История открытия солнечной энергии

Еще в древности люди задумывались о возможностях применения солнечной энергии. Согласно легенде, греческий ученый Архимед сжег неприятельский флот, осадивший его родной город Сиракузы, используя систему зажигательных зеркал. Ранее было известно, что 3000 лет назад султанский дворец в Турции отапливался водой, которая была нагрета солнечной энергией. Но, больше всего, людей интересовали опыты с увеличительными стеклами и зеркалами. Настоящий «солнечный бум» произошел в XVIIIстолетии, когда наукабыла освобождена от пут религиозных суеверий, пошла вперед семимильными шагами. Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Ж. Бюффонестествоиспытатель, создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре, был создан первый водонагреватель шведским ученым Н. Соссюром (деревянный ящик со стеклянной крышкой. Однако, вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалось солнцем до 88 °C. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. И вскоре, в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, которое расплавляло гранит за минуту, а чугун за 3 секунды.

Первые солнечные батареи, которые могли бы преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор — аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, которая печатала по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили похожий аппарат, мощность которого была 15 лошадиных сил.

С каждым годом инсоляторы, которые использовали солнечную энергию, совершенствовались, однако, принцип оставался прежним: солнце — вода — пар. В 1953 году ученые Национального аэрокосмического агентства США создал настоящую солнечную батарею — это устройство, непосредственно преобразующее энергию солнца в электричество.

Солнечная батарея — это бытовой термин, который используется не в научной прессе или разговорной речи. Под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединенных фотоэлементов (фотоэлектрических преобразователей) — полупроводниковых устройств, которые прямо преобразует солнечную энергию в постоянный ток.

В отличие от солнечных коллекторов, которые производят нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Однако, для производства электричества из солнечной энергии используются солнечные коллекторы: собранную тепловую энергию можно использовать для вырабатывания электричества. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие, например, тепловых машин, носят название Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).

Различные устройства, которые позволяют преобразовывать солнечное излучение в электрическую и тепловую энергию, являются объектом исследования гелиоэнергетики. Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается быстрыми темпами в различны направлениях. Солнечные батареи бывают разного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы, до занимающих крыши автомобилей и зданий.

Фотоэлектрический эффект был открыт в 70-х годах 19 века. Это явление, связанное с освобождением электронов жидкости под действием электромагнитного излучения и твердого тела. В 30-х годах глава физиков академик А. Ф. Иоффе говорил об использовании полупроводниковых фотоэлементов в солнечной энергетике. Правда, рекордный КПД не превышал 1%, т. е. в электричество превращалась лишь сотая часть световой энергии. После проведения многолетних экспериментов, удалось создать фотоэлементы с КПД до 10−15%. Потом американцы построили современного типа солнечные батареи. В 1959 году батареи были установлены на одном из первых спутников Земли, и с тех пор, се космические станции оснащаются многометровыми панелями с солнечными батареями. Низкий КПД этих батарей можно было компенсировать большой площадью. Например, покрыть пустыню Сахара фотоэлементами и тогда, будет готова мощнейшая электростанция. Но, кремниевые полупроводники, на основе которых производятся солнечные батареи, стоят достаточно дорого (чем выше КПД, тем дороже материалы). Вследствие этого, доля солнечной энергии в нынешней энергетике невелика.

Доля солнечной энергии в энергетике невелика. Но, в связи с не бесконечным запасом ископаемого топлива, доля энергии, получаемой солнечными батареями неминуемо растет. Росту использования солнечных батарей так же способствуют разработки, направленные на повышение КПД и понижение их стоимости.

Экологическая чистота — является одним из главных достоинств солнечной энергии. Однако, соединения кремния могут наносить небольшой вред окружающей среде, но, по сравнению с последствиями сжигания природного топлива данный ущерб — всего лишь капля в море.

Долговечность — это очень важное и весомое достоинство полупроводниковых солнечных батарей. При этом, уход за ними не требует особо больших знаний. Вследствие этого, солнечные батареи становятся все более популярными в промышленном быту.

Несколько квадратных метров солнечных батарей вполне могут решить все энергетические проблемы небольшой деревушки. Индия, Южная часть США, Испания, Саудовская Аравия используют солнечные электростанции, которые достигают внушительной мощности.

На сегодняшний день уже разрабатываются проекты строительства солнечных электростанций за пределами атмосферы — там, где солнечные лучи не теряют своей энергии. Уловленное на земной орбите излучение предлагается переводить в другой тип энергии — микроволны — и затем уже отправлять на Землю. Современная технология позволяет осуществить такой проект в самом ближайшем будущем, хотя это все звучит достаточно фантастично.