Гелиоэнергетика
«Собрать», сконцентрировать солнечную систему может каждый. В ясный солнечный день линза соберет лучи солнца в яркое пятнышко. Температура там такая, что лучи прожигают бумагу. Концентрацией солнечной радиации, преобразованием ее в другие виды энергии, удобные для практического применения, занимается гелиоэнергетика. От Солнца на Землю идет тепловой поток, энергия которого измеряется астрономической цифрой.
Есть несколько направлений преобразования и использования солнечной энергии. Первое: преобразование солнечного излучения в тепловую энергию и использование ее для отопления зданий, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения, сушки различных материалов и сельскохозяйственных продуктов, опреснения морской и минерализованной артезианской воды.
Основа различных установок и систем преобразования солнечной радиации в теплоту до температур порядка 70-80 °С – плоский солнечный коллектор. Это металлическая рама с трубками (каналами) или плоская коробчатая конструкция, через которую пропускают поток теплоносителя (воду, воздух, специальные жидкости и т. д.). Со всех сторон этот коллектор заключен в теплоизоляционный корпус, кроме стороны, на которую попадают солнечные лучи. Здесь один или несколько слоев прозрачной изоляции. Коллектор площадью 1 м2 дает до 80 л теплой (60-80 °С) воды в день. Плоские солнечные коллекторы устанавливают, как правило, под углом с наклоном на юг. Ряд установок для горячего водоснабжения, сушки сельскохозяйственных продуктов уже успешно работает в южных районах нашей страны. В 1977 г. в Бухарской области Узбекской СССР вступил в строй специализированный завод по производству различных солнечных установок.
Второе направление солнечной энергии – преобразование ее в электрическую энергию. Если закрыть кристалл кремния тончайшим, прозрачным для света слоем металла, то поток фонов-частиц света, проходя сквозь слой металла, будет выбивать электроны из кристалла. Электроны начнут концентрироваться в слое металла. Так между кристаллом и слоем металла возникает разность потенциалов. Если тысячи таких кристаллов, покрытых слоем металла, – фотоэлементов соединить последовательно и параллельно (для увеличения напряжения тока), то образуется солнечная батарея. Но солнечные батареи – пока лишь маломощные источники энергии для питания электронной аппаратуры, работающей на спутниках и космических кораблях.
В одном из проектов для получения электроэнергии предлагается использовать стеклянные трубы, покрытые изнутри прозрачной полупроводниковой пленкой. Такая труба пропускает сквозь стенку тепловые лучи, но 80 % их удерживает внутри. Солнечные лучи с помощью цилиндрической линзы собираются в пучок. Сквозь стеклянную трубу нагревают трубу, установленную внутри первой. В пространстве поддерживается вакуум. Температура в трубе может превышать 530 °С. Этого вполне достаточно, чтобы расплавить металлический натрий, температура плавления которого 92 °С. Раскаленный металлический теплоноситель по трубопроводу подается в подземные резервуары. Там через теплообменные аппараты концентрированное солнечное тепло расплавит соль. В ночные часы нагретая соль обеспечит работу тепловой электростанции. Гелиоэлектрические станции вовсе не обязательно размещать на поверхности Земли. Есть проект космической гелиостанции. Ряд солнечных батарей собирается в «щиты» на околоземной орбите, удаленной от поверхности Земли на 38 тыс. км. Такая высота выбрана с тем, чтобы щиты не отбрасывали тени на Землю. Вместо проводов предполагается воспользоваться радиоволнами, ведь и они могут переносить в пространстве энергию. На Земле с помощью принимающих антенн энергия радиоизлучений вновь преобразуется в электрическую.
Солнечную энергию уже сегодня следует рассматривать как дополнение к топливным, гидравлическим и ядерным энергоресурсам.
