Использование солнечной энергии

Тысячелетиями Солнце представлялось чем–то незыблемым, совершенным, могущественным и было скорее предметом поклонения, чем исследования. Только с началом наблюдений в телескоп Галилей доказал, что на Солнце есть пятна, что Солнце вращается, установил период вращения нашей звезды. Русский ученый-энциклопедист Михаил Ломоносов высказал в оде «Рассуждения по случаю полярного сияния» в 1743 году мнения о Солнце, очень близкие к современным научным представлениям:

«Там огненны валы стремятся

И не находят берегов,

Там вихри пламенны крутятся,

Борющись множество веков;

Там камни как вода кипят,

Горящи там дожди шумят».

Солнце играет большую роль в нашей жизни. Не будь Солнца, не было бы на Земле зеленых лугов, тенистых лесов и рек, цветущих садов, хлебных полей, не могли бы существовать ни человек, ни животные, ни растения. Значение Солнца для жизни на Земле человек чувствовал уже в далекие времена. Оно дает Земле тепло и свет, поддерживающие жизнь на нашей планете. Для растений солнечный свет является источником энергии, необходимой для роста. Ископаемое горючее, например уголь, представляет собой разновидность солнечной энергии, отложенной в запас, так как содержащийся углерод был когда-то накоплен растениями.

Еще задолго до наступления нашего научно-технического века люди наблюдали Солнце. Они знали его животворную силу, почитали и поклонялись ему. Наши предки славяне поклонялись богу солнечных лучей - Яриле. Цари и князья, чтобы возвеличить свою власть, старались внушить людям представление о своем происхождении от бога Солнца. Египетский фараон Эхнатон даже считал солнечный диск самим богом. Греки в старину полагали, что бог солнца Гелиос каждый день проезжает по небу на солнечной колеснице, запряженной огненными конями. Американские племена майя, инков и ацтеков, жившие вдали от Европы и Азии, также почитали солнечных богов и даже приносили им в жертву людей. Кроме того, люди использовали дневное светило для исчисления времени. Культовые сооружения в древние времена строились большей частью так, чтобы по ним можно было определить точки восхода и захода Солнца в начале весны или лета. Одним из самых замечательных сооружений этого типа является громадное каменное кольцо Стоунхендж в Англии. Некоторые ученые считают, что он использовался как каменный компьютер для вычисления времени затмений.

Религиозные различные верования и обряды, связанные с этими древними представлениями о Солнце, сохранились и до наших дней, например в праздновании пасхи, которое всегда связано с наступлением весны и обновлением всей природы от солнечных живительных лучей. Всякое движение на Земле происходит главным образом за счет энергии, которая поступает к нам в солнечных лучах.

Русский ученый К. Л. Тимирязев в своей замечательной книге "Жизнь растения" написал: "Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь об него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в паши нервы. "

А как современный человек использует солнечную энергию? Как долго будет радовать нас этот огромный раскалённый шар? Что заставляет его дарить нам свет? Все эти вопросы рассматриваются в моей работе.

Что такое Солнце?

Солнце — центральная и единственная звезда нашей Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль. Масса Солнца составляет 99,8 % от суммарной массы всей Солнечной системы.

Общие сведения о Солнце:

Масса - 2∙1030 кг

Радиус - 696 000 км

Средняя плотность - 1 400 кг/м3

Среднее расстояние от Земли - 149,6 млн. км

Период вращения - 25,380 суток

Светимость - 3,86∙1026 Вт

Видимая звездная величина –26,75m

Спектральный класс - G2 V

Эффективная температура поверхности - 5 780 К

Возраст - около 5 млрд. лет

Радиус Солнца в 109 раз больше радиуса Земли. Размеры Солнца очень велики. Так, радиус Солнца в 109 раз, а масса – в 330 000 раз больше радиуса и массы Земли. А вот средняя плотность нашего светила невелика – всего в 1,4 раза больше плотности воды. Впервые вращение Солнца наблюдал Галилей по движению пятен по поверхности. Различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с различными периодами. Так точки на экваторе имеют период около 25 суток, на широте 40° период вращения равен 27 суток, а вблизи полюсов – 30 суток. Это доказывает, что Солнце вращается не как твердое тело, скорость вращения точек на поверхности Солнца уменьшается от экватора к полюсам. Полное количество энергии, излучаемой Солнцем, составляет L = 3,86∙1033 эрг/с = 3,86∙1026 Вт. Это соответствует 6,5 кВт с каждого квадратного сантиметра его поверхности! Лишь одну двухмиллиардную часть этой энергии получает Земля.

Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также ионизированного водорода. В нашей Галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 миллионов звёзд класса G2, тогда как 85 % звёзд нашей Галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём, это красные карлики, находящиеся в конце своего цикла эволюции).

Почему светит Солнце?

Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды лет? Какое "топливо" дает ему энергию? Ответы на эти вопросы ученые искали веками, и только в начале XX в. было найдено правильное решение. Теперь известно, что Солнце, как и другие звезды, светит благодаря протекающим в его недрах термоядерным реакциям. Что же это за реакции?

Если ядра атомов легких элементов сольются в ядро атома более тяжелого элемента, то масса нового ядра окажется меньше, чем суммарная масса тех ядер, из которых оно образовалось. Остаток массы превращается в энергию, которую уносят частицы, освободившиеся в ходе реакции. Эта энергия почти полностью переходит в тепло. Такая реакция синтеза атомных ядер может происходить только при очень высоком давлении и температуре свыше 10 млн. градусов. Поэтому она и называется термоядерной.

Термоядерные реакции происходят в солнечной короне. Именно здесь существуют необходимые физические условия для реализации термоядерной реакции. От Солнечной короны, где температура плазмы составляет примерно 1 500 000 К, нагревается поверхность Солнца до 6 000 K, отсюда с кипящей поверхности Солнца происходит испарение топливной смеси в солнечную корону, Температуры в 6 000 K достаточно, чтобы топливная смесь в виде испаряющихся паров преодолела силу гравитации Солнца. Это и защищает поверхность Солнца от перегрева и поддерживает температуру его поверхности. Около зоны горения - солнечной короны существуют физические условия, при которых размеры атомов увеличиваются и значительно снижаются кулоновские силы. При соприкосновении атомы топливной смеси сливаются и синтезируют новые элементы с большим выделением тепла. Эта зона горения и создаёт солнечную корону, от которой энергия в виде излучения и вещества поступает в космическое пространство. В слиянии дейтерия и трития помогает магнитное поле вращающегося Солнца, где они перемешиваются и разгоняются. Также от термоядерной реакции в солнечной короне появляются, навстречу испаряющемуся топливу, быстрые электрически заряженные частицы, а так же фотоны – кванты электромагнитного поля, всё это создаёт необходимые физические условия для термоядерного синтеза.

Основное вещество, составляющее Солнце, - водород, на его долю приходится около 71% всей массы светила. Почти 27% принадлежит гелию, а остальные 2% - более тяжелым элементам, таким, как углерод, азот, кислород и металлы. Главным "топливом" на Солнце служит именно водород. Из четырех атомов водорода в результате цепочки превращений образуется один атом гелия.

А из каждого грамма водорода, участвующего в реакции, выделяется 6*10 Дж энергии! На Земле такого количества энергии хватило бы для того, чтобы нагреть от температуры 0 С до точки кипения 1000 м воды!

Рассмотрим механизм термоядерной реакции превращения водорода в гелий, которая, по-видимому, наиболее важна для большинства звезд. Называется она протон-протонной, так как начинается с тесного сближения двух ядер атомов водорода - протонов. Протоны заряжены положительно, поэтому взаимно отталкиваются, причем, по закону Кулона, сила этого отталкивания обратно пропорциональна квадрату расстояния и при тесных сближениях должна стремительно возрастать. Однако при очень высоких температуре и давлении теплового движения частиц столь велики, а частицам так тесно, что наиболее быстрые из них все же сближаются друг с другом и оказываются в сфере влияния ядерных сил. В результате может произойти цепочка превращений, которая завершится возникновением нового ядра, состоящего из двух протонов и двух нейтронов, - ядра гелия.

Далеко не каждое столкновение двух протонов приводит к ядерной реакции. В течение миллиардов лет протон может постоянно сталкиваться с другими протонами, так и не дождавшись ядерного превращения. Но если в момент тесного сближения двух протонов произойдет еще и другое маловероятное для ядра событие - распад протона на нейтрон, позитрон и нейтрино (такой процесс называется бета-распадом), то протон с нейтроном объединятся в устойчивое ядро атома тяжелого водорода - дейтерия.

