Перспективы

В большинстве высокоразвитых стран годовое количество солнечной энергии, падающей на крыши жилых домов, значительно превосходит величину энергии, необходимой для их отопления или охлаждения. Поэтому естественно прежде всего говорить об использовании солнечной энергии для подобных целей. В гл. 5 мы рассмотрим, как это можно осуществить практически. В некоторых странах солнечная энергия уже применяется для приготовления сушеных пищевых продуктов и опреснения воды. В гл. 1 мы упоминали о той важной роли, которую может сыграть солнечная энергия для подъема сельского хозяйства слаборазвитых стран. Наибольший интерес представляет преобразование солнечной энергии в электрическую или механическую. В гл. 6-9 мы рассмотрим устройства для такого рода преобразования энергии. Как мы увидим в дальнейшем, к. п. д. большинства этих устройств чрезвычайно низок, поэтому полезно расходуется лишь незначительная часть (всего несколько процентов) от общего количества принятой солнечной энергии. Тем не менее перспективы ее использования представляются заманчивыми. Даже при к. п. д. 5% солнечной энергии, собранной с 6 м² горизонтальной поверхности в тропических районах, оказывается достаточно для удовлетворения энергетической потребности на душу населения на современном этапе развития человеческого общества. Для этих целей можно использовать обширные неосвоенные пространства, не принося ущерба производству пищи.

Маяк, снабжаемый электроэнергией от солнечной батареи. Аравийский залив

Наиболее подходящими районами для сооружения энергостанций, работающих на солнечной энергии, являются огромные зоны пустынь, которые опоясывают почти весь земной шар в районах тропиков. Как показано на рис. 14, пустыни занимают огромные массивы Земли, где господствуют сухие ветры. Последние образуются вследствие охлаждения воздуха при прохождении воздушных потоков у морского побережья или над цепью гор. В таких районах почти не бывает облачности, а дожди выпадают нерегулярно, лишь в результате случайных изменений структуры воздушных масс. Это области с годовой нормой осадков не более 25 см. Они занимают ¹/₈ всей поверхности суши и располагаются в тропическом поясе по обе стороны от экватора. Севернее экватора вдоль тропика Рака лежат Большая Западная пустыня в Северной Америке, пустыня Тар в Индии, Аравийская пустыня и Сахара, а южнее экватора вдоль тропиков Козерога тянутся пустыня Атакама в Южной Америке, южноафриканская пустыня Калахари, занимающая около половины территории Австралии пустыня Большая Виктория и т. д. Общая площадь этих безжизненных неплодородных районов составляет около 2*10⁷ км². Годовое количество солнечной энергии в этих областях достигает 5*10¹⁶ кВт*ч. Если использовать хотя бы 5% такого количества энергии, то существующие ныне энергетические потребности можно было бы перекрыть более чем в двести раз. [Для сравнения укажем, что это количество энергии в 12 раз превышает предполагаемые в будущем потребности (см. гл. 1).]

Рис. 14. Крупнейшие пустыни мира: А - Большая Западная; Б - пустыни Центральной Азии; В - Гоби; Г - Тар; Д - Сахара; Е - Аравийская пустыня; Ж - Атакама; З - пустыни Калахари; И - Большая пустыня Виктория; К - пустыни Патагонии

Приведенные цифры могут показаться слишком грандиозными, тем не менее перспективы получения солнечной энергии в достаточно больших масштабах в принципе вполне реальны. Однако вследствие низкой интенсивности солнечного излучения для этого потребуются коллекторы весьма внушительных размеров. Например, для производства энергии в объеме выработки современной электростанции необходим коллектор площадью около 3 км². Чтобы перекрыть пустыни земного шара сетью простейших коллекторов соответствующих размеров, потребуется столько металла, сколько не смогут дать все известные ныне месторождения земного шара. Поэтому правильнее поступают те, кто преследует более скромные цели. Районы, богатые солнечной энергией, включают в себя не только пустыни. Ведь на площадях, ограниченных сороковыми параллелями, проживает около 80% населения земного шара, и годовое количество солнечного излучения здесь составляет по крайней мере 1500 ^кВт*ч/_м². Количество солнечной энергии, которое можно получить в этих районах, полезно сравнивать не с годовой производительностью современной электростанции (около 3*10⁹ кВт*ч), а с работой, совершаемой парой волов (она оценивается в 1000 кВт*ч за год), интересно также сопоставить годовую стоимость получения солнечной энергии и затрат на 25000 кг фуража, необходимого для питания этих волов.

В этой книге мы не сможем провести подобные сравнения. Главная цель ее состоит в рассмотрении научных основ получения солнечной энергии для удовлетворения потребностей людей. Но прежде всего мы позволим себе отступление, в котором рассмотрим ряд фундаментальных научных положений и понятий.