Солнце обладает колоссальным запасом излучаемой энергии. Планета Земля получает лишь незначительную ее долю – около 2·1017 Вт, и этой на самом деле чрезвычайно большой энергии вполне достаточно для обеспечения многообразных форм жизни и биосферных процессов. Более полное и эффективное использование солнечной энергии станет возможным после воспроизведения в искусственных условиях природного процесса – фотосинтеза. В лаборатории вне растительной клетки уже производится фотохимическая диссоциация воды. Образующийся при этом водород – превосходный энергоноситель: среди всех известных нерадиоактивных источников он обладает самой высокой энергоемкостью. В процессе фотосинтеза в зеленых растениях из простых соединений – диоксида углерода и воды – образуются разные и сложные по своей структуре энергоемкие органические вещества, из которых синтезируются жиры, белки, целлюлоза и другие составляющие.
Совсем недавно предложен несколько необычный способ использования солнечной энергии. При облучении сфокусированным солнечным светом и нагревании до 1200 °С смеси размолотого магнетита и угольного порошка произошла химическая реакция, в результате которой образовались водород и оксид углерода, а из них можно синтезировать метиловый спирт – превосходное высококалорийное топливо. Коэффициент полезного действия такого процесса необычайно высок – 47,6 %.
В последние десятилетия гелиоэнергетические проекты разрабатываются более чем в 70 странах мира – от северной Скандинавии до выжженных пустынь Африки. Изобретаются и создаются различные технические механизмы и устройства для преобразования солнечной энергии. Появились транспортные средства с «солнечными панелями»: гелиовелосипеды, гелиомопеды, моторные лодки, яхты, солнцелеты и дирижабли. Современные солнцемобили, внешне похожие на вчерашние забавные аттракционы, сегодня пересекают страны и континенты со скоростью, почти не уступающей скорости обычных автомобилей.
Одно из перспективных направлений гелиоэнергетики связано с разработкой фотоэлектрических элементов, преобразующих энергию электромагнитного излучения в электрическую. Первыми преобразователями, созданными в средине прошлого века, были полупроводниковые элементы, названные солнечными батареями. Современные солнечные батареи площадью 1 м2 на ярком солнечном свете обеспечивает немалую мощность, 100–200 Вт. Они отличаются высокой надежностью и долговечностью, особенно при эксплуатации на борту космических аппаратов. Солнечные батареи используются и в земных условиях, однако их широкое внедрение сдерживает относительно высокая себестоимость.
В настоящее время разрабатываются энергоустановки с высокоэффективными преобразователями на основе монокристаллического кремния и арсенида галлия с концентраторами солнечного излучения и системой слежения за изменением его направления в течение светового дня, что позволят вместе взятое существенно повысить их эффективность и, следовательно, уменьшить себестоимость.
Можно привести немало примеров применения солнечных батарей. В течение нескольких лет немецкий поселок Франитцхютте, расположенный на окраине Баварского леса, полностью питается энергией от гелиоэнергетической установки из 840 плоских солнечных батарей общей площадью 360 м2. Мощность каждой батареи 50 Вт. Ночью и в пасмурную погоду электрический ток обеспечивает батареи свинцовых аккумуляторов, подзаряжаемых при активном солнечном излучении. Самолет с мотором на солнечных батареях, расположенных на крыльях с размахом 25 м, свободно взлетает с грунтовой полосы. Поднимая груз массой до 90 кг и развивая скорость до 120 км/ч, он преодолевает значительные расстояния без посадки. Изобретены прозрачные солнечные батареи для оконных рам, и они могу заменить обычное стекло. Самая крупная в мире гелиоэлектростанция построена в Швейцарии. Площадь ее солнечных батарей – 4500 м2 и мощность – 500 кВт, что вполне достаточно для обеспечения электроэнергией небольшого поселка. В этой стране эксплутируется более 700 гелиоустановок разной мощности – от 1 кВт до 1 МВт.
В последнее время во многих странах развивается гелиоэнергетика. Ее потенциальные возможности чрезвычайно велики: всего лишь 0,0125 % энергии Солнца могли бы обеспечить все сегодняшние мировые потребности в энергии. Однако такие огромные потенциальные энергетические ресурсы вряд ли когда-нибудь удастся полностью использовать. И одна из причин – низкая интенсивность солнечного излучения: даже при оптимальных природных условиях (южные широты, чистое и ясное небо) плотность потока солнечного излучения относительно невелика. Поэтому коллекторы солнечного излучения приходится размещать на громадной площади. Кроме того, сооружение коллекторов огромных размеров влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой затемненный металлический лист, как правило, алюминиевый, сопряженный с трубами с циркулирующей жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии жидкость поступает к потребителю. На изготовление подобных коллекторов солнечного излучения расходуется довольно много алюминия.
Современная гелиоэнергетика – достаточно материалоемкая и трудоемкая отрасль энергетики. Пока еще электрическая энергия, рожденная непосредственно солнечным излучением, обходится дороже производимой другими способами. Тем не менее гелиоэнергетика продолжает бурно развиваться: строятся гелиоэнергетические станции, интегрированные в энергетические системы крупных городов. В наше время общая мировая мощность солнечной термальной электроэнергии превысила 1 Гвт. Себестоимость производства гелиоэнергии за последние десять лет уменьшилась в семь раз. Разработка эффективных концентратов солнечного излучения, применение новых материалов фотоэлементов и совершенствование технологии их производства – всё это уже в ближайшем будущем обеспечит гелиоэнергетике окупаемость и конкурентоспособность.
Библиографические ссылки
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов, 13-е изд. М.: Директ-Медиа, 2018.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум, 6-е изд. М.: Директ-Медиа, 2016.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник в 2-х кн., 2-е изд., М.: Директ-Медиа, 2017.
Карпенков С.Х. Экология. Практикум, 2-е изд. М.: Директ-Медиа, 2022.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник для бакалавров. М.: Логос, 2014.
Карпенков С.Х. Технические средства информационных технологий. 4-е изд. М.: Директ-Медиа, 2021.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник. М.: Высшая школа, 2004.
Карпенков С.Х. Незабытое прошлое. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Воробьёвы кручи. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Русский богатырь на троне. М.: ООО «Традиция», 2019.
Карпенков С.Х. Стратегия спасения. Из бездны большевизма к великой
России. М.: ООО «Традиция», 2018.
Карпенков С.Х. К истории одного преступления // Уничтоженные как класс. М.: ООО «Традиция», 2020. С. 3 – 65.
Карпенков Степан Харланович
Русская Стратегия | 
