Солнечная энергия для человека

Раздел: Наука

Мир, в котором из ничего не бывает ничего.

Артур Хью Клуф (1819—1861)

Солнечную энергию часто считают беспредельной, поскольку она почти повсюду без всякого участия с нашей стороны льется мощными потоками. Многих удивляет, почему же этот огромный источник не обеспечивает нас в изобилии дешевой энергией. Но она, как и энергия других источников, недешева. Любое получение энергии связано с материальными затратами, а затраты на получение солнечной энергии особенно велики. В этой главе мы коротко остановимся на некоторых особенностях солнечной энергии, обусловливающих ее дороговизну, и оценим перспективы ее использования.

Интенсивность солнечной радиации

Одним из препятствий широкому использованию солнечной энергии является низкая интенсивность солнечной радиации даже при наилучших атмосферных условиях.

В гл. 2 мы узнали, как подсчитать интенсивность солнечного излучения в любой точке земного шара для любого времени суток и года. Около полудня в тропиках на освещенной поверхности коллектора она достигает 1 кВт/м2. Но и в этих идеальных условиях многие из рассмотренных нами устройств, предназначенных для преобразования солнечной энергии в другие более удобные для практического применения виды, дают на выходе не больше 150 Вт/м2. Ежедневное же количество получаемой таким способом энергии не превышает 0,5—1 кВт-ч/м2. Необходимость использования коллекторов огромных размеров делает такой способ преобразования неэкономичным и ограничивает его возможности удовлетворением относительно небольших энергетических потребностей местного значения. В наиболее развитых странах ежедневная энергетическая потребность на душу населения составляет около 50 кВт-ч (см. гл. 1). Следовательно, чтобы обеспечить энергией город с населением порядка 100 тыс. человек даже при наиболее эффективном методе преобразования солнечной энергии, нужны коллекторы общей площадью около 5 км2. Подобных размеров установка заняла бы всю территорию такого города (даже при плотности застройки, соответствующей прежним образцам градостроительства). При размещении коллекторов вокруг такого города они образовали бы кольцо шириной в сотни метров. Во многих частях земного шара с менее благоприятными климатическими условиями скорость потребления энергии превышает скорость поступления солнечной энергии на всей земной поверхности, включая и необитаемые районы.

Предлагались проекты размещения солнечных коллекторов вдоль шоссейных и железных дорог, то есть там, где они не помешают использованию солнечной радиации в сельском хозяйстве. Казалось бы, в развитых странах таким путем можно получить значительные количества энергии. Возможно, подобные проекты и будут когда-нибудь реализованы, однако в обозримом будущем энергию в этих странах будут по-прежнему получать другими методами, без использования солнечного излучения.

В развивающихся же аграрных странах с их более скромными энергетическими запросами перспективы применения солнечной энергии весьма разнообразны. Солнечные энергоустановки в таких условиях могли бы успешно конкурировать с источниками энергии других типов. Известен опыт успешного применения здесь солнечных водонагревателей. Как мы видели в гл. 5, даже в развитых странах солнечный водонагреватель мог бы полностью обеспечить горячей водой обычный жилой дом, причем необходимая площадь коллектора оказывается несколько меньше крыши дома. Миллионы подобных устройств успешно прошли испытания.

Существует бесчисленное множество хозяйственных задач местного значения, которые из-за отсутствия энергии в настоящее время либо совсем не решаются, либо выполняются с применением ручного труда или с помощью животных; их осуществление оказалось бы вполне возможным с использованием солнечных установок, имеющих коллекторы площадью несколько десятков или сотен квадратных метров. Внедрение таких устройств имеет важное экономическое значение, хотя, как любое новое дело, и сопряжено с определенными трудностями, которые мы кратко рассмотрим несколько позже. Основное препятствие к широкому практическому использованию солнечной энергии заключается в значительных сезонных и суточных колебаниях интенсивности солнечной радиации и отсутствие ее в течение большей части суток.