Ядро дейтерия (дейтрон) по своим свойствам похоже на ядро водорода, только тяжелее. Но в отличие от последнего в недрах звезды ядро дейтерия долго существовать не может. Уже через несколько секунд, столкнувшись еще с одним протоном, оно присоединяет его к себе, испускает мощный гамма-квант и становится ядром изотопа гелия, у которого два протона связаны не с двумя нейтронами, как у обычного гелия, а только с одним. Раз в несколько миллионов лет такие ядра легкого гелия сближаются настолько тесно, что могут объединиться в ядро обычного гелия, "отпустив на свободу" два протона.

Итак, в итоге последовательных ядерных превращений образуется ядро обычного гелия. Порожденные в ходе реакции позитроны и гамма - кванты передают энергию окружающему газу, а нейтрино совсем уходят из звезды, потому что обладают удивительной способностью проникать через огромные толщи вещества, не задев ни одного атома.

Использование солнечной энергии

В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. Ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650оС и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины.

В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором.

Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш. А.

Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

В 1885г. была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому.

Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение

30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.

В 1890 г. профессор В. К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 оС.

Солнце в быту

Применять энергию солнца можно по-разному. Первый путь — наиболее прямой и естественный: применить солнечное тепло для нагрева какого-нибудь теплоносителя. На отопление, горячее водоснабжение и кондиционирование воздуха в жилых, общественных и промышленных зданиях расходуется 30-35 % общего годового энергопотребления, при этом около 30% солнечного излучения отражается атмосферой Земли, а еще 20% поглощается. В результате, лишь 50% его достигает поверхности нашей планеты, но это эквивалентно всей энергии, вырабатываемой примерно 170 миллионами самых мощных электростанций мира.

Все дома частично обогреваются Солнцем, но есть проекты, позволяющие максимально использовать этот даровой источник энергии и таким образом значительно снизить плату за отопление. В таких домах установлены большие окна на стороне, освещаемой полуденным солнцем, и намного меньшие окна на противоположной, более прохладной стороне. В некоторых домах жалюзи из теплоизолирующих материалов закрываются на ночь, что позволяет сохранить большую часть тепла, накопленного за день.

Солнечную энергию для теплоснабжения зданий целесообразно использовать в районах, имеющих более 1800 ч солнечного сияния в год, Солнечные водонагревательные установки получили довольно широкое распространение благодаря простоте их конструкции, надежности, быстрой окупаемости.

Сейчас во всем мире в эксплуатации находится более 5 млн. солнечных водонагревательных установок, используемых в индивидуальных жилых домах, централизованных системах горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, включая гостиницы, больницы, спортивно-оздоровительные учреждения и т. п. Налажено промышленное производство солнечных водонагревателей в таких странах, как Япония, Израиль, Кипр, США, Австралия, Индия, Франция, ЮАР и др.

Сегодня мировым лидером по использованию таких установок является Китай, где солнечные нагреватели занимают 80% этого специфического рынка. Солнечные нагревательные преобразователи служат отличными заменителями газовых колонок в быту, обеспечивая потребителей горячей водой для бассейнов и душевых.

Солнечная энергия может также использоваться для водяного отопления домов. Лучи Солнца нагревают воду внутри плоских коллекторных панелей, поглощающих (в отличие от радиаторов отопления) излучение для нагрева воды. Эти панели обычно устанавливают на крыше дома под углом, чтобы улавливать максимальное количество прямых солнечных лучей. Холодная вода протекает через панели и нагревается поглощенным ими солнечным светом.

Многие лесные пожары возникают в жару по вине солнечного света, сфокусированного капельками утренней росы. Еще в 400 г. до н. э. греки научились использовать энергию Солнца для разжигания костра, с помощью наполненного водой стеклянного шара. К 200 г. до н. э. похожий способ с использованием вогнутых зеркал для фокусировки солнечных лучей стали применять и в Китае.

