэлектро,1988

12. Рубан С.С.  Нетрадиционныеисточники энергии-М.: Энергия, 2003

13. СтребковД.С. Сельскохозяйственныеэнергетические системы и экология. Альтернативные источники энергии:эффективность и управление. 1990

14. Харченко Н.В.Индивидуальныесолнечные установки М. Энергоатомиздат 1991

еще рефераты
Еще работы по физике