Непостоянство интенсивности солнечной радиации относится к числу важнейших ее особенностей, с которыми приходится считаться при использовании солнечной энергии. С помощью рассмотренных в гл. 2 методов мы можем оценить дневные изменения интенсивности солнечного излучения в условиях безоблачной атмосферы и выделить период времени, на протяжении которого солнечная радиация практически отсутствует. В ряде случаев некоторые колебания выходной мощности солнечной установки вполне допустимы. Например, при использовании преобразователей солнечной энергии для орошения засушливых районов непостоянство солнечной радиации не только не является серьезным препятствием к применению подобных установок, но и достаточно хорошо согласуется с запросами потребителя. Но такие случаи редки, гораздо чаще требуется обеспечить постоянный уровень выходной мощности установки. Тогда избыточную энергию, поступающую днем, необходимо аккумулировать, чтобы затем использовать ее в ночное время. Некоторые примеры такого построения систем с солнечными установками мы уже рассматривали в гл. 5.

Как мы видели в гл. 2, большая продолжительность летнего дня в более высоких широтах в известной мере компенсирует меньшую высоту солнца.

поэтому в значительной полосе широт дневная инсоляция в летнее время практически постоянна. Однако, как показывают измерения интенсивности солнечного излучения, летом возможны существенные колебания инсоляции даже на одной и той же широте. Это обусловлено облачностью. Известно, что в определенных областях земного шара, в частности в обширных прибрежных районах, облачность значительно выше, чем в глубине континента, а ее влияние трудно учесть вследствие различных размеров облаков и изменения протяженности облачности в целом. Фотографии, полученные с искусственных спутников Земли, показывают, что образование облачности в любом районе земного шара связано с движением воздушных масс. В любой конкретной местности изменения солнечной радиации зависят от мельчайших структурных деталей облачности, которые в лучшем случае можно предсказать лишь на основе статистической обработки результатов многолетних наблюдений.

Исследование абсорбционных характеристик воды (см.  77) приводит к выводу, что облака поглощают лишь незначительную долю солнечной энергии (в противном случае, они испарились бы). Часть падающей на облако радиации рассеивается содержащимися в нем мельчайшими капельками воды, остальная— проходит через облако. Радиация частично рассеивается вверх, но в основном рассеянное излучение вместе с прямой составляющей достигает нижних слоев облака. Таким образом, общее количество попадающей на землю радиации зависит от толщины облака и размера водяных капель и может составлять от 10 до 100% падающей энергии. По этой причине невозможно установить простую зависимость инсоляции от степени облачности с (если оценивать ее по наблюдениям с Земли). Многие попытки определить связь между уровнем инсоляции и особенностями погоды в той или иной местности оказались почти безуспешными. На  82 показана простейшая приблизительная зависимость инсоляции от степени облачности (под с понимается часть занятого облаками небесного пространства без учета толщины и типа облачности).

С увеличением облачности инсоляция уменьшается незначительно, поскольку основная часть рассеянной радиации вместе с прямой составляющей солнечного излучения достигает поверхности земли. Даже в условиях сплошной облачности на землю в среднем передается около половины падающей солнечной радиации.

Тем не менее облачность оказывает довольно существенное влияние. Даже среднемесячное значение инсоляции иногда существенно изменяется от одного района к другому и от года к году. кривые наибольших и наименьших месячных значений инсоляции для тропических районов (широта 23,5°). Поскольку колебания интенсивности солнечной радиации достигают 50% и более, прежде чем приступить к созданию какой-либо системы с использованием солнечной энергии, в районе установки предполагаемой системы необходимо провести тщательные и продолжительные наблюдения климатических условий. Такие наблюдения должны предшествовать широкому внедрению в практику солнечных энергетических систем.

