Использование энергии Солнца на Земле

ПРОМЫШЛЕННОЕ  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛА

Не только домашние хозяйства, но и предприятия используют солнечные  водонагреватели для предварительного подогрева воды перед последующим применением других методов, чтобы довести ее до кипения или испарения. Меньшая зависимость от колеблющихся цен на энергоносители - еще один фактор, делающий солнечные системы привлекательным вложением денег. Обычно, установка солнечного водонагревателя влечет за собой быструю и существенную экономию энергии. В зависимости от необходимого объема горячей воды и местного климата, предприятие может сэкономить 40-80% стоимости электричества и других энергоносителей. Например, ежедневная потребность в горячей воде в 24-этажном офисном здании Кук Джей в Сеуле (Южная Корея), обеспечивается более чем на 85% за счет солнечной водонагревательной системы. Система работает с 1984 года. Она оказалась настолько эффективной, что перекрыла плановые показатели и обеспечивает, сверх того, от 10 до 20 % годовой потребности в отоплении.

Существует несколько  разных видов солнечных водонагревательных систем. Однако, количество горячей  воды, которое обычно требуется предприятию, можно обеспечить только при помощи активной системы. Активная система обычно состоит из солнечных коллекторов, установленных на южном скате крыши (в Северном полушарии) и бака-накопителя, установленного возле солнечного коллектора. Когда на панель попадает достаточно солнечной радиации, специальный регулятор приводит в действие насос, который начинает прогонять жидкость - воду или антифриз - через солнечную панель. Жидкость принимает тепло от коллектора и передает его резервуару с водой, где она хранится, пока не понадобится. Если солнечная система не нагрела воду до нужной температуры, может использоваться дополнительный источник энергии. Тип и размер системы определяются по тому же принципу, что и размер солнечного коллектора для жилого дома (см. выше). Уход за промышленными солнечными системами зависит от типа и размеров системы, однако, благодаря ее простоте, ей требуется минимальный уход.

Для многих видов коммерческой и промышленной деятельности самое  большое преимущество солнечного коллектора - экономия топлива и энергии. Однако, нельзя забывать и о существенных экологических преимуществах. Выбросы в атмосферу таких загрязнителей, как сернистый газ, угарный газ и закись азота уменьшаются, когда владелец фирмы решает воспользоваться более чистым источником энергии - Солнцем.

СОЛНЕЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

В мире возрастает спрос  на энергию для кондиционирования  и охлаждения. Это происходит не только из-за увеличивающейся потребности  в комфорте в развитых странах, но и в связи с необходимостью хранения продовольствия и медицинских товаров в регионах с теплым климатом, особенно в странах третьего мира.

Существуют три основных метода активного охлаждения. Прежде всего, использование электрических компрессоров, представляющих собой сегодня стандартное охлаждающее устройство в Европе. Во-вторых, использование абсорбционных кондиционеров, приводимых в действие с помощью тепловой энергии. Оба вида используются для кондиционирования воздуха, т.е. охлаждения воды до 5 оC, и замораживания ниже 0 оC. Есть и третья возможность для кондиционирования воздуха - охлаждение с использованием испарения. Все системы могут работать на солнечной энергии, их дополнительное преимущество - использование абсолютно безопасных рабочих жидкостей: простой воды, солевого раствора или аммиака. Возможные применения этой технологии - не только кондиционирование воздуха, но и охлаждение для хранения продовольствия и т.д.

СУШКА

Солнечный коллектор, который  нагревает воздух, может служить  дешевым источником тепла для  сушки сельскохозяйственных культур - зерна, фруктов или овощей. Так  как солнечные коллекторы с высокой  эффективностью нагревают температуру  воздуха в помещении на 5-10 оС (а  сложные устройства - еще больше), они могут использоваться для кондиционирования воздуха на складах.

Использование простых и  дешевых солнечных коллекторов  для подогрева воздуха при  сушке урожая является перспективным  для снижения огромных потерь урожая в развивающихся странах. Отсутствие адекватных условий хранения приводит к значительным потерям продовольствия. Хотя невозможно точно подсчитать масштабы потерь урожая в этих странах, некоторые источники оценивают их приблизительно в 50-60%. Чтобы избежать таких потерь, производители обычно продают урожай немедленно после сбора по низким ценам. Сокращение потерь благодаря сушке свежих плодов принесло бы большую пользу и производителям, и потребителям. В некоторых развивающихся странах для сохранения продовольствия широко используется метод сушки под открытым небом. Для этого продукт раскладывают на земле, камнях, на обочинах дорог или на крышах. Преимущество этого метода - в простоте и дешевизне. Однако качество конечного продукта низко из-за долгого времени высыхания, загрязнения, заражения насекомыми и порчи из-за перегрева. Кроме того, достижение достаточно низкого содержания влаги - дело трудное, и зачастую кончается порчей продукта при хранении. Введение солнечных сушилок поможет улучшить качество высушенных изделий и снизить убытки.

