Реферат: Использование солнечной энергии

Реферат

на 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

еще рефераты
Еще работы по охране природы, экологии, природопользованию