8-4. Солнце — источник энергии
В недрах солнца происходят ядерные реакции и освобождаются огромные количества энергии. После многих превращений часть этой энергии распространяется в пространстве в виде электромагнитного излучения — световых и тепловых лучей.
Солнечные лучи согревают поверхность земли. Растения поглощают солнечную энергию, разлагают углекислоту, насыщают кислородом земную атмосферу, накапливают углеводы и углеводороды.
Горючие ископаемые — каменный уголь и нефть — это накопленные энергетические запасы. Вся современная техника основана на потреблении этих солнечных консервов.
В результате действия солнечных лучей возникают ветры и дожди. Солнечное излучение вызывает также и все электрические процессы в атмосфере: северные сияния, грозы, зарницы.
И первая мысль: нельзя ли попросту собрать эти потоки солнечной энергии, сразу превращать их в электрический ток?
8-5. Гелиотехника
Есть такая наука — гелиотехника. На поверхности Солнца царит температура около 6 000° С. Каждый квадратный метр солнечной поверхности излучает мощность около 60 000 кВт. На земной орбите облученность равна 1,35 кВт на квадратный метр. Эту облученность астрономы называют «солнечной постоянной».
В странах, близких к экватору, в полдень при безоблачном небе каждый квадратный метр земной поверхности получает поток энергии, близкий к солнечной постоянной.
Попытки использовать солнечную энергию для промышленных целей восходят к давним временам.
В 1686 г. Эренфрид Вальтер Чирнгауз построил зеркало из полированной меди диаметром 2 м с фокусным расстоянием 1,3 м. Он употреблял его в качестве плавильной печи для получения фарфора.
Начало советской гелиотехники положено работами Б. П. Вейнберга. Многие советские инженеры и изобретатели — Б. В. Петухов, В. П. Кислов, Б. П. Бодашков, Г. К. Трофимов, В. Н. Бухман, Ф. Ф. Молеро и многие другие строили солнечные аппараты различных конструкций.
В СССР были созданы опытные образцы солнечных водонагревателей, кипятильников, опреснителей соленой воды. Строились солнечные кухни, сушилки, солнечные теплицы, солнечные холодильники и аппараты для лечебных целей.
Простую конструкцию имеют водонагреватели, основанные на принципе «горячего ящика». Это ящик, покрытый стеклом, зачерненный изнутри и защищенный с боков и со дна тепловой изоляцией. Стеклянная крышка предохраняет рабочую поверхность ящика от охлаждающего действия ветра. Стекло пропускает световые лучи солнца, а дно ящика, нагреваясь под действием этих лучей, испускает уже более длинные волны, чем световые. Для этих волн стекло непрозрачно — оно является своеобразным вентилем.
Ряд практических конструкций солнечных котлов, действующих по принципу «горячего ящика», разработал Б. В. Петухов. Хорошо показал себя, по его данным, водонагреватель, в котором дно ящика сделано из рифленого металлического листа, в канавках которого уложены железные трубки с водой, соединенные между собой и со сборными «гребенками» при помощи резинового шланга. Отдельные секции солнечного водонагревателя устанавливаются на опорах под наиболее выгодным углом к горизонту.
При помощи такого ящика можно на широте 37° (примерно в районе Ташкента) в ноябре иметь температуру воды 57° С.
Горячие ящики пригодны только для получения теплой воды для бытовых целей.
Чтобы получить пар высокой температуры, применяют параболоидные зеркала, фокусирующие солнечные лучи на тщательно теплоизолированный котел небольших размеров.
При помощи параболоидной установки сотрудник Энергетического института Академии наук СССР — Ф. Ф. Молеро получал зимой пар с температурой 470° С. По его данным, можно при помощи хорошего параболического зеркала и котла, снабженного тепловой «самоизоляцией», передать пару до 90% энергии солнечных лучей.
Чтобы обеспечить наибольшую отдачу энергии в течение всего дня, параболическое зеркало должно быть подвижным. Зеркало устанавливается на высокой прочной колонне. Специальный двигатель медленно поворачивает зеркало так, чтобы оно было все время направлено перпендикулярно солнечным лучам.
Гелиоустановки, работающие с концентрирующими зеркалами, еще пока сложны и дороги. Чтобы получить от такой установки мощность в несколько десятков киловатт, необходимы огромные зеркала поперечником больше 10 м.
На своем современном уровне «стеклянная» и «зеркальная» гелиоэнергетика не может еще всерьез конкурировать с «большой энергетикой» — с энергетикой горючих ископаемых и водных потоков.