Требования к аккумуляторам энергии

Возможность аккумулирования энергии следует предусматривать во всех случаях, когда солнечная энергосистема предназначается для обогрева или охлаждения зданий, непрерывного энергоснабжения потребителей и т. д., то есть всегда, когда изменение нагрузки не совпадает с изменением режима работы источника. В районах пустынь, где большую часть года безоблачно, достаточно было бы обеспечить накопление лишь суточного запаса энергии, поскольку погодные условия изо дня в день почти не изменяются. Такой сравнительно малой емкости аккумулятор выполняет роль источника энергии, когда (ночью) действие естественного источника прекращается. Большинство солнечных систем для обогрева зданий играет вспомогательную роль в общей системе отопления, поскольку неэкономично строить солнечную отопительную систему из расчета на самые пасмурные и холодные дни года, так как большую часть года такая энергосистема работала бы со значительной недогрузкой. Очевидно, что в таком случае необходимо выяснить соотношение между колебаниями интенсивности солнечной радиации, изменениями нагрузки, емкостью вспомогательного источника и количеством запасаемой энергии. Основой для расчета такой системы должны служить экономические соображения, и здесь мы не можем заниматься ее глубоким исследованием. Показатели подобной системы зависят от различных факторов, в том числе от местной стоимости топлива, материала, установки и затрат труда, изменения температуры окружающего воздуха и силы ветра на протяжении года. Некоторые из них, например инсоляцию для данной местности, невозможно предсказать точно, в этом случае пользуются данными ее регистрации за продолжительный период времени. При расчете системы следует исходить не столько из отдельных наибольших и наименьших зарегистрированных значений инсоляции, сколько из продолжительности периодов максимальной и минимальной инсоляций. На  84 показан один из способов представления данных, полученных при регистрации интенсивности солнечной радиации для указанных целей. По горизонтальной оси здесь отложена продолжительность периодов в данном сезоне на определенной широте, в течение которых наблюдаемый уровень радиации был ниже некоторого выбранного значения.

Располагая такими данными, разработчики могут соответственно подбирать различные элементы системы: преобразователь энергии, вспомогательную установку (если такая существует) и аккумулирующее устройство. В главах 4 и 5 мы кратко рассмотрели некоторые методы аккумулирования тепловой энергии Как мы знаем, ее, в частности, можно запасать путем увеличения внутренней энергии соответствующих веществ. Известно, что для изменения физического состояния вещества, например для его плавления, при определенной температуре необходимо затратить энергию (часто значительную). Такой метод позволяет накапливать примерно до 50 Вт«ч энергии на 1 кг вещества. Тем не менее для накопления даже довольно скромного количества энергии порядка МВт«ч требуются хранилища (для содержания материала) больших размеров. Кроме того, в такой системе происходят непрерывные потери энергии, обусловленные рассеянием тепла в окружающее пространство.

Если на выходе преобразователя мы получаем механическую энергию, то ее наиболее удобно использовать для приведения в действие насосов (аккумулирование энергии с помощью насосов), которые перекачивают воду в резервуар, расположенный на определенной высоте. При необходимости эти запасы воды можно использовать для орошения земли или вращения турбин, в последнем случае мы вновь получаем механическую работу. Некоторые из таких систем «насосного аккумулирования» уже использовались з различных странах с целью накопления избыточной энергии, в частности от ядерных реакторов. Эти реакторы, как и многие другие устройства, работают наиболее эффективно при номинальной нагрузке. При падении нагрузки, например ночью, экономично запасать энергию, чтобы затем при повышении нагрузки воспользоваться этими запасами. Водные аккумуляторы солнечной энергии оказываются очень громоздкими, поскольку вода занимает значительный объем. При подъеме 1 кг воды на высоту 1 м необходимо совершить работу по преодолению земного тяготения, которая равна примерно 10 Дж, а чтобы поднять 3600 кг воды на высоту 100 м величина такой работы составляет кВт-ч. Эту энергию мы вновь получаем при понижении уровня воды. Конечно, подобный процесс нельзя считать полностью обратимым: накачка воды и вращение водяной турбины (в принципе и то и другое может осуществлять одна машина) нельзя отнести к разряду идеальных процессов; кроме того, следует учитывать потери на трение в трубопроводе, по которому подается вода. Тем не менее можно рассчитывать на восстановление до 60% от первоначально затраченной энергии, однако в некоторых случаях, например при достаточно длинном трубопроводе, процент восстановления оказывается значительно ниже. Подобные аккумуляторы весьма дороги л размещают их, как правило, на возвышенностях. Как и во всех аналогичных резервуарах, вода в них непрерывно испаряется. В условиях сухого климата, особенно при наличии ветра, под влиянием которого пары воды перемещаются над водной поверхностью резервуара, потери на испарение ежедневно приводят к снижению уровня воды на несколько сантиметров. Это означает, что при подъеме воды на высоту 100 м ежедневно на каждые 100 м2 поверхности резервуара 1 кВт-ч работы затрачивается только на то, чтобы скомпенсировать потери на испарение. Напрашивается вопрос, экономично ли использование воды в данном случае только для аккумулирования энергии.

