Перспективы развития солнечной энергетики

Проблема использования солнечной энергии, которая являлась предметом изучения отдельных исследователей, сегодня привлекает пристальное внимание всей общественности ( ученых, государственных деятелей, журналистов и т.д.). Это объясняется конечным запасом ископаемого топлива и заставляет задуматься над получением энергии будущего.

Кроме того, в последние годы остро встал вопрос о защите окружающей среды. Современная топливная энергетика загрязняет воз­душный бассейн вредными выбросами, а также существует "тепловое загрязнение".

Поэтому на современном этапе солнечная энергия является весьма перспективным энергоисточником. Если принять во внимание, что все виды энергии трансформируется, в конечном счете, в тепловую, то это может привести к необратимым изменениям теплового баланса и климата нашей планеты. По прогнозам тепловая энергия в количестве 5⁷ от солнечной энергии может создать угрозу "теплового загрязнения"

Несмотря на все преимущества солнечной энергии она не получила широкого применения даже в странах с жарким климатом. Объясняется это периодической облученностью в различные периоды времени к техническими трудностями при преобразовании.

Солнечная энергия практически вечный и потенциальный огромный источник энергоснабжения, не вносящий каких-либо загрязнения в окружающую среду. В наше время надвигающейся экологической катастрофыиспользование ее может помочь избежать значительных неприятно­стей с точки зрения охраны среды. Основные проблемы применения сол­нечной энергии - высокая стоимость концентрации при использовании, рассосредоточенность и дискретность поступления по часам суток, времени года и географическим поясам. Ключевой проблемой при­менения солнечной энергии является проблема аккумулирования. Если рассосредоточенность излучения и необходимость создания устройства для концентрации определяются технико-экономическими характери­стиками используемых для этого систем, то дискретность поступле­ния энергии требует решения вопросов аккумулирования.

Солнечная энергия является почти неограниченным источником, мощность которого, поступающая на поверхность Земли, оценивается в 20 миллиардов киловатт ( 20-10 ¹² Вт, или 2000 ГВт). Эта величина бо­лее чем в 1ОО раз превышает прогнозные значения требуемой электри­ческой мощности для планеты в целом на уровне 2000 года. Годовой приход солнечной энергии эквивалентен 1,3.10¹⁴ тоннам услов­ного топлива. Для сравнения - мировые запасы органического топлива оцениваются в 6-1О¹² тонн условного топлива.

В технических вопросах использования солнечной энергии следу­ет выделить два аспекта - электроснабжение, теплоснабжение, го­рячее водоснабжение и опреснение. В первом случае идет получение электрической энергии, во втором - тепла.

Осуществление подобных проектов связано с низкой плотностью солнечной медиации, которая составляет I киловатт на квадратный метр. В связи с этим требуется большая площадь энергоприемников. В настоящее время разработаны концентраторы энергии, для которых требуется поверхность в десятки квадратных километров. Кроме того, технология изготовления модулей концентраторов является дорогостоящей. Для создания постоянного поступления вторичного энергоносителя необходимо иметь аккумуляторы. Необходимость создания системы аккумулирования выдвигает дополнительные, но преодолимые трудности и увеличивает стоимость энергии. Поэтому во всем мире ведутся разработки солнечной электростанции по термодинамическому циклу преобразования, то есть с применением паросиловой установки, ана­логичной применяемой на современных тепловых станциях. В большинстве высокоразвитых стран годовое количество солнеч­ной энергии, падающей на крыши жилых домов, значительно превосхо­дит величину энергии, необходимой для их отопления или охлаждения. Поэтому естественно прежде всего говорить об использовании солнеч­ной энергии для подобных целей. Наибольший интерес представляет преобразование солнечной энергии в электрическую или механическую. КПД большинства этих установок чрезвычайно низок, но тем не ме­нее перспективы применения весьма заманчивы. Даже при КПД 5 % солнечной энергии, собранной с 6м² горизонтальной поверхности в тропических .районах, достаточно для удовлетворения энергетической потребности на душу населения на современном уровне развития.

Для этих целей можно использовать обширные неосвоенные простран­ства, не принося ущерба сельскому хозяйству.

Наиболее подходящими районами сооружения энергостанций, работающих на солнечной анергии, являются огромные зоны пустынь, кото­рые опоясывают почти весь земной шар в районах тропиков. Общая площадь этих безжизненных неплодородных районов составляет около 2-10⁷км² . Годовое количество солнечной энергии в этих областях достигает 5-10¹⁶кВт.ч. Если использовать хотя бы 5 % такого количества энергии, то существующие ныне энергетические потребности мож­но было бы перекрыть более чем в двести раз.

Приведенные цифры могут показаться грандиозными, тем не менее перспективы получения солнечной энергии в достаточно больших масштабах в принципе вполне реальны. Однако (вследствие низкой интенсивности солнечного излучения) для этого потребуются коллекторы боль­шой площади. Например, для производства энергии в объеме выработки современной электростанция необходим коллектор площадью около Зкм².

Значительные успехи. Достигнутые при прямом преобразовании солнечного излучения в электричество с помощью термо- и фото генераторов, относятся не к стационарным, а к специальным условиям использования. Все космические корабли и искусственные спутники Зем­ли оснащены солнечными батареями, преобразующими солнечную энер­гию непосредственно в электрическую. Стоимость таких преобразовате­лей велика для использования в большой энергетике.

В вопросах теплоснабжения применение солнечной энергии продвинулось достаточно вперед. Это объясняется тем, что отопление и горячее водоснабжение являются низкотемпературными процессами и могут быть обеспечены более простыми техническим средствами. Солнечные водонагреватели уже используются для индивидуальных систем в южных климатических зонах.

В настоящее время целый ряд фирм США выпускает различные конструкции солнечных водонагревателей в виде стандартных секций. С помощью таких секций могут набираться панели требуемой производительности.

Важный результат применения солнечных установок - экономия органического топлива, но не менее важным является влияние на экологию в районах их использования.

Сейчас центр тяжести переносится на совершенствование техноло­гий и конструкций гелиоустановок, широкое промышленное разверты­вание программ выпуска. На повестке дня разработка научных мето­дов учета положительных экологических последствий солнечного нагре­ва, что позволит обоснованно расширить рентабельные области его применения, так как при интенсивности солнечной радиации 800 Вт/м² можно получить в виде работы не более 200 Вт/м²

Исследования в области солнечной энергетики занимают достаточное место в научном мире. В таких странах, как США, Япония, ФРГ, они проводятся на уровне национальной программы, рассчитанной на длительный период.