Реферат: Использование солнечной энергии
Рефератна тему:
«Использованиесолнечной энергии»
Выполнили учащиеся 8Б класса средней школы № 52
ЛарионовСергей и
МарченкоЖеня.
Орск 2000г.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»"> «Сначала хирург, а потом капитан несколькихкораблей» Лемюэль Гулливер в одном из своих путешествий попал на летающий остров— Лапуту. Зайдя в один из заброшенныхдомов в Лагадо, столице Лапутии, он обнаружил там странного истощенногочеловека с закопченным лицом. Его платье, рубаха и кожа почернели от копоти,всклокоченные волосы и борода были местами опалены. Этот неисправимыйпрожектер восемь лет разрабатывал проект извлечения из огурцов солнечных лучей.Эти лучи он намеревался собирать в герметически закупоренные склянки, чтобы вслучае холодного или дождливого лета обогревать ими воздух. Он выразил уверенность,что еще через восемь лет сможет поставлять солнечный свет повсюду, где онпотребуется.
<span Times New Roman",«serif»">Сегодняшниеловцы солнечных лучей совсем не похожи на безумца, нарисованного фантазиейДжонатана Свифта, хотя они занимаются, по существу, тем же, что и свифтовскийгерой,—пытаются поймать солнечные лучи инайти им энергетическое применение.
<span Times New Roman",«serif»">Ужедревнейшие люди думали, что вся жизнь на Земле порождена и неразрывно связана сСолнцем. В религиях самых разных населяющих Землю народов, одним из самыхглавных богов всегда был бог Солнца, дарующий животворящее тепло всему сущему.
<span Times New Roman",«serif»">Действительно,количество энергии, поступающей на Землю от ближайшей к нам звезды, огромно.Всего за три дня Солнце посылает Земле столько энергии, сколько содержится еево всех разведанных нами запасах топлива! И хотя только третья часть этойэнергии достигает Земли — остальные дветрети отражаются или рассеиваются атмосферой, —даже эта ее часть более чем в полторы тысячи раз превосходит все остальные,используемые человеком источники энергии, вместе взятые! Да и вообще всеисточники энергии, имеющиеся на Земле, порождены Солнцем.
<span Times New Roman",«serif»">Вконечном счете именно солнечной энергии человек обязан всеми своимитехническими достижениями. Благодаря солнцу возникает круговорот воды вприроде, образуются потоки воды, вращающей водяные колеса. По-разному нагреваяземлю в различных точках нашей планеты, солнце вызывает движение воздуха, тотсамый ветер, который наполняет паруса судов и вращает лопасти ветряных установок.Все ископаемое топливо, используемое в современной энергетике, ведет своепроисхождение опять же от солнечных лучей. Это их энергию с помощью фотосинтезапреобразовали растения в зеленую массу, которая в результате длительныхпроцессов превратилась в нефть, газ, уголь.
<span Times New Roman",«serif»">Нельзя ли использовать энергию солнцанепосредственно? На первый взгляд это не такая уж сложная задача. Кто непробовал в солнечный день при помощи обыкновенной лупы выжигать на деревяннойдощечке картинку! Минута, другая— и наповерхности дерева в том месте, где лупа собрала солнечные лучи, появляетсячерная точка и легкий дымок. Именно таким образом один из самых любимыхгероев Жюля Верна, инженер Сайрус Смит, выручил своих друзей, когда у них,попавших на таинственный остров, погас костер. Инженер сделал линзу из двух часовыхстекол, пространство между которыми было заполнено водой. Самодельная«чечевица» сосредоточила солнечные лучи на охапке сухого мха и воспламенилаего.
<span Times New Roman",«serif»">Этотсравнительно нехитрый способ получения высокой температуры люди знали сглубокой древности. В развалинах древней столицы Ниневии в Месопотамии нашлипримитивные линзы, сделанные еще вXIIвеке до нашей эры. Только «чистым» огнем, полученным непосредственно от лучейсолнца, полагалось зажигать священный огонь в древнеримском храме Весты.
<span Times New Roman",«serif»">Интересно,что древними инженерами подсказана и другая идея концентрации солнечных лучей — с помощью зеркал. Великий Архимед оставилнам трактат «О зажигательных зеркалах». С его именем связана поэтическаялегенда, рассказанная византийским поэтом Цецесом.