В 1767 году Орас Бенедикт де Соссюр для нужд альпинистской деятельности сконструировал печь для приготовления пищи силой солнечных лучей. Сегодня усовершенствованная «солнечная» утварь широко используется в развивающихся странах. Нужно сказать, что такие устройства могут стать отличной альтернативой практики сжигания дров и угля, способствуя улучшению экологической ситуации.

В современной бытовой солнечной печи сфокусированные лучи разогревают пищу. Вместо вогнутого зеркала в некоторых печах используют ряд плоских отражателей, установленных под углом и направленных на место размещения пищи.

Один из методов применения пассивных технологий солнечной энергетики для обустройства офисов и жилых помещений. Суть этого метода заключается в использовании солнечного света в качестве альтернативы электрическим лампам и светильникам. Необходимость построения систем естественного освещения нужно продумывать на начальных стадиях планировки здания, так как здесь очень важную роль играет структура крыши дома, расположение окон. Помимо эстетического и психологического удовлетворения, системы естественного освещения могут помочь владельцам сэкономить на электричестве и выделиться среди когорты ценителей необычных архитектурных решений. Главным недостатком этого метода пассивных технологий солнечной энергетики является сложность разработки и реализации.

Солнечные батареи

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей - устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации.

Фотоэлектрический эффект возникает в солнечном элементе при его освещении светом в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. В солнечном элементе из полупроводникового кремния толщиной 50 мкм поглощаются фотоны, и их энергия преобразуется в электрическую посредством p-n соединения.

Солнечные батареи пока используются в основном в космосе, а на Земле только для энергоснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолетов. По мере совершенствования солнечных батарей они будут находить применение в жилых домах для автономного энергоснабжения, т. е. отопления и горячего водоснабжения, а также для выработки электроэнергии для освещения и питания бытовых электроприборов.

На энергии солнечных элементов работают большинство искусственных спутников; она также используется в некоторых электронных калькуляторах и часах.

В 1981 г. легкий самолет "Солар чэлленджер" пересек Ла-Манш, используя солнечный свет как единственный источник энергии. Крылья самолета были покрыты солнечными элементами, производящими энергию для управления электроприводом воздушного винта. В штате Флорида, США, телефон-автомат работал от батареи солнечных элементов, установленной на крыше будки.

В некоторых отдаленных районах большие батареи солнечных элементов обеспечивают большую часть бытовой электроэнергии, которая используется для зарядки батарей, работающих ночью.

Солнечные элементы очень надежны. После установки они практически не нуждаются в уходе и могут годами работать без обслуживания. В Великобритании есть маяки, работающие в автоматическом режиме от солнечных элементов. Батареи таких элементов используются также в ряде автоматических метеостанций, расположенных вдоль побережья и в море.

Электроэнергия, получаемая от солнечных элементов, зависит не от тепла, а от света. Благодаря этому посадочный радиомаяк мощностью 360 кВт может работать на солнечной энергии в условиях мерзлоты на Аляске. Начиная с 1960-х годов, батареи фотоэлектрических элементов используются для производства электроэнергии для спутников связи. Новейшие батареи такого типа будут установлены на борту космической станции США "Фридом", планируемой к запуску на орбиту в начале века. В заоблачной вышине эта станция с помощью восьми панелей крыльевого типа будет преобразовывать солнечный свет в 75 кВт электроэнергии.

Разработчики, занимающиеся внедрением «солнечных» решений на рынок, в первую очередь делают акцент на том, что с их инновационными продуктами у пользователя появится возможность не только в некоторой мере поспособствовать стабилизации экологической ситуации в регионе, стране, но и неплохо сэкономить. К примеру, создатели фотогальванической мыши Sole Mio утверждают, что технологии, реализованные в новинке, позволяют экономить сотрудникам компаний на сотнях миллионов батареек.

«Солнечные» технологии нашли свое применение и в транспортной промышленности. Об автомобилях, работающих на энергии солнца, говорили еще 20 лет назад. В 1988 г. в Австралии состоялись первые всемирные ралли солнечных автомобилей, однако дороговизна и некая непрактичность воплощения проектов энтузиастов в жизнь заставляли большинство автомобилестроителей раз за разом откладывать конвейерное производство таких систем.

