Главным фактором развития цивилизации на нашей планете является применение источников энергии. В качестве данных источников в основном выступают традиционные энергетические ресурсы – природный газ, нефть, уголь. Это наносит большой урон экологии Земли. Миллионы баррелей нефти оказываются в океане, АЭС производят десятки тонн радиоактивных отходов, миллиарды кубических метров окиси углерода переходят в атмосферу в виде выбросов.

Запасы этих источников не бесконечны. Поэтому они называются невозобновляемыми энергетическими источниками. В мире потребляется ежегодно столько нефти, сколько ее зарождается в течение 2 млн. лет. Но известно то, что основным источником энергии для планеты Земля является Солнце. Оно обогревает планету, сообщает силу ветру, приводит в движение течения океанов. Под его лучами созревает 1 квадриллион тонн растений, которые питают 10 триллионов тонн бактерий и животных. Благодаря Солнцу на Земле образовались огромные запасы углеводородов, то есть угля, нефти, торфа и т.д., которые сегодня мы активно сжигаем.

Чтобы человечество смогло в настоящее время удовлетворить потребности в энергетических ресурсах, необходимо около 10 млрд. тонн условного топлива. Если перевести энергию, посылаемую нам Солнцем за один год в такое же условное топливо, то цифра будет составлять примерно 100 триллионов тонн. Известно, что в недрах Земли содержится 6 триллионов разных углеводородов. Их энергию Солнце передает планете всего лишь за три недели.

Резервы Солнца колоссальны настолько, что оно сможет еще 5 миллиардов лет посылать нам свет с такой же яркостью. Морская и земная флора утилизирует около 34% энергии Солнца. Поэтому в последние годы уделяется большое внимание так называемым возобновляемым энергетическим источникам: энергии Солнца, ветра, прилива и т.д. Солнечная энергетика находится не на последнем месте в данном ряду.

Академик Жорес Алферов, ставший лауреатом Нобелевской премии, еще в начале 90-х годов заявлял на собрании АН СССР, что если бы выделять на развитие возобновляемой энергетики хотя бы 15% из средств, которые мы вложили в атомную энергетику, то АЭС были бы совсем не нужны сегодня. Судя по тому, какие крохи выделялись «на Солнце», но к середине 90-х годов удалось повысить КПД солнечных элементов до 15%, а к началу следующего века – до 20%, то слова академика недалеки от истины.

• Новый взгляд на Солнце и его энергию. Часть 2
• Японские компании разработали движущиеся солнечные батареи
• Ямайка обеспечит сельские дома солнечной и ветряной энергей
• Якутия собирается перейти на альтернативные энергетические источники
• Якутия переходит на альтернативную энергетику
• Южная Корея готова инвестировать более 35 млрд. долларов в альтернативную энергетику
• Энергия солнца и ветра может обеспечить Австралию электричеством
• Энергия солнца для будущего мира. Часть 4 Волновые методы передачи электрической энергии

Преобразование энергии Солнца при помощи фотоэлектрических преобразователей – ФЭП

Для производства ФЭП исходным материалом служит кремний – это один из наиболее распространенных элементов в земной коре, а «топливом» - бесплатный свет солнца. Кремний находится на втором месте после кислорода по распространенности на Земле. Кремний составляет более четверти всей массы земной коры. Но весь этот объем находится в виде окисла - SiO2. Именно этот песок заполняет детские песочницы и применяется в растворе цемента. «Добыть» из него чистый кремний достаточно сложно. Одна тонна кварцевого песка, содержащая около 500 кг кремния, дает возможность выработать 50-90 кг солнечного кремния даже при использовании самой последней технологии хлорсилановой очистки и электродугового извлечения.

Немецкая компания Siemens еще в 1974 году научилась извлекать чистый кремний посредством карботермического цикла. Энергозатраты при этом цикле снижаются в разы, а выход продукта повышается в 10-15 раз. В результате стоимость полученного материала уменьшается до 5-15 долларов за один килограмм. В этом и состоит выгода нашей страны. Для немецкой технологии не подходит простой песок, нужны «особо чистые кварциты», крупнейшие залежи которых сосредоточены в нашей стране. Аналитики Siemens считают, что наши кварциты самые качественные и их запасов хватит всем.

Электричество является плохо запасаемым продуктом, поэтому его производится всегда почти столько, сколько нужно для потребления. Общая мощность всех электростанций на нашей планете составляет примерно 2000 ГВт. Чтобы получить эту энергию от Солнца, нужно «замостить» современными солнечными батареями 40 000 км². Станция при этом будет работать только в светлое время суток. Квадрат, сторона которого равна 200 км – 1/200 часть площади пустыни Сахара. Для современного человечества это вполне реальная задача. Но ее нельзя решать сходу, так как сразу встают две существенные проблемы.

Первая – хранение энергии. Такая огромная станция сможет генерировать энергию лишь в светлое время суток, а человечеству нужна энергия круглые сутки. Придется излишки энергии за день в чем-то запасать. В суперконденсаторах, аккумуляторах или в гигантских маховиках. По стоимости такие «энергохранилища» будут приравниваться к стоимости самой электростанции.

Второе – изменение климата в районе станции. Раньше энергия Солнца шла на прогревание воздуха и поверхности Земли, а сейчас ее часть будет идти на получение электричества, в результате температура в округе электростанции, а это 40 000 км² - почти Московская область, упадет. В центре станции образуется «бароцентр» - территория, где давление постоянно понижено, где, как правило, образуются мощные циклоны. Эти циклоны станут заливать территорию электростанции и ближние районы дождями, а небо над батареями будет затянуто тучами. Выработка энергии при этом, естественно, снизиться в десятки раз. Эти глобальные проблемы имеют одно простое решение – надо построить не одну электростанцию на территории 40 000 км², а 400 электростанций по 100 км². И они должны располагаться вдоль экватора Земли в максимально солнечных районах (в районах с высокой соляризацией). И соединить их в сеть. Так, пока одни станции - на ночной стороне Земли, будут отдыхать, другие - на солнечной стороне, будут вырабатывать и поставлять электричество. Значительных изменений погоды на участках 10х10 км не должно происходить. А лучше построить не 400 крупных станций, а несколько десятков крупных электростанций и много мелких размером 10х10 м. Это вполне реализуемое предложение.

Фотоэлектрические станции сегодня особенно привлекательны в качестве источников энергии в районах, которые оторваны от централизованной энергетической системы. Установка солнечных модулей будет целесообразной в тех местах, где расход энергии небольшой, а подвод электросетей связан с большими затратами.

Скептики скажут, что солнечная энергия из-за сезонности и цикличности достаточно экзотична для многих районов. И это верно. В данном случае помогут ветросолнечные системы. Наибольшие значения скорости ветра отмечаются в осенне-зимний период, когда уменьшается количество солнечной энергии, а летом снижение скорости ветра компенсируется энергией Солнца.