Использование солнечной энергии

 

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанной на исполь­зовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Исполь­зование всего лишь 0,0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обес­печить все нынешние потребности мировой энергетики, а использование 0,5 % - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли ко­гда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в боль­ших масштабах. Одним из самых серьезных препятствий такой реализации яв­ляется низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших ат­мосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока сол­неч­ного излучения составляет 1000 Вт/м², а в среднем за год - 150-250 Вт/м². Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения «собирали» за год энергию, для удовле­творения всех по­треб-ностей человечества нужно разместить их на территории 130000 км². 

Рис. 13.16. Ресурсы солнечной энергии в России.

 

Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший кол­лектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии, погло­щенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного использова­ния. Из этого ясно, что существуют различные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам про­изводства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии вле­чет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материа­лов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Пока электрическая энергия, полученная с помощью солнечной энергии, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными спосо­бами.

КПД лучших солнечных батарей составляет 12-18 процентов. С учетом КПД преобразование энергии солнечных лучей с помощью фотопреобразова­телей позволяет получить с одного квадратного метра не более 0,5 кВт мощно­сти даже в самых теплых и солнечных широтах. 

 

Рис. 13.17. Солнечные электростанции.

 

Опыт применения солнечной энергии в умеренных широтах показы­вает, что энергию Солнца выгоднее непосредственно аккумулировать и исполь­зовать в виде теплоты, например, на Аляске и севере Канады. Природно-климатические условия этих регионов сопоставимы с усло­виями средней полосы России.

В развитии солнечной энергетики есть два основных направления: решение глобального вопроса снабжения энер­гией и создание солнечных пре­образова­телей для выполнения конкретных локальных задач. Эти преобразователи, в свою очередь, де­лят на две группы: высокотемпе­ратурные и низкотемпературные.

Рис. 13.18. Преобразователи солнечной энергии.

 

В преобразователях первого типа солнечные лучи концентрируются на небольшом участке, температура которого растет до 3000°С. Такие уста­новки уже существуют. Их применяют, например, для плавки металлов (рис. 13.19).

Рис. 13.19. Высокотемпературный гелиостат.

 

Самая многочисленная часть солнечных преобразователей работает при гораздо меньших температурах – порядка 100-200 °С. С их помощью подогрева­ют воду, обессоливают ее, поднимают из колодцев. В солнечных кухнях гото­вят пищу. Сконцентрированным солнечным теплом сушат овощи, фрукты и даже замораживают продукты. Энергию Солнца можно аккумулировать днем для обогрева домов и теплиц в ночное время.