Енергія сонця.

Для стародавніх народів Сонце було богом. У Верхньому Єгипті четвертого тисячоліття до н.е., вірили, що рід фараонів веде своє походження від Ра – бога Сонця. Народи, тісно пов'язані з природою, чекали від нього милостивих дарів – урожаю і достатку, гарної погоди і свіжого дощу або ж кари – негоди, бурь, граду.

Майже всі джерела енергії, про які ми до цих пір говорили, так або інакше використовують енергію Сонця: вугілля, нафта, природний газ суть не що інше, як «законсервована» сонячна енергія. Вона поміщена в цьому паливі з незапам'ятних часів; під дією сонячного тепла і світла на Землі росли рослини, накопичували в собі енергію, а потім в результаті тривалих процесів перетворилися на паливо, що вживалося сьогодні. Сонце щороку дасть людству мільярди тонн зерна і деревини.

Всього за три дні Сонце посилає на Землю стільки енергії, скільки її міститься у всіх розвіданих запасах викопних палив. Велику частину цієї енергії розсіює або поглинає атмосфера, особливо хмари, і лише третина її досягає земній поверхні. Вся енергія, що випускається Сонцем, більше тієї її частині, яку отримує Земля, в 5х10⁹ разів. Але навіть така «нікчемна» величина в 1600 разів більше енергії, яку дає решта всіх джерел, разом узятих.

Згідно легенді Архімед, знаходячись на березі, знищив ворожий римський флот під Сиракузамі. Як? За допомогою запальних дзеркал. Відомо, що подібні дзеркала робилися також в VI столітті. А в середині XVIII сторіччя французький природодослідник Ж. Бюффон провадив досліди з великим увігнутим дзеркалом, що складається з безлічі маленьких плоских. Вони були рухомими і фокусували в одну крапку відбиті сонячні промені. Цей апарат був здатний в ясний літній день з відстані 68 м швидко запалити просочене смолою дерево. Пізніше у Франції було виготовлено увігнуте дзеркало діаметром 1,3 м, у фокусі якого можна було за 16 секунд розплавити чавунний стрижень. У Англії ж відшліфували велике двоопукле скло, з його допомогою вдавалося розплавляти чавун за три секунди і граніт – за хвилину.

В кінці XIX століття на Всесвітній виставці в Парижі винахідник О. Мушо демонстрував інсолятор – по суті перший пристрій, що перетворював сонячну енергію на механічну. Але принцип був тим же: велике увігнуте дзеркало фокусувало сонячні промені на паровому казані, який приводив в рух друкарську машину, що робила по 500 відтиснень газети в годину. Через декілька років в Каліфорнії побудували конусний рефлектор, що діяв за таким же принципом, в парі з паровою машиною потужністю 15 л. с.

Найпростіша установка такого роду – плоский коллектор; в принципі це чорна плита, добре ізольована знизу. Вона прикрита склом або пластмасою, яка пропускає світло, але не пропускає інфракрасне теплове випромінювання. Між плітою та склом розміщують чорні трубки, через які протікає вода, олія, повітря і т.п. Сонячне випромінювання, проходячі через скло або пластмасу в колектор, поглинається чорними трубками і плітою та нагріває робочу рідину в трубках. Теплове випромінювання не может вийти з колектора, тому температура в ньому значно вище (на 200–500°С), ніж температура повітря навкруги. В цьому проявляеться так званий парніковый ефект. Звичайні садові парники, по сути, представляють собою прості колектори сонячного випромінювання.

Складнішим і дорожчим колектором є увігнуте дзеркало, яке зосереджує падаюче випромінювання в малому об'ємі біля певної геометричної крапки – фокусу. Відзеркалювальна поверхня дзеркала виконана з металізованої пластмаси або складена з багатьох малих плоских дзеркал, прикріплених до великої параболічної підстави. Завдяки спеціальним механізмам колектори такого типу постійно повернені до Солнцу– це дозволяє збирати можливо більшу кількість сонячного випромінювання. Температура в робочому просторі дзеркальних колекторів досягає 3000°С і вище.

Поки що сонячна енергія дорого обходиться, але вчені продовжують роботу.

З 1988 року на Керченському півострові працює Кримська сонячна електростанція. Кримська СЕС невелика – потужність всього 5 МВт.

Сонячні фотоелементи вже сьогодні знаходять своє специфічне застосування. Вони виявилися практично незамінними джерелами електричного струму в ракетах, супутниках і автоматичних міжпланетних станціях, а на Землі – в першу чергу для живлення телефонних мереж в не електрифікованих районах або ж для малих споживачів струму (радіоапаратура, електричні бритви і запальнички і тому подібне). Напівпровідникові сонячні батареї вперше були встановлені на третьому радянському штучному супутнику Землі (запущеному на орбіту 15 травня 1958 р.).

Сонячні колектори різного типу дозволяють отримати теплову енергію, яка в першу чергу використовується для приготування гарячої води, що особливо актуально влітку, коли спостерігається найбільша сонячна активність. Окрім цього, тепло від сонячних колекторів частково можна використовувати у різних системах опаленн, наприклад при роботі котельної установки в перехідні періоди року в південних районах. Використання сонячних колекторів може скоротити витрати на гарячу воду та опалення до 30% в рік.

Рис. 2.4 - Сонячні панелі

При створенні нової будівлі можливо зразу встановити сонячний бойлер та встановити на даху модульний сонячний колектор. Таким чином можливо забезпечити гаряче водопостачання або обогрівати воду в басейні за рахунок сонячної енергії.

Свою ефективність вакуумні сонячні колекторы довели навіть в кліматичних умовах Аляски.

Переваги при експлуатації сонячних установок

• Суттєве зменьшення витрат на опалення і гарячую воду

• Зменьшення експлуатаційних витрат

• Збільшення терміну роботи опалювальної системи.

Недоліки

• Першочергові витраты вище, ніж у класичних опалювальних систем