Сегодня же уровень научно-технического прогресса предоставляет инженерам оптимум возможностей, необходимый для реализации самых смелых концептов. Ярким тому примером может послужить детище компании SunRed - Solar Bikе - прототип мотороллера с электродвигателем на фотогальванических элементах. В отличие от большинства не совсем удачных предшественников, Solar Bike выглядит стильно и немного напоминает раковину улитки. Только такая конструкция позволила разработчикам разместить на шасси двухколесного средства передвижения комплекс из фотоэлементов общей площадью 2,32 квадратных метра. Двигатель мотороллера дает возможность проехать на полностью заряженном аккумуляторе до 20 километров со скоростью 48 км/ч, что вполне приемлемо для поездок по городу.

Гелиоэнергетика

В детстве многие из нас ставили опыты с собирательной линзой и солнечными лучами, когда в жаркий день можно было в считанные минуты поджечь бумагу или что-то «нарисовать» на школьном подоконнике. Ученые и инженеры, использующие метод фокусировки солнечных лучей для выработки электричества или тепла, по причине дороговизны и сложности изготовления огромных линз, используют массивы вогнутых зеркал (классические зеркальные панели или листы полированного алюминия). Зеркала являются составной частью гелиоконцентратора – установки, собирающей параллельные солнечные лучи в одной точке. Если в эту точку-фокус поместить трубу с теплоносителем (водой или другой жидкостью), она нагреется.

Нужно сказать, что наибольшей эффективности работы таких установок можно добиться в южных широтах, однако в умеренной полосе гелиоконцентраторы пользуются не меньшей популярностью. К примеру, сейчас в Испании более 6000 домов города Севилья обеспечиваются электроэнергией, вырабатываемой гигантской гелиоэлектростанцией: 40-этажная установка фокусирует свет более чем из 600 зеркал, каждое из которых имеет площадь 120 квадратных метров.

В этом году португальские энергетики практически побили мировой рекорд, соорудив исполинский массив из 52 тысяч солнечных батарей. Электростанция, занимающая площадь 60 гектар, вырабатывает 11 МВт энергии и обеспечивает светом 8000 домов. По словам разработчиков, эта электростанция должна производить 20 гигаватт-часов электричества, тем самым, сокращая выбросы углекислого газа в атмосферу на 13 тысяч тонн в год.

Ученые и государственные структуры в наше время заинтересованы в солнечной энергии, сейчас мы переживаем бум развития этой отрасли. Инженеры не перестают радовать потребителей новыми достижениями в этой сфере, делая энергию солнца доступнее, безопаснее и проще.

Привлекательной площадкой для построения «солнечного» бизнеса, так как, помимо масштабных государственных программ по распространению солнечных технологий среди населения (компенсация затрат на обслуживание фотоэлектрических установок, например), льготы предоставляются и компаниям-разработчикам.

Очевидно, данный проект оправдает себя на все 100%. Поводом для таких утверждений может послужить стратегия изготовления именно тонкопленочных элементов солнечных батарей, в которых используется аморфный кремний. Если сравнивать эти технологии с обычными солнечными фотоэлементами, производимыми с применением чистого кремния, новые разработки потребляют в 200 раз меньше сырья, и поэтому выгодны.

Предприниматели, уже сегодня способные предвидеть успешное будущее солнечной энергетики, готовы вкладывать в отрасль крупные деньги. К примеру, в конце лета стало известно, что группа инвесторов из Саудовской Аравии собирается запустить промышленное производство элементов солнечных батарей в Германии. Объем вкладываемых средств может превысить 450 миллионов евро. Отметим, что на данном этапе развития отрасли Германия является в определенной мере заинтересованность общества в этом альтернативном источнике энергии является следствием обеспокоенности людей промышленными и транспортными выбросами парниковых газов – одной из причин глобальных изменений климата. К счастью, регулирующие структуры с каждым годом ужесточают требования по выбросам в атмосферу газов к государствам и отдельным компаниям.

Россия, страна с огромным энергетическим потенциалом, но, в то же время, со всеобщими экологическими и социальными проблемами. Одной из причин заинтересованности российских ученых в энергии солнца является интенсивный рост затрат на добычу и транспортировку угля, нефти и газа. Освоение рынка солнечной энергии в России стоит начинать на юге страны, наиболее выгодно устанавливать солнечные преобразователи в Ставрополье, Краснодарском крае, Ростовской области, Калмыкии, Астрахани, Саратовской, Самарской, Пензенской, Волгоградской, Оренбургской областях.

Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты

Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов - плоские и фокусирующие. В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих - с концентрацией, т. е. с увеличением плотности поступающего потока радиации. Наиболее распространенным типом коллекторов в низкотемпературных гелиоустановках является плоский коллектор солнечной энергии. Его работа основана на принципе “горячего ящика”. Максимальная температура, до которой можно нагреть теплоноситель в плоском коллекторе, не превышает 100оС.

При использовании концентраторов, т. е. оптических устройств типа зеркал или линз, достигается повышение плотности потока солнечной энергии. Зеркала - плоские, параболоидные или параболоцилиндрические - изготовляют из тонкого металлического листа или фольги или других материалов с высокой отражающей способностью; линзы – из стекла или пластмасс.

Фокусирующие коллекторы обычно применяют там, где требуются высокие температуры (солнечные электростанции, печи, кухни и т. п. ) Необходимость аккумулирования теплоты в гелиосистемах обусловлена несоответствием во времени и по количественным показателям поступления солнечной радиации и теплопотребления. Поток солнечной энергии изменяется в течение суток от нуля в ночное время, до максимального значения в солнечный полдень. Поскольку тепловая нагрузка отопления максимальна в декабре - январе, а поступление солнечной энергии в этот период минимально, для обеспечения теплопотребления необходимо улавливать солнечной энергии больше, чем требуется в данный момент, а избыток накапливать в аккумуляторе теплоты.

Аккумуляторы можно классифицировать по характеристике физико-химических процессов, протекающих в теплоаккумулирующих материалах (ТАМ):

▪ аккумуляторы емкостного типа, в которых используется теплоемкость нагреваемого (охлаждаемого) аккумулирующего материала без изменения его агрегатного состояния (природный камень, галька, вода, водные растворы солей и др. );

▪ аккумуляторы фазового перехода вещества, в которых используется теплота плавления (затвердевая) вещества;

▪ аккумуляторы энергии, основанные на выделении и поглощении теплоты при обратимых химических и фотохимических реакциях.

Международная опытная космическая электростанция

Идея сооружения Международной опытной космической электростанции (КСЭС),подающей электроэнергию земным потребителям, возникла в 1960 году и не сходит с тех пор со страниц популярных и научных изданий.

Наша страна первой в мире освоила пилотируемые космические полеты с пребыванием людей на станции в течение одного года, у нас создан и опробован в космосе уникальный монтажный инструмент, а космонавтами получен уникальный опыт работы по развертыванию крупногабаритных космических сооружений, в том числе и дополнительных панелей солнечных батарей, освоены длительные рабочие выходы космонавтов в открытый космос, успешно проведены первые испытания новой универсальной ракеты-носителя “Энергия”, способной выводить на околоземную орбиту более 100 т полезного груза.

Практическое использование солнечной энергии в космонавтике началось в 1958 году на первом ИСЗ США и на третьем советском ИСЗ. Эти спутники, как известно, имели солнечные батареи. Целесообразность создания КСЭС и КТЭС диктуется неисчерпаемостью как солнечной энергии, так и горючего для КТЭС- космического водорода, экологическими соображениями и необходимостью сохранить ныне широко применяемые природные химические энергоресурсы для нужд химической промышленности.

В связи с печальным опытом аварии на Чернобыльской АЭС возникает вопрос, а не грозит ли создание КСЭС какими-либо новыми бедами людям, ведь передача энергии будет происходить через атмосферу, а следовательно, воздействовать на ее состав и динамику. Будет ли это воздействие положительным? Расчеты вселяют оптимизм, но окончательный ответ может дать только опытная эксплуатация электропередачи Космос-Земля.

