Солнечные двигатели и нагреватели

Очень заманчива мысль использовать энергию солнечных лучей для нагревания котла двигателя. Произведем несложный расчет. Энергия, в единицу времени получаемая от Солнца каждой единицей поверхности внешней части нашей атмосферы, расположенной под прямым углом к солнечным лучам, тщательно подсчитана. Количество ее, по-видимому, неизменно: оттого оно и названо "солнечной постоянной". Солнечная постоянная равна (с округлением) 1,4 кВт/м². Этот тепловой поток, регулярно посылаемый Солнцем, достигает поверхности Земли не полностью: около 25% его поглощается в атмосфере. Можно считать, что квадратный метр земной поверхности,перпендикулярно озаряемый солнечными лучами, получает ежесекундно около 1 кДж энергии.

Такую работу могла бы произвести лучистая энергия Солнца при самых благоприятных условиях - при перпендикулярном падении и стопроцентном превращении. Однако до сих пор осуществляющиеся попытки прямого использования Солнца как двигательной силы были далеки от таких идеальных условий: их полезное действие не превышало 5-6%. Из осуществленных установок наибольший коэффициент полезного действия имел солнечный двигатель известного физика Аббота: 15% ².

² (В настоящее время такой же коэффициент полезного действия имеют прямые преобразователи солнечной энергии в электрическую, а именно, кремниевые фотоэлементы, батареи из которых уже сейчас находят применение на Земле и в космосе. Правда, стоимость таких фотопреобразователей пока сравнительно высока.)

Рис.107. Солнечная водонагревательная установка в Ташкенте

Легче воспользоваться лучистой энергией Солнца не для получения механической работы, а для нагревания. В Ташкенте в начале 30-х годов открылась солнечная баня, пропускавшая 70 человек в сутки. В том же Ташкенте была оборудована гелиоустановка на крыше одного из домов (рис. 107). Здесь было установлено 20 солнечных котлов на 200 ведер воды, которые целиком обеспечивали ею весь дом. По заявлению гелиотехников, солнце бесперебойно согревало котлы 7-8 месяцев в году; остальные 4-5 месяцев котлы могли нагревать воду только в ясные дни ³. Средний К.П.Д. водонагревателей был сравнительно высок - он составлял 47% (максимальный достигал 61%).

³ (В настоящее время считается, что солнечное излучение по своим ресурсам способно почти полностью удовлетворить энергетические потребности человечества в будущем. В то же время использование солнечной энергии не связано с загрязнением окружающей среды и нарушением теплового баланса нашей планеты. Вот почему энергетическим программам в технике использования солнечной энергии (или, другими словами, гелиотехнике) придается большое значение. Благодаря использованию современных научных знаний в различных областях физики, химии, электротехнике, применению новых технологий и веществ за последние десятилетия достигнуты большие успехи в этом направлении. Но еще большее предстоит сделать. Полезную информацию об этих работах и о задачах гелиотехники можно получить из научно-популярной книги: Бринкворт Б. Дж. Солнечная энергия для человечества.- М.: Мир, 1976. Об использовании энергии Солнца, а также ветра, океана и других источников можно узнать из брошюры: Марочек В. И., Соловьев С. П. Пасынки энергетики.- М.: Знание.- (Техника), 1981.)

Рис.108. Солнечный склад-холодильник в Туркменской ССР

В Туркмении был испытан солнечный холодильник (рис.108). Температура охлаждающих батарей в камерах холодильника была -3 °С при температуре окружающего воздуха 42 °С в тени. Это первый пример промышленной солнечной холодильной установки.

Отличные результаты дали опыты солнечной плавки серы (температура плавления 120 °С) ⁴. Упомянем еще о солнечных опреснителях для получения пресной воды на побережье Каспийского и Аральского морей, о солнечных водоподъемниках для замены первобытных среднеазиатских чигирей, о солнечных сушилках для фруктов и рыбы, о кухне, где все блюда приготовляются "на лучах Солнца", и т. п. Все это не исчерпывает разнообразных применений искусственно уловленных солнечных лучей, которым предстоит сыграть видную роль в народном хозяйстве Средней Азии, Кавказа, Крыма, Нижней Волги и южной Украины.

⁴ (В наше время с помощью солнечных установок плавят не только серу: в специальных солнечных печах доводят температуру до нескольких тысяч градусов, что позволяет получать некоторые сверхчистые тугоплавкие металлы. Таким образом, с полным основанием можно утверждать, что сейчас развивается новое направление использования солнечной энергии - солнечная металлургия.)