Метод насосного аккумулирования энергии применим также и в солнечных установках с электрическим выходом. Здесь на выходе преобразователя можно подключить электромеханическую систему двигатель— насос, которые в обратном режиме выполняют функции турбины и генератора соответственно. Несмотря на весьма высокую стоимость подобной системы, последняя вполне сопоставима с другими методами накопления электрической энергии. Наиболее целесообразно, конечно, непосредственное накопление энергии в электрохимических элементах, или аккумуляторах, в которых эта энергия затрачивается на разделение зарядов в химической системе, а при их воссоединении мы вновь ее получаем. Такие аккумуляторы имеют высокий к. п. д., но по своим размерам и стоимости они совершенно непригодны для накопления энергии в количествах, превышающих несколько кВт*ч. Так, в Англии автомобильные аккумуляторные батареи емкостью около 0,5 кВт-ч стоят около 20 долл.

Исследовался также метод накопления энергии, основанный на электролизе воды с образованием водорода и кислорода. Полученные газы можно собирать и хранить продолжительное время, запасенную в них энергию мы можем затем получить при их соединении, например в топливном элементе. В последнем случае восстанавливается до 60% энергии, затраченной при электролизе. Этот способ позволяет избежать потерь энергии в процессе ее хранения. Говоря о процессе разложения воды, мы отмечали, что для разделения одной молекулы воды на ее элементы с высвобождением одной молекулы водорода необходимо около 3 эВ энергии. Поскольку 1 кВт-ч соответствует 2,3-1025 эВ, то в идеальном случае такая электролитическая система должна производить около 7,5-1024 молекул водорода на 1 кВт-ч затраченной энергии. При обычной температуре это количество водорода занимает объем около 0,25 м3. Следовательно, хранить водород в количествах, соответствующих нескольким МВт-ч энергии, необходим^ в условиях высокого давления. При таком способе аккумулирования энергии важным фактором является стоимость компрессора и сосудов для хранения газа. Собирать кислород, полученный в процессе электролиза, вряд ли целесообразно, так как при необходимости его можно получить из воздуха.

В гл. 4 мы рассматривали устройство типа солнечного бассейна, в котором и получение и накопление энергии осуществляется с применением одной и той же жидкости. Такая система представляет интерес для крупномасштабного производства энергии, поскольку стоимость единицы получаемой таким путем энергии почти не зависит от размеров устройства. Но это устройство относится к разряду низкотемпературных систем, к. п. д. которых ограничен законами термодинамики.

Рассмотренные в книге фотобиологические системы относятся к числу таких систем, в которых процессы преобразования и накопления энергии происходят одновременно. Высушенные водоросли можно долго хранить и сжигать по мере надобности. Для получения горючего газа, который допускает длительное хранение, все органическое вещество можно подвергнуть разложению с помощью бактерий. Однако не следует думать, что здесь не требуются материальные затраты— и для высушивания на солнце, и для бактериологической обработки вещества необходимы существенные капиталовложения. Наибольший интерес при исследовании фотобиологических систем представляет изучение возможностей краткосрочного хранения энергии, которые открываются в период роста растений. Уборку урожая водорослей можно производить непрерывно, в соответствии с ежедневным приростом их массы. Ежедневная скорость прироста высших растений, определяемая приростом массы их ствола, весьма незначительна. В этих случаях возникают кратковременные значительные расхождения между приростом запасов органического вещества и его потреблением, но долговременная устойчивость системы в целом при этом не нарушается.

Экономические факторы

Первая солнечная опреснительная установка, созданная Вильсоном, начала действовать в Чили в 1883 г., а через год Бернье и Муило предложили конструкцию парового двигателя с использованием солнечной энергии. И только спустя почти столетие широкое распространение получили простейшие солнечные водонагревательиые устройства. Другие системы, основанные на использовании солнечной энергии, до сих пор находятся в стадии экспериментальных исследований. Причины столь затянувшегося процесса изучения вопросов, связанных с применением солнечной энергии, нетрудно установить. Отмеченный период ознаменовался интенсивной разработкой и эксплуатацией ископаемых видов топлива, что в большинстве случаев оказывалось экономически выгодным. Теперь же начинают появляться многочисленные сообщения, свидетельствующие о конкурентоспособности солнечных энергетических систем.

