Энергия солнца

Солнечное излучение — экологически чистый и возобновляемый источник энергии. Запасы солнечной энергии огромны, годовое количество поступающей на Землю энергии составляет 1,05 • 10¹⁸ кВт/ч, из них 2 • 10¹⁷ кВт • ч приходится на поверхность суши. Из этого количества энергии 1,62 • 10¹⁶ кВт • ч в год могут быть использованы без ущерба для окружающей среды, что эквивалентно сжиганию 2 • 10¹² т условного топлива (т. у. т.) в год. Последняя цифра в 60 раз превышает прогнозируемое на 2020 год производство всех видов энергоресурсов на земном шаре (34,2млрд. т. у. т.).

Чтобы в полной мере использовать лучистую энергию Солнца, ее нужно превратить в какой-либо иной вид. Сохранить световой луч в банке еще никому не удавалось.

Один из наиболее распространенных и перспективных способов преобразования света – фотоэлектрический. Фотоны передают свою энергию электронам в полупроводниках. Возникает электрический ток.

Всегда ли нужно ломать голову, каким образом преобразовать свет в нужный нам вид энергии? Фотоны без каких-либо посредников “сами по себе” поглощаются атомами и, в конечном счете, увеличивают тепловую энергию вещества. Надо только суметь воспользоваться даровым теплом, и тогда не нужно будет тратить дефицитную электроэнергию (солнечная электроэнергия недешева), допустим, на обогрев помещений.

Однако использование этой энергии для производства электричества в крупных размерах сопряжено с большими трудностями, главные из которых — низкая плотность солнечной радиации на поверхности земли и прерывистый характер ее поступления (ночное время суток, облачность, пасмурные дни). Известные пути преодоления этих препятствий — создание аккумуляторов энергии и комбинированных солнечно-топливных или солнечно-атомных энергосистем, а также применение концентрирующих солнечную энергию устройств, повышающих ее плотность. К сожалению, эти решения не нашли широкого применения особенно в странах, расположенных в высоких широтах, из-за неконкурентоспособности с традиционными электростанциями.

Совершенно иных результатов можно было бы достичь, отказавшись от наземных солнечных электростанций и размещая их на геосинхронной орбите.

Идея солнечной космической электростанции (СКЭС) впервые была сформулирована в США Глезером П.Е. в 1968 году. Предлагалось разместить на геосинхронной орбите солнечные батареи большой мощности, снабженные преобразователями постоянного тока в сверхвысокочастотное (СВЧ) электромагнитное излучение. Выбор геосинхронной орбиты (порядка 36 000 км) в качестве места базирования СКЭС обеспечивает зависание станции над определенным пунктом на земной поверхности, а использование направленного пучка электромагнитного излучения позволяет передать энергию со станции на Землю, где она может быть преобразована в электрический ток промышленной частоты. Плоскость геосинхронной орбиты выбиралась совпадающей с экваториальной плоскостью Земли, наклоненной, как известно, на 23,5⁰ к плоскости эклиптики, что обеспечивает почти круглогодичную освещенность панелей солнечных батарей. Затенение батарей тенью Земли наблюдается в точках весеннего и осеннего равноденствия и не превышает в общей сложности 1,2 ч.

Учитывая также, что плотность солнечной радиации на геосинхронной орбите составляет 1,4 кВт/м², что в 2-2,5 раза больше, чем в среднем на Земле, становятся очевидными преимущества СКЭС перед наземными станциями.

Разумеется, не менее очевидны и трудности, прежде всего экономические, связанные с реализацией этого проекта. Однако известным стимулом для развития работ в данном исправлении, помимо создания возобновляемого источника энергии, является решение проблемы сохранения окружающей среды от все более возрастающего теплового загрязнения планеты тепловыми отходами индустриальной цивилизации. Попытки отдельных стран оградить себя от пагубного влияния собственной индустрии, вынося ее за пределы национальной территории, неспособны уже сегодня решить эту глобальную проблему, и предлагаемое писателями-фантастами строительство заводов на околоземных орбитах не представляется предметом отдаленного будущего. Неудивительно поэтому, что с конца 60-х годов началась интенсивная теоретическая и экспериментальная проработка различных вариантов мощных солнечных станций на геосинхронной орбите и отдельных элементов их конструкции.