<span Times New Roman",«serif»">Вовремя Пунических войн родной город Архимеда Сиракузы был осажден римскимикораблями. Командующий флотом Марцелл не сомневался в легкой победе — ведь его войско было намного сильнеезащитников города. Одного не учел заносчивый флотоводец— в борьбу с римлянами вступил великий инженер. Он придумалгрозные боевые машины, построил метательные орудия, которые осыпали римскиекорабли градом камней или увесистой балкой пробивали дно. Другие машиныкрючковатым краном поднимали суда за нос и разбивали их о прибрежные скалы. Аоднажды римляне с изумлением увидели, что место воинов на стене осажденногогорода заняли женщины с зеркалами в руках. По команде Архимеда они направилисолнечные зайчики на одно судно, в одну точку. Через короткое время на судневспыхнул пожар. Та же участь постигла еще несколько кораблей нападавших, покаони в растерянности не бежали подальше, за пределы досягаемости грозногооружия.
<span Times New Roman",«serif»">Долгиевека эта история считалась красивым вымыслом. Однако некоторые современныеисследователи истории техники провели расчеты, из которых следует, что зажигательныезеркала Архимеда в принципе могли существовать.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US"><img src="/cache/referats/4230/image001.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
Солнечные коллекторы
<span Times New Roman",«serif»">Использовалинаши предки солнечную энергию и в более прозаических целях. В Древней Грециии в Древнем Риме основной массив лесов был хищнически вырублен длястроительства зданий и судов. Дрова для отопления почти не использовались. Дляобогрева жилых домов и оранжерей активно использовалась солнечная энергия.Архитекторы старались строить дома так, чтобы в зимнее время на них падало быкак можно больше солнечных лучей. Древнегреческий драматург Эсхил писал, чтоцивилизованные народы тем и отличаются от варваров, что их дома «обращенылицом к солнцу». Римский писатель Плиний Младший указывал, что его дом,расположенный севернее Рима, «собирал и увеличивал тепло солнца за счет того,что его окна располагались так, чтобы улавливать лучи низкого зимнего солнца».
<span Times New Roman",«serif»">Раскопкидревнего греческого города Олинфа показали, что весь город и его дома былиспроектированы по единому плану и располагались так, чтобы зимой можно былопоймать как можно больше солнечных лучей, а летом, наоборот, избегать их.Жилые комнаты обязательно располагались окнами к солнцу, а сами дома имелидва этажа: один—для лета, другой—для зимы. В Олинфе, как и позже в ДревнемРиме, запрещалось ставить дома так, чтобы они заслоняли от солнца дома соседей,—урок этики для сегодняшних создателейнебоскребов!
<span Times New Roman",«serif»">Кажущаясяпростота получения тепла при концентрации солнечных лучей не однажды порождаланеоправданный оптимизм. Немногим более ста лет назад, в1882 году, русский журнал «Техник» опубликовал заметку обиспользовании солнечной энергии в паровом двигателе: «Инсолатором названпаровой двигатель, котел которого нагревается при помощи солнечных лучей,собираемых для этой цели особо устроенным отражательным зеркалом. Английскийученый Джон Тиндаль применил подобные конические зеркала очень большогодиаметра при исследовании теплоты лунных лучей. Французский профессор А.-Б.Мушо воспользовался идеей Тиндаля, применив ее к солнечным лучам, и получилжар, достаточный для образования пара. Изобретение, усовершенствованноеинженером Пифом, было доведено им до такого совершенства, что вопрос опользовании солнечной теплотой может считаться окончательно решенным вположительном смысле».
<span Times New Roman",«serif»">Оптимизминженеров, построивших «инсолатор», оказался неоправданным. Слишком много препятствийпредстояло еще преодолеть ученым, чтобы энергетическое использование солнечноготепла стало реальным. Лишь сейчас, через сто с лишним лет, начала формироватьсяновая научная дисциплина, занимающаяся проблемами энергетического использованиясолнечной энергии, — гелиоэнергетика. Илишь сейчас можно говорить о первых реальных успехах в этой области.