Мы уже познакомились с методами оценки эффективности различных систем. Все они экспериментально хорошо проверены, поэтому приведенные оценки их качества достаточно надежны. Более того, аргументы против использования преобразователей солнечной энергии вследствие низкого к. п. д последних никогда нельзя было считать убедительными. Некоторые из рассмотренных нами устройств до последнего времени невозможно было создать, тогда как простые тепловые машины с плоскими коллекторами могли бы использоваться в течение всего почти столетнего периода со времени появления первой солнечной установки. Во всяком случае, по к. п. д. они почти не уступали бы тепловым машинам, работающим на других источниках энергии (хотя их к. п. д. был бы, безусловно, низким). В табл. 5 приведены значения к. п. д. различных типов систем с использованием солнечной энергии, которые вполне достижимы в настоящее время.

Столь значительное различие в к. п. д. систем совсем не означает, что какой-то определенной системе можно отдать предпочтение перед другими. Поскольку сама по себе солнечная энергия ничего не стоит, то основным критерием при выборе той или иной системы оказывается стоимость ее конструкции, которая для перечисленных систем изменяется в широких пределах. Здесь невозможно провести точное сопоставление этих систем, поскольку показатели каждой из них зависят от целого ряда факторов, а также условий эксплуатации системы и ее предполагаемого местоположения. Стоимость единицы производимой энергии для каждой из систем также широко варьируется, поэтому относительная стоимость этих устройств будет зависеть от спроса на энергию.

Повышение к. п. д. преобразователей солнечной энергии в большинстве случаев связано с применением концентрирующих зеркал и соответствующих систем слежения за кажущимся движением солнца. Стоимость зеркал и приспособлений для управления ими может достигать 3U общей стоимости установки. Эффективная система с использованием зеркал для крупномасштабного производства энергии должна стоить не менее 200 долл. в пересчете на квадратный метр поверхности коллектора диаметром до нескольких метров. С увеличением диаметра коллектора вдвое его стоимость, приведенная к единице поверхности, возрастает на 30%.

Эти особенности систем с концентраторами значительно ухудшают их экономические показатели, поскольку стоимость плоского коллектора независимо от его размеров составляет лишь десятую часть от стоимости концентратора. Разница в стоимости обусловлена особыми требованиями в отношении точности геометрической формы концентратора, точности управления его положением и его устойчивости против ветра. В результате при использовании концентраторов стоимость устройств возрастает быстрее, чем tix к. п. д. Поэтому производство энергии с помощью устройства с плоским коллектором обходится дешевле. Таким образом, стоимость системы тепловая машина— плоский коллектор оказывается наименьшей из всех перечисленных систем. Однако и производительность ее тоже чрезвычайно низка. Стоимость единицы мощности (основной экономический показатель энергосистем) для системы с плоским коллектором составляет около 1000 долл. на 1 кВт.

Оценить сколько-нибудь надежно стоимости термоионной, термоэлектрической и фотоэлектрической систем пока еще невозможно. Объем затрат на создание фотоэлектрической установки для космических: аппаратов составляет 100—400 тыс. долл. н.а 1 кВт мощности. Эта цифра едва ли показательна для крупномасштабного производства энергии, где требования к параметрам системы, безусловно, значительно ниже. Более того, разработка тонкопленочных и поликристаллических фотоэлементов может привести к снижению стоимости фотоэлектрических систем в сотни раз. Устройства на основе термоэлектрических генераторов с плоскими коллекторами также представляются довольно перспективными. С созданием низкотемпературных термоэлектрических элементов, лишь немного превосходящих по своим характеристикам ныне существующие, эти устройства могут оказаться вполне конкурентоспособными. Многие полагают, что в обозримом будущем такие системы, вероятно, будут наиболее подходящими для крупномасштабного использования солнечной энергии.

Среднюю стоимость систем преобразования солнечной энергии можно оценить лишь в результате их исчерпывающего экономического анализа, что выходит за рамки нашей книги. Однако некоторые факторы, определяющие стоимость, мы все же рассмотрим. 'В качестве критерия оценки различных методов производства энергии обычно выбирается отношение стоимости производства энергии для исследуемой системы к аналогичному показателю для некоторой считающейся наиболее эффективной системы. ТруДйость состоит в том, что в различных странах наиболее дешевыми могут оказаться разные системы. В одной — это генератор электроэнергии, приводимый в действие дизелем, в другой — турбогенератор, работающий за счет пара, получаемого при сжигании угля, в третьей— гидрогенератор. Более того, стоимость солнечной энергосистемы изменяется в широких пределах о г района к району в зависимости от стоимости материалов, затрат труда и т. д.

