2. Солнечная энергия

Солнце – гигантское светило, имеющее диаметр 1392 тыс.км. Его масса (210³⁰ кг) в 333 тыс. раз превышает массу Земли, а объем в 1,3 млн. раз больше объема Земли.

Солнечное излучение это результат реакций синтеза ядер легких элементов (дейтерий, тритий, гелий) в недрах Солнца. При этом освобождается энергия, пропорциональная по уравнению Эйнштейна дефекту массы M

Е=Мс², (2.1)

где с310⁸ м/с – скорость света.

Естественный баланс энергии солнечного излучения для Земли определяется условиями взаимодействия с приходящим излучением Q_лс каждого из компонентов окружающей среды – их отражательной Q_отр, поглощательной Q_погл и пропускной Q_пр способности.

Для каждого из компонентов

Q_лс=Q_погл+Q_отр+Q_пр (2.2)

или

(2.3)

или для планеты в целом

, (2.4)

где Q_лс = 1,57210⁸ кВтч/год.

Локальные значения энергии приходящего солнечного излучения к поверхности лито- или гидросферы определяются совокупностью всех действующих факторов. Эти значения существенно зависят от ориентации поверхности к Солнцу (освещенности), высоты над уровнем моря, облачности, влажности, а также ряда других естественных и антропогенных воздействий на атмосферу.

Для средних широт изменение плотности потока солнечного излучения составляет от 0 до 200…300 Вт/м² зимой и до 800 Вт/м² летом. Среднегодовое поступление солнечной энергии на горизонтальную поверхность лито- или гидросферы изменяется от 1400 до 2200 кВтч/м². При этом среднесуточное значение в средних широтах изменяется от 5…7 кВтч/м² до

0,5 кВтч/м², а в полярных районах – от 2…3 кВтч/м² почти до нуля.

Поступление солнечного излучения на Землю определяется вращением Земли вокруг собственной оси (суточная нестабильность), движением Земли по орбите вокруг Солнца (годовая нестабильность), а также происходящими на Солнце процессами – периодическими и непереодическими циклами солнечной активности. Непериодические возмущения на Солнце сопровождаются резким изменением интенсивности какого-либо вида излучения [3].

Энергетика, основанная на использовании солнечного излучения, имеет высокие потенциальные возможности. Использование 0,0125 % солнечной энергии падающей на Землю может обеспечить все потребности мировой энергетики, а использование 0,5 % – покрыть эти потребности с учетом перспективы.

Но использовать солнечную энергию в больших масштабах практически невозможно. Это, прежде всего, связано с низкой плотностью солнечного излучения, а также нерегулярностью поступления энергии и зависимости ее у поверхности Земли от закономерных и случайных факторов.

Установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее устройство с достаточной поверхностью. Следовательно, преобразование солнечной энергии в больших количествах потребует огромные поверхности приемников солнечного излучения.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии связано с гигантским увеличением потребности в материалах, что требует увеличения трудовых ресурсов. Пока получение электроэнергии на основе солнечной энергии очень дорого. Но исследования, проводимые на опытных установках и солнечных электростанциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Преобразование солнечного излучения в электрическую энергию возможно двумя способами:

1) использовать солнечную энергию как источник тепла для выработки электроэнергии (например, с помощью турбогенераторов);

2) непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрический ток в солнечных элементах (фотоэлектрическое преобразование).

Реализации этих способов представляет определенную техническую сложность. Гораздо проще преобразовать солнечную энергию в тепловую и использовать ее для отопления и горячего водоснабжения, а также в различных технологических процессах.