<span Times New Roman",«serif»">Вчем же сложность? Прежде всего, вот в чем. При общей огромной энергии,поступающей от солнца, на каждый квадратный метр поверхности земли ее приходится совсем немного — от100до 200 ватт, в зависимости от географическихкоординат. В часы солнечного сияния эта мощность достигает400—900 вт/м2, и поэтому, чтобыполучить заметную мощность, нужно обязательно сначала собрать этот поток сбольшой поверхности и затем сконцентрировать его. Ну и конечно, большоенеудобство составляет то очевидное обстоятельство, что получать эту энергиюможно только днем. Ночью приходится использовать другие источники энергии иликаким-то образом накапливать, аккумулировать солнечную.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/4230/image003.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">
Солнечная опреснительная установка
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Пойматьэнергию солнца можно по-разному. Первый путь — наиболеепрямой и естественный: применить солнечное тепло для нагрева какого-нибудьтеплоносителя. Потом нагретый теплоноситель можно использовать, скажем, дляотопления или горячего водоснабжения (здесь не нужна особенно высокаятемпература воды), или же для получения других видов энергии, в первую очередьэлектрической.
<span Times New Roman",«serif»">Ловушкадля непосредственного использования солнечного тепла совсем проста. Для ееизготовления понадобится прежде всего коробка, закрытая обычным оконным стекломили подобным ему прозрачным материалом. Оконное стекло не представляетпрепятствия для солнечных лучей, но удерживает тепло, нагревшее внутреннююповерхность коробки. Это, по существу, парниковый эффект, принцип, на которомпостроены все теплицы, парники, оранжереи и зимние сады.
<span Times New Roman",«serif»">«Малая» гелиоэнергетика очень перспективна. На землеесть множество мест, где солнце нещадно палит с небосклона, иссушая почву ивыжигая растительность, превращая местность в пустыню. Сделать такую землюплодородной и обитаемой в принципе можно. Нужно «только» обеспечить ее водой,построить селения с комфортабельными домами. Для всего этого потребуетсяпрежде всего много энергии. Получить эту энергию от того же иссушающего,губящего солнца, превратив солнце в союзника человека, очень важная и интереснаязадача.
<span Times New Roman",«serif»">У нас в стране такие работы возглавил Институтсолнечной энергии Академии Наук Туркменской ССР, головной внаучно-производственном объединении «Солнце». Совершенно ясно, почему этоучреждение с названием, будто сошедшим со страниц научно-фантастическогоромана, расположено именно в Средней Азии — ведьв Ашхабаде в летний полдень на каждый квадратный километр падает потоксолнечной энергии, по мощности эквивалентный крупной электростанции!
<span Times New Roman",«serif»">В первую очередь ученые направили свои усилия наполучение с помощью солнечной энергии воды. Вода в пустыне есть, да и найти еесравнительно нетрудно — расположена онанеглубоко. Но использовать эту воду нельзя — слишкоммного в ней растворено различных солей, она обычно еще более горькая, чемморская. Чтобы применить подпочвенную воду пустыни для полива, для питья, еенужно обязательно опреснить. Если это удалось сделать, можно считать, что рукотворныйоазис готов: здесь можно жить в нормальных условиях, пасти овец, выращиватьсады, причем круглый год — солнцадостаточно и зимой. По расчетам ученых, только в Туркмении может быть построеносемь тысяч таких оазисов. Всю необходимую энергию для них будет давать солнце.
<span Times New Roman",«serif»">Принцип действия солнечного опреснителя очень прост.Это сосуд с водой, насыщенной солями, закрытый прозрачной крышкой. Воданагревается солнечными лучами, понемногу испаряется, а пар конденсируется наболее холодной крышке. Очищенная вода (соли-то не испарились!) стекает с крышкив другой сосуд.
<span Times New Roman",«serif»">Конструкции этого типа известны довольно давно.Богатейшие залежи селитры в засушливых районах Чили в прошлом веке почти неразрабатывались из-за отсутствия питьевой воды. Тогда в местечке Лас-Сали-наспо такому принципу был построен опреснитель площадью5 тысяч квадратных метров, который в жаркий день давал по20 тысяч литров пресной воды.
