Гелиоэнергетика

При получении энергии от Солнца путем преобразования её в тепловую, электрическую или энергию оптического диапазона принято выделять наземную и космическую гелиоэнергетику. Как известно, основным источником всех процессов, происходящих в биосфере, является солнечная энергия, падающая на горизонтальную поверхность Земли со средней плотностью 1,36 кВт/м². Использование лишь 0,01 % общего потока солнечной энергии могло бы полностью обеспечить мировые потребности в энергии.

Подсчитано, что за год от Солнца на Землю поступает в 10 раз больше энергии, чем её запасено во всех разведанных ископаемых энергоносителях. Солнечная энергия, приходящая к Земле, перераспределяется по двум основным каналам: отражается обратно в космическое пространство и преобразуется в энергию геосферы Земли. Преобразованная в геосфере Земли энергия аккумулируется как в виде невозобновляемых (относительно) источников (ископаемых энергоносителей), так и возобновляемых (фитомассы, воздушные потоки, волны и др.).

Энергию Солнца преобразовывают в тепловую с помощью солнечных коллекторов, которые нагревают теплоноситель. В гелиоконденсаторных установках солнечная энергия с помощью отражателей фиксируется на тепловоспринимающую поверхность солнечного коллектора. Далее этот теплоноситель используется для отопления жилых и промышленных зданий или поступает в паровую турбину. Первая солнечная электростанция в СССР мощностью 5 МВт была построена в Крыму. В 1997 г. солнечная установка заработала на датском острове Эрё, которая обеспечивает 15 % годовой потребности в тепле 1260 потребителей острова Маршалл (рис.5.12).

Рис. 5.12. Общий вид гелиоэлектрических конденсаторов

По оценкам специалистов, гелиоконденсаторные установки могут сыграть очень важную роль в решении локальных проблем некоторых пустынных районов мира и, возможно, даже некоторых южных стран в целом. Однако большой вклад (в ближайшие несколько десятков лет) гелиокондерсаторных установок в мировую энергетику вряд ли возможен из-за рассеянности солнечной энергии и необходимости сооружения колоссальных по площади и расходу конструкционных материалов для фиксирующих отражателей. Такие отражатели занимают более 10 % площади, находящихся под гелиоконденсаторной станцией, что приводит к изменению коэффициента отражения земной поверхности и, как следствие этого явления, ведет к нарушению теплового баланса региона. Компенсировать это возможно только при размещении на территории станции пассивных отражателей.

В настоящее время суммарная площадь отражателей, используемых в мировой практике, превышает 6 млрд м², из них 1,8 млрд м² – в США и 1,3 – в Японии. КПД фотоэнергетического преобразователя при использовании солнечной радиации на сегодняшний день составляет 13–15 %, при усовершенствовании технологии их производства можно довести КПД ФЭП до 15–17 %.

При использовании достижений в полупроводниковой промышленности создаются кремневые фотоэлементы, обладающие КПД до 40 %. В мировой энергетике гелиоэнергетика составляет всего 0,1 % от общего количества выработанной электроэнергии. Проблема здесь заключается в том, что солнечная радиация поступает только днем.

Поэтому нужны конденсаторы для аккумулирования части энергии, полученной в солнечный день. Как отмечают специалисты, на рубеже ХХ–ХХI вв. производство солнечной энергии в мире составило около 200 МВт, а годовые темпы роста за 5 лет составили примерно 30 %.