Солнечные электростанции: усовершенствование технологий

Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей  экологически безопасно, но вот само их создание загрязняет окружающую среду  многими вредными веществами. Поэтому  профессор Дэвид Крисвелл из Института  космических систем в городе Хьюстон, США, на заседании американского  Геофизического союза, где обсуждались  альтернативные экологические источники  энергии, рассказал о своих идеях  по созданию электростанций на Луне. Его  лунные установки будут аккумулировать солнечную энергию и передавать ее на Землю в виде микроволновых  лучей. Изобретатель утверждает, что  этот способ экологичен, источник энергии  почти неисчерпаем, а добыча в  конечном счете не требует механических усилий и денежных затрат. А для  начала, по мнению Крисвелла, нужно  решить проблему строительства лунных электростанций, которые будут сооружаться  из лунных материалов. Породы Луны богаты кремнием, кислородом, кальцием, алюминием, титаном, магнием и другими элементами периодической системы Менделеева, необходимыми для производства основных элементов электростанций, - кремниевых фотоэлектрических преобразователей, ферменных конструкций, кабелей, СВЧ-устройств  и так далее. Строительство энергетических объектов можно будет поручить роботам, которые уже сегодня способны осуществлять такие работы.

Единственная проблема, которая, по словам ученого, может помешать осуществлению  проекта, - это отказ правительства  США в финансировании, хотя денег  нужно всего ничего - 60 миллиардов долларов, что только в три раза превышает бюджет космической программы  «Аполлон». На Луне нет атмосферы, и  как следствие этого, помех для  солнечного света - облаков и атмосферной  пыли. На ее поверхность поступает  более широкий диапазон излучений, чем на Землю. Да и гораздо выгоднее использовать уже имеющуюся площадку - Луну, нежели организовывать новые - искусственные  спутники.

Серьезная угроза для безопасной работы станции на Луне - это микрометеориты, которые могут повредить поглощающие  элементы. По мнению специалистов NASA, в  этом случае пять таких энергостанций  надо монтировать на экваторе спутника. Тогда в любой момент времени  две или три из них будут  находиться на дневной стороне и  работать на полную мощность, а остальные - на ночной, то есть защищенной стороне. По расчетам Крисвелла, проект должен окупиться в течение пяти лет.

О том, как передать на нашу планету энергию, полученную в космосе, ученые спорили давно, были даже попытки  продемонстрировать на Земле работоспособность  одного из предлагаемых способов. Так  называемая беспроводная передача энергии  из космоса понималась как передача энергетического луча с геостационарных  спутников на поверхность нашей  планеты. На управляемом Францией острове  Реюньон в Индийском океане полным ходом идет строительство установки  для беспроволочной передачи электроэнергии. То, что недавно казалось фантастикой, становится былью: впервые в истории  человечества ток будет передаваться буквально по воздуху. Опробуют новый  метод в одной из деревень острова, которая находится на дне глубокого  каньона. Поэтому проложить туда обычную линию электропередач невозможно.

Облегчит жизнь островитянам технология, которая применяется  в обычных микроволновых печах. Действует она следующим образом: ток из сети сначала преобразуется  в микроволны с помощью такого же, как в обычных печах, устройства, только работающего на иных частотах. Затем направленные волны посылаются на приемные антенны. Те улавливают пучки микроволн и снова превращают их в постоянный ток, пригодный к употреблению.

Как известно, привычное для  нас электроснабжение по проводам достаточно эффективно лишь при наличии расположенной  поблизости электростанции. Финансовые затраты быстро возрастают по мере увеличения расстояния до потребителя, одновременно растут и потери энергии. Поэтому специалисты считают, что  микроволновая технология может  оказаться востребованной при передаче энергии с Луны на Землю.

Техника солнечной энергии

С развитием солнечных  электростанций, увеличились масштабы использования солнечной энергии  в различных отраслях производства промышленности, использующей энергию  солнца.

Два крупнейших гранта были получены компаниями Dow Chemical и Solexel and Owens Corning, которые совместно занимаются разработкой интегрированных фотогальванических проектов. Dow ищет решения, которые позволят интегрировать компоненты, необходимые  для выработки солнечной энергии, прямо в строительные материалы. При таком подходе, новые здания получат функциональность солнечных  электростанций по умолчанию, без установки  дополнительных модулей и панелей. Solexel разрабатывает специальные  фотогальванические плитки и модули для крыш.Tech Wealth, известный поставщик  телекоммуникационного оборудования из Китая, разработал мобильный телефон, который работает на солнечной энергии. Компания заявляет, что это первый в мире мобильник, который может  зарядиться с помощью энергии  солнца. После пребывания на солнечном  свете в течение часа телефон  может работать в режиме разговора  до 40 минут. Солнечная батарея мобильника, как обещают, сможет заряжаться и  от других источников света, например, свечей. По заявлению представителя Hi-Tech Wealth, срок действия аккумулятора этого  сотового в 2,5 раза больше, чем у традиционных батарей.