<span Times New Roman",«serif»">Нотолько сейчас работы по использованию солнечной энергии для опреснения водыразвернулись широким фронтом. В туркменском совхозе «Бахарден» впервые в мирезапустили самый настоящий «солнечный водопровод», обеспечивающий потребностилюдей в пресной воде и дающий воду для полива засушливых земель. Миллионылитров опресненной воды, полученной из солнечных установок, намного раздвинутграницы совхозных пастбищ.
<span Times New Roman",«serif»">Оченьмного энергии люди затрачивают на зимнее отопление жилищ и промышленныхзданий, на круглогодичное обеспечение горячего водоснабжения. И здесь на помощьможет прийти солнце. Разработаны гелиоустановки, способные обеспечить горячейводой животноводческие фермы. Солнечная ловушка, разработанная армянскимиучеными, очень проста по конструкции. Это прямоугольная полутораметроваяячейка, в которой под специальным покрытием, эффективно поглощающим тепло,расположен волнообразный радиатор из системы труб. Стоит только подключитьтакую ловушку к водопроводу и выставить ее на солнце, как в летний день из неебудет поступать в час до тридцати литров воды, нагретой до70—80 градусов. Преимущество такойконструкции в том, что из ячеек можно строить, как из кубиков, самые разныеустановки, намного увеличивая производительность солнечного нагревателя.Специалисты намечают перевести на солнечное теплоснабжение экспериментальныйжилой район Еревана. Устройства для нагрева воды (или воздуха), называемые солнечнымиколлекторами, выпускаются нашей промышленностью. Созданы десятки солнечныхустановок и систем для горячего водоснабжения производительностью до100 тонн горячей воды в день для обеспечениясамых различных объектов.
<span Times New Roman",«serif»">Солнечныенагреватели установлены на многочисленных домиках, построенных в различныхместах нашей страны. Одна из сторон крутой крыши, обращенная к солнцу,состоит из солнечных нагревателей, с помощью которых дом отапливается иснабжается горячей водой. Планируется постройка целых поселков, состоящих изтаких домов.
<span Times New Roman",«serif»">Нетолько у нас в стране занимаются проблемой использования солнечной энергии. Впервую очередь заинтересовались гелиоэнергетикой ученые стран, расположенныхв тропиках, где в году бывает очень много солнечных дней. В Индии, например,разработали целую программу использования солнечной энергии. В Мадраседействует первая в стране солнечная электростанция. В лабораториях индийскихученых работают экспериментальные опреснительные установки, зерносушилки иводяные насосы. В Делийском университете изготовлена холодильная гелиоустановка,способная охлаждать продукты до15градусов ниже нуля. Так что солнце может не только нагревать, но и охлаждать! Всоседней с Индией Бирме студенты из технологического института в Рангуне построиликухонную плиту, где солнечное, теплоиспользуется для приготовления пищи.
<span Times New Roman",«serif»">Дажев Чехословакии, расположенной значительно севернее, работают сейчас510 установок солнечного теплоснабжения.Общая площадь их действующих коллекторов вдвое превышает размеры футбольногополя! Солнечные лучи обеспечивают теплом детские сады и животноводческие фермы,открытые плавательные бассейны и индивидуальные дома.
<span Times New Roman",«serif»">Вгороде Ольгин на Кубе вступила в строй оригинальная солнечная установка,разработанная кубинскими специалистами. Она расположена на крыше детскойбольницы и обеспечивает ее горячей водой даже в те дни, когда солнце закрытооблаками. По мнению специалистов, такие установки, появившиеся уже и в другихкубинских городах, помогут экономить много топлива.
<span Times New Roman",«serif»">Строительство«солнечного поселка» начато в алжирской провинции Мсила. Всю энергию жителиэтого довольно большого поселения будут получать от солнца. Каждый жилой дом вэтом поселке будет оборудован солнечным коллектором. Отдельные группысолнечных коллекторов обеспечат энергией промышленные и сельскохозяйственныеобъекты. Специалисты Национальной научно-исследовательской организации Алжираи Университета ООН, спроектировавшие этот поселок, уверены, что он станетпрообразом тысяч подобных поселений в жарких странах.