СОЛНЕЧНЫЕ ПЕЧИ

Успешное использование  солнечных печей (плит) отмечалось в  Европе и Индии уже в 18-м веке. Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло, которое накапливается внутри замкнутого пространства. Поглощенное тепло используется для варки, жарки и выпечки. Температура в солнечной печи может достигать 200 градусов Цельсия.

Солнечные печи бывают разных форм и размеров. Приведем несколько  примеров: духовой шкаф, печь-концентратор, рефлектор, солнечный пароварочный аппарат и т.д. При всем разнообразии моделей, все печи улавливают тепло и удерживают его в теплоизолированной камере. В большинстве моделей солнечный свет непосредственно воздействует на пищу.

ЯЩИЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПЕЧИ

Ящичные солнечные печи состоят  из хорошо изолированной коробки, окрашенной внутри в черный цвет, в которую помещают черные кастрюли с едой. Коробка накрывается двухслойным "окном", которое пропускает солнечное излучение в ящик и удерживает тепло внутри. Вдобавок к нему крепится крышка с зеркалом на внутренней стороне, которая, будучи откинутой, усиливает падающее излучение, а в закрытом виде улучшает теплоизоляцию печи.

Основные преимущества ящичных  солнечных печей:

• Используют как прямое, так и рассеянное солнечное излучение.
• В них можно нагревать одновременно несколько кастрюль.
• Они легки, портативны и просты в обращении.
• Им не нужно поворачиваться вслед за Солнцем.
• Умеренные температуры делают помешивание не обязательным.
• Еда остается теплой целый день.
• Их легко изготовить и отремонтировать, используя местные материалы.
• Они относительно недороги (по сравнению с другими типами солнечных печей).

Присущи им, конечно, и некоторые  недостатки:

• С их помощью можно готовить только в дневное время.
• Из-за умеренной температуры на приготовление пищи требуется продолжительное время.
• Стеклянная крышка приводит к значительным потерям тепла.
• Такие печи "не умеют" жарить.

Благодаря своим преимуществам, солнечные печи-ящики являются наиболее распространенным видом солнечных  печей. Они бывают разных видов: промышленного производства, кустарные и самодельные; формой могут напоминать плоский чемоданчик или широкий низкий ящик. Бывают и стационарные печи, сделанные из глины, с горизонтально расположенной крышкой (в тропических и субтропических районах) или наклонной (в умеренном климате). Для семьи из пяти человек рекомендуются стандартные модели с площадью апертуры (входной площади) около 0,25 м2. В продаже встречаются и более крупные варианты печей -- 1 м2 и более.

ЗЕРКАЛЬНЫЕ  ПЕЧИ (С ОТРАЖАТЕЛЕМ)

Простейшая зеркальная печь представляет собой параболический рефлектор и подставку для  кастрюли, расположенную в фокусе печи. Если печь выставлена на Солнце, то солнечный свет отражается от всех рефлекторов в центральную точку (фокус), нагревая кастрюлю. Рефлектор  может представлять собой параболоид, изготовленный, например, из листовой стали или отражающей фольги. Отражающая поверхность обычно изготовлена из полированного алюминия, зеркального металла или пластика, но может состоять также из множества маленьких плоских зеркал, прикрепленных к внутренней поверхности параболоида. В зависимости от нужного фокусного расстояния, рефлектор может иметь форму глубокой миски, в которую полностью погружается кастрюля с едой (короткое фокусное расстояние, посуда защищена от ветра) или мелкой тарелки, если кастрюля устанавливается в фокусной точке на определенном расстоянии от рефлектора.

Все печи-отражатели используют только прямое солнечное излучение, и поэтому должны постоянно поворачиваться за Солнцем. Это усложняет их эксплуатацию, так как ставит пользователя в зависимость от погоды и регулирующего устройства.

Преимущества зеркальных печей: Способность достигать высоких  температур и, соответственно, быстрое приготовление пищи. Относительно недорогие модели. Некоторые из них могут служить также для выпечки.

