Солнечная энергия

Рассмотренные выше геофизические источники энергии могут обеспечить в последующие десятилетия лишь незначительную часть потребностей в энергии и оказаться неприемлемыми для освоения в крупных масштабах. Как отмечалось, органическое топливо является невозобновляемым ресурсом, и его использование связано с нанесением значительного ущерба окружающей среде.

Необходимо располагать неисчерпаемым дешевым и возобновляемым источником энергии, не загрязняющим окружающую среду. Таким источником является Солнце. Поток солнечного излучения составляет около 3,8·10²⁶ Вт и представлен всем спектром электромагнитных волн. Однако основная его масса приходится на ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную части спектра. Энергетическая освещенность земной атмосферы составляет примерно 1,4 кВт/м², а поверхности Земли - около 1 Вт/м². Пока не существует экономичного способа преобразования этой энергии в электрическую, но работы в этом направлении ведутся.

Наиболее подходящим направлением преобразования солнечной энергии в полезную работу является ее использование, для замещения органического топлива при получении теплоты в парогенераторе. Однако, как и при применении органического топлива, КПД преобразования ограничивается диапазоном температуры рабочего тела, в данном случае пара. Поскольку создание и эксплуатация очень крупных коллекторных систем для концентрации солнечных лучей является делом сложным, в настоящее время в таких системах удается получить пар с относительно небольшой температурой. Как следствие, КПД преобразования солнечной энергии в электроэнергию в таких установках может составлять около 10%. Чтобы получить 1 ГВт электрической мощности, потребовалось бы 10 ГВт мощности солнечного излучения. В создании системы таких масштабов и связанного с ней другого оборудования имеются определенные технические трудности. Стоимость электроэнергии, производимой солнечной электростанцией, в 10 раз выше, чем электроэнергии, вырабатываемой тепловой станцией на органическом топливе.

Следует рассмотреть еще два "узких" места крупных солнечных электростанций - аккумулирование энергии и ее передача. Для обеспечения круглосуточного электроснабжения от солнечной электростанции требуется обеспечить аккумулирование энергии. Одним из вариантов решения этой проблемы является создание аккумулятора теплоты в химически связанном виде. Если бы был найден материал с высокой теплотой плавления и низкой точкой плавления, то избыточная теплота, вырабатываемая в дневное время, могла бы аккумулироваться, а в ночное время - использоваться для покрытия нагрузки. Другим вариантом является аккумулирование электроэнергии, например, с помощью гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Обе системы аккумулирования энергии имеют недостатки - высокую стоимость и низкий КПД.

Рассмотренные выше системы преобразования солнечной энергии могут быть названы непрямыми системами преобразования, так как энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую энергию в несколько стадий. На этих стадиях неизбежны потери энергии.

Существуют способы непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую энергию без использования промежуточных стадий. Например, фотоэлектрическим преобразованием. В настоящее время появились два направления крупномасштабного использования принципа фотоэлектрического преобразования. Одно из них предусматривает использование искусственных спутников Земли, выведенных на геосинхронные орбиты и оборудованных солнечными панелями из фотоэлементов. Вырабатываемая ими электроэнергия преобразуется в электромагнитные волны в микроволновом диапазоне частот и направляется на Землю. Приемная антенна площадью около 3 км² могла бы обеспечить прием мощности, примерно 3 ГВт при интенсивности излучения 1 кВт/м². О практической реализации этого направления в ближайшие годы говорить рано, поскольку созданные к настоящему времени преобразовательные устройства обладают очень малым КПД, а их масса и стоимость слишком велики.

Второе направление предусматривает монтаж сборных панелей солнечных фотоэлектрических элементов в малонаселенных пустынных районах Земли.