<span Times New Roman",«serif»">Правоназываться первым солнечным поселением оспаривает у алжирского поселкаавстралийский городок Уайт Клиффс, который стал местом строительства оригинальнойсолнечной электростанции. Принцип использования солнечной энергии здесь особый.Ученые Национального университета в Канберре предложили использоватьсолнечное тепло для разложения аммиака на водород и азот. Если этим компонентамдать возможность вновь соединиться, выделится тепло, которое можно использоватьдля работы электростанции точно так же, как и тепло, получаемое при сжиганииобычного топлива. Этот метод использования энергии особенно привлекателен тем,что энергию можно запасать впрок в виде еще не прореагировавших азота иводорода и использовать ее ночью или в ненастные дни.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/4230/image005.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
Монтаж гелиостатов Крымской солнечной электростанции
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Химический метод получения электричества от солнцавообще довольно заманчив. При его использовании солнечную энергию можно будетзапасать впрок, хранить ее как любое другое топливо. Экспериментальнаяустановка, работающая по такому принципу, создана в одном из научных центровв ФРГ. Основной узел этой установки—параболическое зеркало диаметром1 метр,которое при помощи сложных следящих систем постоянно направлено на солнце. Вфокусе зеркала концентрированные солнечные лучи создают температуру800—1000 градусов. Этой температуры достаточнодля разложения серного ангидрида на сернистый ангидрид и кислород, которыезакачиваются в специальные емкости. При необходимости компоненты подаются врегенерационный реактор, где в присутствии специального катализатора из нихобразуется исходный серный ангидрид. При этом температура повышается до500 градусов. Потом тепло можно использоватьдля того, чтобы превратить воду в пар, вращающий турбину электрогенератора.
<span Times New Roman",«serif»">УченыеЭнергетического института имени Г. М. Кржижановского проводят экспериментыпрямо на крыше своего здания в не столь уж солнечной Москве. Параболическоезеркало, концентрируя солнечные лучи, нагревает до700 градусов газ, помещенный в металлический цилиндр. Горячий газне только может превратить в теплообменнике воду в пар, который приведет вовращение турбогенератор. В присутствии специального катализатора он по путиможет быть превращен в окись углерода и водород—энергетически значительно более выгодные продукты, чем исходные.Нагревая воду, эти газы не пропадают —онипросто остывают. Их можно сжечь и получить дополнительную энергию, причемтогда, когда солнце закрыто тучами или ночью. Продумываются проектыиспользования солнечной энергии для накопления водорода — как предполагается, универсального топлива будущего. Для этогоможно употребить энергию, полученную на солнечных электростанциях,расположенных в пустынях, то есть там, где энергию использовать на местетрудно.
<span Times New Roman",«serif»">Существуюти совсем необычные пути. Солнечный свет сам по себе может расщепить молекулуводы, если будет присутствовать подходящий катализатор. Еще экзотичнее ужесуществующие проекты крупномасштабного производства водорода с помощьюбактерий! Процесс идет по схеме фотосинтеза: солнечный свет поглощается,например, синезелеными водорослями, которые довольно быстро растут. Этиводоросли могут служить пищей для некоторых бактерий, в процессежизнедеятельности выделяющих из воды водород. Исследования, которые провели сразными видами бактерий советские и японские ученые, показали, что в принципевсю энергетику города с миллионным населением может обеспечить водород,выделяемый бактериями, питающимися сине-зелеными водорослями на плантацииплощадью всего17,5 квадратныхкилометров. По расчетам специалистов Московского государственногоуниверситета, водоем размером с Аральское море может обеспечить энергией почтивсю нашу страну. Конечно, до воплощения в жизнь подобных проектов еще далеко.Эта остроумная идея и вXXI векепотребует для своего осуществления решить многие научные и инженерные задачи.Использовать для получения энергии живые существа вместо огромных машин— идея, стоящая того, чтобы поломать над нейголову.
