Солнце

27.07.201707.04.2018

Жёлтый карлик по имени Солнце питает энер­гией всю нашу пла­нету, опре­де­ляя её климат, обес­пе­чи­вая фото­син­тез и под­дер­жи­вая жизнь на Земле. Мощность сол­неч­ного излу­че­ния состав­ляет 383 иот­то­ватта или 3.83·10²⁰ MW. Каждый квад­рат­ный метр поверх­но­сти нашей звезды выдает около 63 MW, что соиз­ме­римо с мощ­но­стью неболь­шой элек­тро­стан­ции.

Вся эта энер­гия устрем­ля­ется в космос, облег­чая Солнце на 4.26 мил­ли­она тонн каждую секунду, но лишь кро­хот­ная её часть, про­де­лав путь в 150 мил­ли­о­нов кило­мет­ров, дости­гает нашей пла­неты. Несмотря на то, что Земля полу­чает менее одной двух­мил­ли­ард­ной доли сол­неч­ного излу­че­ния, это в тысячи раз пре­вы­шает все потреб­но­сти чело­ве­че­ства в энер­гии.

Снимок Солнца в рент­ге­нов­ских лучах

Часть этой энер­гии теря­ется в атмо­сфере Земли, но в ясный пол­день во многих реги­о­нах пла­неты вполне можно полу­чить инсо­ля­цию мощ­но­стью 1 kW/m² и пре­об­ра­зо­вать её в тепло или элек­три­че­ство.

Преобра­зо­ва­ние сол­неч­ной энер­гии

Существуют раз­лич­ные спо­собы при­ме­не­ния энер­гии солнца для нужд чело­века. Наиболее про­стой — пре­об­ра­зо­ва­ние сол­неч­ного излу­че­ния в теп­ло­вую энер­гию для горя­чего водо­снаб­же­ния и отоп­ле­ния. В этом случае исполь­зуют сол­неч­ные кол­лек­торы раз­лич­ных кон­струк­ций.

В самых сол­неч­ных реги­о­нах пла­неты рабо­тают гелио­тер­маль­ные элек­тро­стан­ции. Концен­три­руя сол­неч­ные лучи, они нагре­вают теп­ло­но­си­тель до очень высо­ких тем­пе­ра­тур и через теп­ло­об­мен­ник про­из­во­дят водя­ной пар, кото­рый исполь­зуют для вра­ще­ния тур­бо­ге­не­ра­тора, как на обыч­ных теп­ло­вых элек­тро­стан­циях.

Но самым пер­спек­тив­ным спо­со­бом явля­ется прямое пре­об­ра­зо­ва­ние сол­неч­ного света в элек­три­че­ство с помо­щью фото­элек­три­че­ских моду­лей. Эти устрой­ства весьма надёжны и рабо­тают деся­ти­ле­ти­ями как в микро-инстал­ля­циях, так и в мас­шта­бах огром­ных элек­тро­стан­ций. Благодаря уси­лиям учёных, эффек­тив­ность pv-моду­лей повы­ша­ется каждый год, а с ростом мас­шта­бов про­из­вод­ства сни­жа­ется их сто­и­мость.

Солнеч­ное излу­че­ние явля­ется исклю­чи­тельно чистым видом энер­гии, не загряз­няет окру­жа­ю­щую среду и не нару­шает теп­ло­вой баланс нашей пла­неты. Кроме того, сол­неч­ная энер­гия бес­платна и прак­ти­че­ски неис­чер­па­ема. Запасов водо­рода на Солнце доста­точно для под­дер­жа­ния тер­мо­ядер­ного син­теза в тече­ние ещё несколь­ких мил­ли­ар­дов лет.

Подходя­щие реги­оны

Производ­ство «сол­неч­ного» элек­три­че­ства зача­стую оправ­дано даже в север­ных широ­тах при доста­точ­ном коли­че­стве ясных дней в году и опти­маль­ном угле наклона сол­неч­ных пане­лей. Низкая инсо­ля­ция в этом случае частично ком­пен­си­ру­ется более высо­ким фак­ти­че­ским КПД моду­лей за счет их есте­ствен­ного охла­жде­ния.

Но на пла­нете много сол­неч­ных тер­ри­то­рий с общей годо­вой инсо­ля­цией более 2000 kW·h/m². При таких исход­ных данных сол­неч­ная энер­ге­тика — вне кон­ку­рен­ции.

Общая инсо­ля­ция на гори­зон­таль­ной поверх­но­сти (GHI)

Хватит ли места?

Мощные сол­неч­ные элек­тро­стан­ции зани­мают доста­точно боль­шую пло­щадь, поэтому бытует мнение, что, по мере раз­ви­тия сол­неч­ной энер­ге­тики, воз­никнет дефи­цит тер­ри­то­рий. Но рас­чёты пока­зы­вают, что доста­точно, напри­мер, занять сол­неч­ными элек­тро­стан­ци­ями лишь 1% пло­щади пустыни Сахара, чтобы обес­пе­чить весь мир элек­три­че­ством.

Естественно, нет ника­кого смысла стро­ить одну гигант­скую сол­неч­ную элек­тро­стан­цию, ведь у нас име­ется мно­же­ство никак не исполь­зу­е­мых поверх­но­стей рядом с потре­би­те­лями, в том числе — крыши домов. Кроме того, суще­ствуют и другие эко­ло­ги­че­ски чистые спо­собы про­из­вод­ства элек­тро­энер­гии. Факт заклю­ча­ется в том, что даже при полном обес­пе­че­нии энер­ге­ти­че­ских нужд чело­ве­че­ства с помо­щью Солнца, дефи­цита земли не воз­никнет.