Солнце как современный источник энергии

Я хочу рассказать о естественном источнике энергии - Солнце. В наш 21 век высоких современных технологий количество потребляемой энергии все больше увеличивается. Мы размышляли о том, как сделать энергию более доступной и, чтобы ее добыча не была поводом для человеческих бед. Множество войн возникало из-за энергетического кризиса. Но в каждой стране есть солнечная энергия. Она неисчерпаема. Зачем тратить полезные ископаемые, если мы их можем оставить потомкам. Необходимо создать станции солнечной энергии, которые решат множество проблем человечества? Что даст нам использование солнечной энергии?

-Экологически безопасно - не загрязняет окружающую среду.

-Неисчерпаемые запасы (например, по сравнению с нефтью и газом).

-Экономически выгодно при рациональном использовании новых внедрений.

-До конца не изучено - возможность новых открытий.

Пока солнечная энергия не слишком много используется человеком. Что же представляет собой Солнце? Это огромный газообразный шар радиусом 695500 км. Масса Солнца составляет 1,98*10в30степ. кг. Средняя плотность солнечной материи немного больше плотности воды и равна 1,4 г/см3. Среднее расстояние Земли от Солнца равно 149500000км. Солнечная энергия, проходящая к Земле, распределяется следующим образом:34% ее отражается,19% поглощается земной атмосферой,47% достигает Земли (причем 27% солнечной энергии затрачивается на испарение воды и перемешивание атмосферой,20% идет на тепловое излучение). В тепловом балансе Земли солнечное излучение играет решающую роль: во-первых, его мощность определяет предельную энергетическую мощность, которую можно вырабатывать на Земле без существенного нарушения теплового баланса ( не более 3-5% от солнечной); во-вторых образование всех источников минерального сырья (нефть, газ, уголь) связано с аккумулированием в течение миллионов лет солнечного излучения; в-третьих, движение воздуха и воды на Земле тоже в основном зависит от действия излучения.

Сейчас разрабатываются следующие основные пути использования энергии Солнца: для обогрева помещений, опреснение морской воды, для получения механической энергии по традиционному паросиловому циклу, для выработки электроэнергии при помощи полупроводниковых фотоэлементов. К недостаткам солнечной энергетики относится большая рассеянность энергии и нестабильность ее поступления. Последний недостаток частично компенсируется использованием аккумулирующих устройств.

В России эксплуатируются разнообразные гелиоэнергетические установки, например, около 200 таких установок мощностью до 1 кВт. Смонтировано на маяках и навигационных знаках Баренцева и Черного морей, озера Байкал; хотя их КПД невысок, но у них большая надежность и срок службы 30 лет.

В настоящие время солнечная энергия используется, но не во всем мире и только где солнце светит круглый год. Солнечные нагреватели установлены на многочисленных домиках, построенных в различных местах нашей страны. Одна из сторон крутой крыши обращены к солнцу, состоит из солнечных нагревателей, с помощью которых дом отапливается и снабжается горячей водой. Планируется постройка целых поселков, состоящих из таких домов.

Японские специалисты сконструировали солнечную батарею, которая по размерам и по форме напоминает обыкновенную черепицу. Если такой солнечной черепицей покрыть дом, то электроэнергии хватит для удовлетворения нужд его жильцов. Как сделать солнечную энергию доступной и популярной?

А что если на орбиту вывести зеркала?

Ведь там солнечные лучи почти в два раза богачи энергией (нет поглощения атмосферой), всегда царит день и нет ночи.

Свет космических зеркал, как утверждает автор проекта, может пригодиться и в дневное время - например, при сильном тумане. Вот тут и можно было бы увидеть сразу два Солнца!

Орбиты, естественно, должны рассчитываться таким образом, чтобы зеркала оставались в сфере солнечного света всю ночь; но кратковременных периодов, когда относительное положение Земли и Солнца обречет космические зеркала на бездействие, полностью избежать не удастся? Чтобы обеспечить освещение, достигающие 20-50% силы света Солнца, потребовались бы гигантские отражающие поверхности площадью от 500 до 6 тысяч квадратных километров.

Более экономичным способом для освещения максимальных площадей был бы вывод нескольких зеркал на орбиту одно за другим. Каждое из них было бы ориентировано таким образом, чтобы луч света фокусировался на одном и том же заданном районе. На какой высоте должна находиться, солнечная космическая станция, чтобы по отношению к какой – либо точки земного экватора она была в покое? Радиус Земли принять равным 6400 км.

Решение. Обозначим искомую высоту через h, тогда r = R+h – радиус круговой орбиты спутника, где R- радиус Земли.

Скорость обращения спутника на круговой орбите

V=2πr/T, где T – период обращения спутника. По условию T=24 ч.

С другой стороны, скорость v должна быть первой космической скоростью на высоте h, т. е.

V= √GM/R+h = √GM/r.

Сравнив эти равенства, получим:

2π/r = √GM/r или 4π2r2/T2 = GM/r.

Отсюда находим: r=3√GMT2/4π2; r=3√6,67*10-11H*м2*6*1024кг (24*3600с) 2/4*(3, 14)2≈424*105м= 42400 км.

H=r-R; h=42400 км-6400 км=36000 км.

Такое удаление зеркал вызовет большое рассеивание света. Оптимальная орбита на расстоянии 8 км от поверхности Земли в поясе 55-го градуса северной и 55-го градуса южной широты. Аппарату потребовалось бы три часа, чтобы совершить виток вокруг Земли и в заданном районе он бы каждый раз находился в небе на протяжении часа. Чтобы обеспечить непрерывное освещение в течение всей 8-часовой ночи, требуется от 8 до 10 таких спутников.

Передача электроэнергии на Землю может осуществляться пучком сверхвысокочастотного излучения. Для этого в космосе нужно соорудить передающую антенну, а на Земле - приемную. Кроме того, в космос нужно вывести устройство, преобразующее постоянный ток, рожденный солнечной батареей в сверхвысокочастотном излучение. Диаметр передающей антенны должен быть около километра, а масса с преобразующим устройством, несколько тысяч тонн. Приемная антенна должна быть значительно больше, (ведь энергетический пучок обязательно рассеется атмосферой). Но земные проблемы решаются легче

Для строительства солнечной космической станции потребуется создать целый космический флот из сотен ракет и кораблей многоразового использования. Ведь на орбиту придется вывозить тысячи тонн полезного груза. Кроме того, необходимо будет и малая космическая эскадра, которой смогут пользоваться космонавты, монтажники, ремонтники энергетики.

Будущим проектировщикам солнечных космических станций очень важно знать, как необычны условия космоса почти абсолютный вакуум, невероятный холод космического пространства, жесткая солнечная радиация, бомбардировка микрометеоритами и так далее влияют на состояние материалов, из которых сделаны солнечные батареи.

С моей точки зрения в наилучшем положение находится использование солнечных космических станций, так как это более экономически выгодный способ использования солнечной энергии, меньше солнечной энергии рассеивалось бы атмосферой. Создание таких станции в принципе реально, но правда затраты на строительство солнечной космической станции велики.