<span Times New Roman",«serif»">Проекты электростанции, где турбину будет вращатьпар, полученный из нагретой солнечными лучами воды, разрабатывается сейчас всамых различных странах. В СССР экспериментальная солнечная электростанциятакого типа построена на солнечном побережье Крыма, вблизи Керчи. Место длястанции выбрано не случайно— ведь в этомрайоне солнце светит почти две тысячи часов в год. Кроме того, немаловажно ито, что земли здесь солончаковые, не пригодные для сельского хозяйства, астанция занимает довольно большую площадь.
<span Times New Roman",«serif»">Станция представляет собой необычное и впечатляющеесооружение. На огромной, высотой более восьмидесяти метров, башне установленсолнечный котел парогенератора. А вокруг башни на обширной площадке радиусомболее полукилометра концентрическими кругами располагаются гелиостаты —сложные сооружения, сердцем каждого изкоторых является громадное зеркало, площадью более25 квадратных метров. Очень непростую задачу пришлось решатьпроектировщикам станции — ведь всегелиостаты (а их очень много — 1600!)нужно было расположить так, чтобы при любом положении солнца на небе ни одиниз них не оказался в тени, а отбрасываемый каждым из них солнечный зайчикпопал бы точно в вершину башни, где расположен паровой котел (поэтому башня исделана такой высокой). Каждый гелиостат оснащен специальным устройством дляповорота зеркала. Зеркала должны двигаться непрерывно вслед за солнцем— ведь оно все время перемещается, значит, зайчикможет сместиться, не попасть на стенку котла, а это сразу же скажется на работестанции. Еще больше усложняет работу станции то, что траектории движения гелиостатовкаждый день меняются: Земля движется по орбите и Солнце ежедневно чуть-чутьменяет свой маршрут по небу. Поэтому управление движением гелиостатов порученоэлектронно-вычислительной машине — толькоее бездонная память способна вместить в себя заранее рассчитанные траекториидвижения всех зеркал.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/4230/image007.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
<span Times New Roman",«serif»">Строительствосолнечной электростанции
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Поддействием сконцентрированного гелиостатами солнечного тепла вода в парогенераторенагревается до температуры250 градусови превращается в пар высокого давления. Пар приводит во вращение турбину, та— электрогенератор, и в энергетическую системуКрыма вливается новый ручеек энергии, рожденной солнцем. Выработка энергии непрекратится, если солнце будет закрыто тучами, и даже ночью. На выручку придуттепловые аккумуляторы, установленные у подножия башни. Излишки горячей воды всолнечные дни направляются в специальные хранилища и будут использоваться в товремя, когда солнца нет.
<span Times New Roman",«serif»">Мощностьэтой экспериментальной электростанции относительно
невелика— всего5 тысяч киловатт. Но вспомним: именно такой была мощность первойатомной электростанции, родоначальницы могучей атомной энергетики. Да ивыработка энергии отнюдь не самая главная задача первой солнечной электростанции— она потому и называетсяэкспериментальной, что с ее помощью ученым предстоит найти решения оченьсложных задач эксплуатации таких станций. А таких задач возникает немало. Как,например, защитить зеркала от загрязнения? Ведь на них оседает пыль, от дождейостаются потеки, а это сразу же снизит мощность станции. Оказалось даже, что невсякая вода годится для мытья зеркал. Пришлось изобрести специальный моечныйагрегат, который следит за чистотой гелиостатов. На экспериментальной станциисдают экзамен на работоспособность устройства для концентрации солнечныхлучей, их сложнейшее оборудование. Но и самый длинный путь начинается спервого шага. Этот шаг на пути получения значительных количеств электроэнергиис помощью солнца и позволит сделать Крымская экспериментальная солнечнаяэлектростанция.
<span Times New Roman",«serif»">Советскиеспециалисты готовятся сделать и следующий шаг. Спроектирована крупнейшая вмире солнечная электростанция мощностью320тысяч киловатт. Место для нее выбрано в Узбекистане, в Каршинской степи, вблизимолодого целинного города Талимарджана. В этом краю солнце светит не менеещедро, чем в Крыму. По принципу действия эта станция не отличается отКрымской, но все ее сооружения значительно масштабнее. Котел будетрасполагаться на двухсотметровой высоте, а вокруг башни на много гектаровраскинется гелиостатное поле. Блестящие зеркала(72 тысячи!), повинуясь сигналам ЭВМ, сконцентрируют на поверхностикотла солнечные лучи, перегретый пар закрутит турбину, генератор даст ток320 тысяч киловатт—это уже большая мощность, и длительное ненастье, препятствующеевыработке энергии на солнечной электростанции, может существенно сказаться напотребителях. Поэтому в проекте станции предусмотрен и обычный паровой котел,использующий природный газ. Если пасмурная погода затянется надолго, натурбину подадут пар из другого, обычного котла.