Дизайнер Эндрю Шнайдер  из США к началу летнего сезона создал бикини с солнечными батареями. Благодаря специальным пластинам, нашитым на купальник и генерирующим электроток, можно не только заряжать мобильный прямо от купальника, но также подключать к нему MP3-плеер  или небольшой вентилятор.

Ещё одно применение солнечной  энергии нашло себя в построении солнечных домов, или иными словами  пассивных домов. Солнечный дом - это современный уровень культуры жилья. Его эффективность и распространение  в значительной степени зависят  от такой простой истины, как экономное  отношение к получаемой энергии. Он должен иметь надежную теплоизоляцию, современную вентиляционную технику, кондиционеры, то есть не должен выбрасывать  тепло «на ветер». Как показывает опыт, только за счет экономии тепла  расходы электроэнергии сокращаются  в несколько раз. В таком доме, обеспечивающем себя не только теплом, но и электроэнергией, используется гелиоустановки, теплоноситель у  которых является вода, с температурой нагрева 200-500 °С при обязательном использовании  концентраторов - зеркал, отражающих свет с большой площади на коллектор.

Все чаще применяются в  солнечных установках фотоэлектрические  преобразователи на основе кристаллов кремния и арсенида галлия. Последние  обладают лучшей тепловой устойчивостью  и более высоким КПД, реально  до 20%. Применение гетероструктурных  полупроводников, увеличивает эффективность преобразователей вдвое. Панели солнечных преобразователей, располагаемых, как правило, в верхней части здания, заменяют тепловой коллектор, и вырабатывают ток, идущий на освещение, обогрев и механические работы.

Компанией Conserval Engineering, Канада производится "солнечная стена" - это вторая стена, устанавливаемая  с зазором примерно в несколько  сантиметров поверх южной стены  здания. Этот дополнительный слой представляет собой тонкие панели из алюминия или  стали, с чёрным покрытием и множеством маленьких отверстий по всей площади. Верхняя часть образовавшейся между  стенами полости соединяется  с вентилятором, подающим воздух с  улицы в здание. В осенне-зимний период, когда есть солнце, чёрные пластины "Солнечной стены" заметно нагреваются. Воздух с улицы втягивается в  отверстия, нагревается в промежутке между стенами и попадает в  помещение. Более того, уходящее через  настоящую стену (кирпич или та же сталь) здания, ту самую стену поверх которой смонтирована стена "Солнечная", внутреннее тепло прогретого помещения  здесь не пропадает зря, а помогает нагревать поступающий внутрь свежий воздух. Так существенно снижается  необходимая мощность штатной системы  обогрева здания. Летом же, как ни странно, эта чёрная стена помогает зданию охлаждаться. Только теперь в  системе переключаются заслонки, и нагретый в фальш-стене воздух сразу выбрасывается наружу, а  вот его восходящий поток помогает засасывать в здание, через другие каналы, воздух с улицы. И та же стена  мешает южному фасаду здания перегреваться. Так снижается требуемая мощность штатной системы кондиционирования. Установленные на ряде промышленных сооружений "Солнечные стены" экономят теперь своим владельцам тысячи долларов в год, а планете - тонны  и тонны топлива для электростанций.

Многие люди и даже целые  компании работают над созданием  автомобиля получающего энергию  от солнечных батарей. Говорить о  начале серийного производства конечно  рано, но всё же кое какие сдвиги в этой области есть. В Австралии  раз в два года проходит гонка  солнцемобилей World Solar Challenge. Длина трассы составляет чуть более 3000 километров. Рекорд средней скорости прохождения  трассы более 100 км/ч. Среди команд участниц, многие представляют те или иные университеты. Так что создаётся впечатление, что гонка - это своего рода лаборатория  по созданию альтернативного транспорта. Международные гонки автомобилей  на солнечных батареях прошли впервые  в 1987 году. Они задумывались для стимулирования развития технологий для нужд транспорта будущего. И надо признать, что свою лепту в это вносят. Если первый победитель в 1987 году финишировал со средней скоростью 67 км/ч., прогресс очевиден. Необходимо отметить, что  раньше солнцемобили серьёзно замедлялись  при кратковременных уменьшениях  солнечного потока, сейчас же, с внедрением литиевых батарей, это не оказывает  существенного влияния.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Новые технологии в  мире: www.eren.doe.gov.

. Википедия: www.vicipedia.ru.

. Грабмайер И.Г. Сименс - Франкфурт: 1990.

. Андреев С.В. Солнечные  электростанции - М.:Наука 2002.