Перечисленным достоинствам сопутствуют и некоторые недостатки: В зависимости от фокусного расстояния, печь должна поворачиваться за Солнцем примерно каждые 15 минут. Используется только прямое излучение, а рассеянный солнечный свет теряется. Даже при небольшой облачности возможны большие потери тепла. Обращение с такой печью требует определенного навыка и понимания принципов ее действия. Отраженное рефлектором излучение очень ярко, слепит глаза, и может привести к получению ожога при контакте с фокальным пятном. Приготовление пищи ограничивается дневными часами. Повару приходится работать на жарком солнце (за исключением печей с фиксированной фокусировкой). Эффективность печи в большой степени зависит от изменяющейся силы и направления ветра. Блюдо, приготовленное днем, к вечеру остывает.

Сложность обращения с  этими печами в сочетании с  тем фактом, что повар вынужден стоять на Солнце, является главной  причиной их невысокой популярности. Но в Китае, где приготовление еды традиционно требует высокой температуры и мощности, они широко распространены.

СОЛНЕЧНАЯ ДИСТИЛЛЯЦИЯ

Во всем мире множество  людей испытывает нехватку чистой воды. Из 2,4 млрд жителей развивающихся  стран менее 500 млн имеют доступ к чистой питьевой воде, не говоря уже о дистиллированной. Решению этой проблемы может способствовать солнечная дистилляция. Солнечный дистиллятор - это простое устройство, которое превращает соленую или загрязненную воду в чистую, дистиллированную. Принцип солнечной дистилляции известен с давних пор. В четвертом веке до нашей эры Аристотель предложил метод испарения морской воды для производства питьевой. Однако солнечный дистиллятор был построен только в 1874 году, когда Дж. Хардинг и С. Вильсон построили его в Чили, чтобы дать чистую воду селению шахтеров. Этот дистиллятор площадью 4700 м2 производил 24 000 литров воды в день. В настоящее время такие установки большой производительности имеются в Австралии, Греции, Испании, Тунисе, на острове Св. Винсента в Карибском море. Установки поменьше имеются в широком употреблении в других странах.

Практически любое морское  побережье и пустынные местности  можно превратить в обитаемые, используя солнечную энергию для подъема и очистки воды. Все этапы этого процесса - работа насоса, очистка и подача воды в дистиллятор - осуществляются при помощи солнечной энергии.

КАЧЕСТВО  ВОДЫ

Полученная на такой установке  вода отличается высоким качеством. Обычно она показывает лучший результат  при тестировании на количество растворенных в воде веществ. Она также насыщена воздухом, так как конденсируется в дистилляторе в присутствии воздуха. Вода может поначалу показаться непривычной на вкус, так как в ней нет минеральных веществ, к которым привыкло большинство из нас. Тесты показывают, что дистилляция устранила все бактерии, а содержание пестицидов, удобрений и растворителей снижается на 75-99,5 %. Все это имеет огромное значение для стран, в которых люди по-прежнему гибнут от холеры и других инфекционных заболеваний.

СОЛНЕЧНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

В дополнение к прямому  использованию солнечного тепла, в  регионах с высоким уровнем солнечной радиации ее можно использовать для получения пара, который вращает турбину и вырабатывает электроэнергию. Производство солнечной тепловой электроэнергии в крупных масштабах достаточно конкурентоспособно. Промышленное применение этой технологии берет свое начало в 1980-х; с тех пор эта отрасль быстро развивалась. В настоящее время энергокомпаниями США уже установлено более 400 мегаватт солнечных тепловых электростанций, которые обеспечивают электричеством 350 000 человек и замещают эквивалент 2,3 млн баррелей нефти в год. Девять электростанций, расположенных в пустыне Мохаве (в американском штате Калифорния) имеют 354 МВт установленной мощности и накопили 100 лет опыта промышленной эксплуатации. Эта технология является настолько развитой, что, по официальным сведениям, может соперничать с традиционными электрогенерирующими технологиями во многих районах США. В других регионах мира также скоро должны быть начаты проекты по использованию солнечного тепла для выработки электроэнергии. Индия, Египет, Марокко и Мексика разрабатывают соответствующие программы, гранты для их финансирования предоставляет Глобальная программа защиты окружающей среды (GEF). В Греции, Испании и США новые проекты разрабатываются независимыми производителями электроэнергии.

По способу производства тепла солнечные тепловые электростанции подразделяют на солнечные концентраторы (зеркала) и солнечные пруды.

СОЛНЕЧНЫЕ КОНЦЕНТРАТОРЫ

Такие электростанции концентрируют  солнечную энергию при помощи линз и рефлекторов. Так как это  тепло можно хранить, такие станции  могут вырабатывать электричество по мере надобности, днем и ночью, в любую погоду.