<span Times New Roman",«serif»">Разрабатываютсолнечные электростанции такого же типа и в других странах. В США, всолнечной Калифорнии, построена первая электростанция башенного типа «Солар-1»мощностью10 тысяч киловатт. В предгорьяхПиренеев французские специалисты ведут исследования на станции «Темис»мощностью2,5 тысячи киловатт. Станцию«ГАСТ» мощностью20 тысяч киловаттзапроектировали западногерманские ученые.
<span Times New Roman",«serif»">Покаеще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намногодороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, чтоэксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогутрешить не только технические, но и экономические проблемы.
<span Times New Roman",«serif»">Согласнорасчетам, солнце должно помочь в решении не только энергетических проблем, но изадач, которые поставил перед специалистами наш атомный, космический век.Чтобы построить могучие космические корабли, громадные ядерные установки,создать электронные машины, совершающие сотни миллионов операций в секунду,нужны новые
материалы — сверхтугоплавкие, сверхпрочные,сверхчистые. Получить их очень сложно. Традиционные методы металлургии дляэтого не годятся. Не подходят и более изощренные технологии, например плавкаэлектронными пучками или токами сверхвысокой частоты. А вот чистое солнечноетепло может оказаться здесь надежным помощником. Некоторые гелиостаты прииспытаниях легко пробивают своим солнечным зайчиком толстый алюминиевый лист.А если таких гелиостатов поставить несколько десятков? А затем лучи от нихпустить на вогнутое зеркало концентратора? Солнечный зайчик такого зеркаласможет расплавить не только алюминий, но и почти все известные материалы.Специальная плавильная печь, куда концентратор передаст всю собраннуюсолнечную энергию, засветится ярче тысячи солнц.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/4230/image009.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">
<span Times New Roman",«serif»">Высокотемпературнаяпечь с диаметром зеркала в три метра.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/4230/image011.jpg" v:shapes="_x0000_i1030">
<span Times New Roman",«serif»">Солнцеплавит металл в тигле
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Проектыи достижения, о которых мы рассказали, используют для получения энергиисолнечное тепло, которое затем преобразуется в электричество. Но еще болеезаманчив другой путь — прямоепреобразование солнечной энергии в электричество.
<span Times New Roman",«serif»">Впервыенамек на связь электричества и света прозвучал в трудах великого шотландцаДжеймса Клерка Максвелла. Экспериментально эта связь была доказана в опытахГенриха Герца, который в1886—1889 годахпоказал, что электромагнитные волны ведут себя точно так же, как и световые, — так же прямолинейно распространяются,образуя тени. Ему удалось даже сделать гигантскую призму из двух тоннасфальта, которая преломляла электромагнитные волны, как стеклянная призма — световые.
<span Times New Roman",«serif»">Ноеще десятью годами раньше Герц неожиданно для себя заметил, что разряд между двумяэлектродами, происходит гораздо легче,если эти электроды осветить ультрафиолетовым светом.
<span Times New Roman",«serif»">Этиопыты, не получившие развития в работах Герца, заинтересовали профессорафизики Московского университета Александра Григорьевича Столетова. В феврале 1888 года он приступил к серии опытов,направленных на изучение таинственного явления. Решающий опыт, доказывающийналичие фотоэффекта — возникновениеэлектрического тока под воздействием света, —былпроведен26 февраля. В экспериментальнойустановке Столетова потек электрический ток, рожденный световыми лучами.Фактически заработал первый фотоэлемент, который впоследствии нашелмногочисленные применения в самых разных областях техники.