Будущее Солнца

Совершенно ясно, что Солнце не будет существовать вечно, хотя впереди у него невероятно долгая жизнь. Сейчас оно находится в среднем возрасте. Солнце имело запас топлива на 10-11 миллиардов лет. На переработку половины своего водородного топлива у него ушло 5 миллиардов лет. В конце своей жизни Солнце не будет просто медленно остывать, как думали раньше. Звезды не умирают тихо, а заканчивают существование в бурной борьбе со смертью. Когда полностью выгорит солнечное ядро, атомный огонь начнет медленно пожирать внешние слои звезды. Солнце, не менявшее на протяжении миллиардов лет своего размера, начнет увеличиваться в объеме и превратится в огромную красную звезду. Этот гигант поглотит сначала Меркурий и Венеру, а затем нагреет Землю до температуры свыше 1000 градусов. Всякая жизнь на нашей планете исчезнет на долгое время, испарится вода океанов и морей. Затем во внешних слоях Солнца возникнет новый источник энергии: из гелия будут рождаться более тяжелые атомы. Но и этот период быстро закончится. Внешняя оболочка Солнца будет сброшена, а ядро сожмется в так называемого белого карлика. Наперсток, заполненный веществом белого карлика, имеет массу в несколько тонн.

Астрономам известно множество звезд на всех стадиях их жизни. Среди них есть такие, каким было молодое Солнце. Есть звезды, похожие на наше светило в годы его зрелости. А, наблюдая за некоторыми, можно себе представить, как будет бороться Солнце со смертью. Учеными детально исследованы и белые карлики, и еще более плотные нейтронные звезды, словом, то, что остается от нормальных звезд. Часто говорят, что Солнце закончит свою жизнь в виде черной дыры. Так называют небольшие, но очень массивные объекты, притяжение которых столь велико, что задерживает вблизи себя даже свет. Поэтому их невозможно увидеть. Плотность вещества в черных дырах составляет миллиарды тонн в кубическом сантиметре. Иногда черные дыры - это остатки звезд, но только очень больших. Такие же звезды, как наше Солнце, остынет и сожмется, превратившись в шар ядерных отходов, так называемый белый карлик. В, нем плотность вещества составляет "всего" несколько тонн в кубическом сантиметре. Они не задерживают вблизи себя свет и хорошо видны в телескоп.

Современная наука считает, что Солнце может существовать ещё 5-6 миллиардов лет, причём в течение сотен миллионов лет останется стабильным, каким оно выглядит в настоящее время. Но изменения, конечно, будут происходить и постепенно влиять на на Землю и человечество. Предположения о том, какие именно изменения произойдут с нашим солнцем, и чем они могут закончиться, сделаны учёными по результатам наблюдений за подобными звёздами, проходящими различные стадии своего развития. Некоторые гипотезы рождены в последнее время в результате компьютерного моделирования многочисленных вариантов поведения Солнца на том этапе, когда оно постепенно исчерпает запасы своего ядерного топлива.

Заключение

Солнце лишь одна из миллиардов звезд, но оно источник энергии для всего живого и для самой Земли. Ископаемое топливо расходуется такими темпами, что его запасы истощатся где-то во второй половине следующего столетия. Атомные электростанции оказались опасными, что было продемонстрировано аварией в Чернобыле (СССР) в 1986 г. А из всех альтернативных источников энергия солнца является самой чистой и безопасной.

Энергия солнца может быть использована как в земных условиях, так и в космосе. Наземные солнечные электростанции следует строить в районах расположенных как можно ближе к экватору с большим количеством солнечных дней. В настоящее время солнечную энергию экономически целесообразно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей типа спортивно-оздоровительных учреждений, баз отдыха, дачных поселков, а также для обогрева открытых и закрытых плавательных бассейнов. Благодаря солнечной энергии осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят различные фотохимические процессы.

Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, в технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской или минерализированной воды, для сушки материалов и сельскохозяйственных продуктов и т. п.

Наука установила, что локальные катаклизмы во Вселенной происходят непрерывно и постоянно (гибель звёзд и галактик с их планетарными системами). Но вместо погасших, погибших звёзд вспыхивают новые Материю нельзя уничтожить, она из одного вида переходит в другой.

Все эти процессы произойдут в очень далёком будущем, человечество или, то, во что оно в течение невообразимо короткого отрезка времени трансформируется, давно покинет планету или вымрет. Вероятно, в дальнейшем наша планетная система будет лишена жизни. Но нельзя исключать и того, что эволюция приведёт к появлению новых, нечеловеческих форм разумной жизни. Научные гипотезы в данном случае вполне могут соединиться с фантазией, границ которой не существует. Всё это будет позже, а сейчас я хочу воскликнуть: «Пусть всегда будет Солнце!»