Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

В настоящее время в Китае под контролем германской компании «Solar Millenium AG» осуществляется строительство солнечной электростанции, мощность которой планируется увеличить до 1000 МВт к 2020 г.

Параболический концентратор представляет собой некое подобие спутниковой тарелки. Управление осуществляется по двум координатам. Солнечная энергия фокусируется на небольшой площади. КПД отражающих зеркал составляет около 90%. В фокусе отражателя могут использоваться как двигатель Стирлинга, так и фотоэлектрические элементы.

Если используется двигатель Стирлинга, то в фокусе должна находиться область нагрева. Роль рабочего тела может выполнять водород или гелий. Американская компания «Stirling Solar Energy» осуществляет разработку и внедрение солнечных коллекторов крупных размеров, мощность электростанции на основе параболических концентраторов с двигателем Стирлинга может достигать 150 кВт. По различным подсчетам, стоимость электроэнергии, которая будет получена подобным методом, будет в 3 раза ниже стоимости энергии, полученной при помощи башенных солнечных электростанций.

В настоящее время компания осуществляет строительство крупнейшей в мире солнечной электростанции, которая к 2010 г. будет состоять более чем из 20 000 параболических коллекторов диаметром 11 м.

В системах солнечных электростанций могут быть использованы любые типы фотоэлектрических преобразователей, которые будут созданы на базе различных полупроводниковых материалов. Все они должны удовлетворять определенным требованиям, которые обязательно предъявляются к таким масштабным системам переработки солнечной энергии в электрическую и тепловую. Перечислим важнейшие из условий:

1) высокие показатели надежности и долговечности. Средний ресурс должен быть рассчитан на длительный срок эксплуатации (несколько десятков лет);

2) материалы, которые используются для изготовления элементов системы преобразования энергии, должны быть доступны и в достаточном количестве для организации их массового производства;

3) срок окупаемости энергозатрат должен быть максимально коротким;

4) при использовании космических солнечных электростанций или станций, расположенных на околоземной орбите, должны быть сведены к доступному минимуму расходы на ориентацию, стабилизацию электростанции на орбите и расходы на передачу и преобразование энергии после ее переработки на электростанции;

5) последним, но не менее важным, является пункт, который подразумевает обеспечение удобства техобслуживания электростанции на околоземных или иных орбитах Солнечной системы.

Почему так важно придерживаться перечисленных пунктов? Многие эффективные фотоэлектрические преобразователи созданы на основе трудоемких технологических процессов с колоссальными требованиями к производственной линии. Помимо этого, многие современные фотоэлектрические преобразователи используют в своей конструкции сырье, которое находится в ограниченном количестве либо создается искусственно в специальных лабораториях, что существенно уменьшает перспективы массового использования этих элементов повсеместно для эффективного преобразования солнечной энергии. Высокая производительность будет достижима лишь в случае наладки автоматизированного производства фотоэлектрических преобразователей.

На сегодняшний день это возможно сделать, применив ленточные технологии. Обеспечение сборки солнечных батарей на базе предприятий с автоматизированной линией позволит существенно снизить себестоимость модуля батареи. Экономия, которая будет при этом достигнута, обеспечит снижение себестоимости в 2—3 раза.

Современный уровень развития полупроводниковой отрасли промышленности позволяет выдвинуть в качестве наиболее перспективных материалов для создания фотоэлектрических преобразователей, которые будут использоваться в солнечных электростанциях, кремний и арсенид галия.

Солнечный парус – устройство для передвижения в космическом пространстве, принцип действия которого основан на давлении солнечного излучения (например, он может представлять собой металлизированную пленку-парус, на которую воздействует солнечное излучение). В роли паруса могут использоваться солнечные батареи, радиаторы системы терморегуляции и др. Большим минусом является то, что давление солнечного света чрезвычайно мало и уменьшается по мере удаления от Солнца пропорционально квадрату расстояния.

Первые исследования в области использования для космических перелетов давления солнечного излучения, которые могли бы претендовать на серьезность, осуществил в 1924—1925 гг. советский ученый и инженер Ф. А. Цандер. В своей первой научной публикации он заметил: «При желании перелететь на другие планеты… выгоднее будет лететь при помощи зеркал или экранов из тончайших листов… Зеркала не требуют горючего и не производят больших напряжений в материале корабля».

В своих трудах Цандеру не только удалось разработать теоретическую концепцию полета, но и вкратце представить особенности конструкции, называемой сегодня солнечным парусом.

На сегодняшний день соперничают две модификации простейшего солнечного паруса: квадратный парус и гелиоротор. Практический интерес к этим идеям возник в связи с необходимостью отправки космического аппарата на исследование кометы Галлея. Но несмотря на то что впоследствии от этой идеи отказались в пользу солнечно-электрических двигателей, интерес к солнечному парусу не пропал, а только усилился. Квадратный солнечный парус по конструкции чем-то напоминает воздушного змея. Конструкция имеет несущие мачты, изготовленные из жестких стержней. Все материалы и сплавы, используемые при создании таких конструкций, естественно, максимально легки. Тем не менее более подробный анализ конструкции паруса и ряда вопросов, касающихся управления полетом, принципов развертывания на орбите, заставили ученых на время перейти к изучению другой модификации солнечного паруса – гелиоротора, или солнечного гироскопа. Проект был разработан и предложен Р. Макнилом еще до появления квадратного паруса, но в связи с отсутствием идей о собственной траектории движения проектом не заинтересовались. По мнению современных конструкторов, этот тип паруса является наиболее перспективным направлением развития мысли на ближайшее десятилетие. Его основной особенностью является то, что он может выполнять полет с наклоном к орбите более 90°. По расчетам ученых, вывод на орбиту будет осуществляться в несколько этапов, последним из которых будет развертывание на орбите пленочных лопастей.