<span Times New Roman",«serif»">ВначалеXX века Альберт Эйнштейн создалтеорию фотоэффекта, и в руках исследователей появились, казалось бы, всеинструменты для овладения этим источником энергии. Были созданы фотоэлементына основе селена, потом более совершенные — таллиевые.Но они обладали очень малым коэффициентом полезного действия и нашли применениетолько в устройствах управления, подобных привычным турникетам в метро, вкоторых луч света преграждает дорогу безбилетникам.
<span Times New Roman",«serif»">Следующийшаг был сделан, когда учеными были подробно изучены открытые еще в 70-х годахпрошлого века фотоэлектрические свойства полупроводников. Оказалось, чтополупроводники гораздо эффективнее металлов преобразуют солнечный свет вэлектрическую энергию.
<span Times New Roman",«serif»">АкадемикАбрам Федорович Иоффе мечтал о применении полупроводников в солнечной энергетикееще в 30-е годы, когда сотрудники руководимого им Физико-техническогоинститута АН СССР в Ленинграде Б. Т. Коломиец и Ю. П. Маслаковец создалимедно-таллиевые фотоэлементы с рекордным по тому времени коэффициентомполезного действия — 1%! Следующим шагомна этом направлении поиска было создание кремниевых фотоэлементов. Уже первыеобразцы их имели коэффициент полезного действия6%. Используя такие элементы, можно было подумать и о практическомполучении электрической энергии из солнечных лучей.
<span Times New Roman",«serif»">Перваясолнечная батарея была создана в1953году. Поначалу это была просто демонстрационная модель. Какого-то практическогоприменения тогда не предвиделось — слишкоммала была мощность первых солнечных батарей. Но появились они очень вовремя,для них вскоре нашлось ответственное задание. Человечество готовилось шагнутьв космос. Задача обеспечения энергией многочисленных механизмов и приборовкосмических кораблей стала одной из первоочередных. Существующие аккумуляторы,в которых можно было бы запасти электрическую энергию, неприемлемо громоздки итяжелы. Слишком большая часть полезной нагрузки корабля ушла бы на перевозкуисточников энергии, которые, кроме того, постепенно расходуясь, скоро превратилисьбы в бесполезный громоздкий балласт. Самым заманчивым было бы иметь на бортукосмического корабля собственную электростанцию, желательно — обходящуюся без топлива. С этой точки зрениясолнечная батарея оказалась очень удобным устройством. На это устройство иобратили внимание ученые в самом начале космической эры.
<span Times New Roman",«serif»">Ужетретий советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту15 мая1958года, был оснащен солнечной батареей. А теперь широко распахнутые крылья, накоторых размещены целые солнечные электростанции, стали неотъемлемой детальюконструкции любого космического аппарата. На советских космических станциях«Салют» и «Мир» солнечные батареи в течение многих лет обеспечивают энергией исистемы жизнеобеспечения космонавтов, и многочисленные научные приборы,установленные на станции.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/4230/image013.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">
Автоматическая межпланетная станция «Вега»
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">НаЗемле, к сожалению, этот способ получения больших количеств электрическойэнергии— дело будущего. Причины этого— уже упоминавшийся нами небольшой покакоэффициент полезного действия солнечных элементов. Расчеты показывают: чтобыполучить большие количества энергии, солнечные батареи должны заниматьогромную площадь — тысячи квадратныхкилометров. Потребность Советского Союза в электроэнергии, например, могла быудовлетворить сегодня лишь солнечная батарея площадью10 тысяч квадратных километров, расположенная в пустынях СреднейАзии. Сегодня произвести такое громадное количество солнечных элементовпрактически невозможно. Применяемые в современных фотоэлементах сверхчистыематериалы— чрезвычайно дорогостоящие.Чтобы их изготовить, нужно сложнейшее оборудование, применение особыхтехнологических процессов. Экономические и технологические соображения пока непозволяют рассчитывать на получение таким путем значительных количествэлектрической энергии. Эта задача остаетсяXXIвеку.
<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/4230/image015.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">
Гелиостанция
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Впоследнее время советские исследователи — признанныелидеры мировой науки в сфере конструирования материалов для полупроводниковыхфотоэлементов— провели ряд работ,позволивших приблизить время создания солнечных электростанций. В1984 году Государственной премии СССР удостоеныработы исследователей, возглавляемых академиком Ж. Алферо