Мы уже говорили, что материальные затраты на создание системы тепловая машина — плоский коллектор оцениваются величиной 1000 долл. на 1 кВт мощности. Изготовление такого рода установок не представляет большой технической сложности. На всем земном шаре почти нет таких мест, где нельзя было бы их сделать, но вряд ли где-нибудь они окажутся дешевле. На первый взгляд может показаться, что из-за высокой стоимости энергии такие системы будут неконкурентоспособными по сравнению с тепловыми или гидроэлектростанциями, для которых этог показатель составляет около 100 долл. на 1 кВт мощности. Даже мелкие дизельные электроустановки не требуют больших затрат. Однако если учесть стоимость топлива, то приведенное сравнение будет не столь разительным. Не исключено, что низкотемпературные солнечные энергоустановки как по стоимости технического обслуживания, так и по сроку службы окажутся вне конкуренции. По этим показателям провести сопоставление еще труднее. Подсчитано, что с помощью небольших низкотемпературных солнечных установок можно было бы получать электроэнергию стоимостью порядка 0,05—0,1 долл. за 1 кВт-ч. Аналогичная цифра для коллектора типа солнечный бассейн составляет около 0,02 долл. за 1 кВт«ч. Для некоторых фотобиологических систем эта величина имеет тот же порядок. При крупномасштабном производстве электроэнергии в высокоразвитых странах стоимость 1 кВт*ч энергии в 2—10 раз ниже. Но вследствие больших затрат на передачу электроэнергии она возрастает в месте потребления по крайней мере в три раза. В менее развитых странах электроэнергия обходится значительно дороже, особенно в районах, где отсутствуют месторождения ископаемых видов топлива. Например, Пакистан вынужден почти полностью импортировать каменный уголь из-за границы. В порту стоимость тонны угля составляет 15 долл., а при транспортировке во внутренние районы страны она достигает 100 долл. и выше. При сжигании этого топлива с целью производства электроэнергии с к. п. д. 25% стоимость последней только из-за транспортировки угля возрастает на 0,03 долл. за 1 кВт-ч. Подобная ситуация наблюдается во многих странах.

Поэтому прежде чем рекомендовать применение энергосистемы того или иного типа, необходимо тщательно исследовать все их возможности с учетом местных условий. Многочисленные исследования последних лет свидетельствуют о том, что солнечные энергосистемы сейчас вполне могут составить конкуренцию другим системам в различных частях земного шара.

Другие типы солнечных установок (отличные от преобразователей солнечной энергии в электрическую) находятся в более благоприятном положении. К их числу относятся, например, солнечные водонагреватели, получившие очень широкое распространение в Японии и Израиле, не имеющих собственных месторождений топлива, а также в некоторых районах США и СССР. На обширных территориях Азии, Южной Америки й Африки они еще не используются, хотя здесь их возможности трудно переоценить. Себестоимость простейшего солнечного водонагревателя, включая необходимые резервуары для хранения тепловой энергии, составляет около 15 долл. на 1 м2 поверхности коллектора. На юге США стоимость несколько более совершенного и эффективного водонагревателя достигает 50 долл. на 1 м2 поверхности. В большинстве районов мира простые солнечные системы, способные обеспечить основные бытовые нужды, оказываются не дороже 200 долл. Почти повсюду на земном шаре в полосе между сороковыми широтами можно было бы обеспечить горячее водоснабжение вдвое дешевле, чем при нагревании воды с помощью электричества, газа или твердого топлива. Благодаря эко« номии природного топлива стоимость солнечного водонагревателя окупается примерно через 5 лет.

В обозримом будущем широкое применение должны найти солнечные установки для сушки рыбы, фруктов и овощей, особенно в местах их выращивания,. Стоимость их сначала составляла 10—15 долл. на 1 м2 поверхности коллектора и окупалась при сушке урожая абрикосов или кофе уже через 2—3 года. Стоимость системы для опреснения воды в настоящее время составляет примерно столько же, в дальнейшем с применением пластмассовых пленочных покрытий она, по-видимому, существенно снизится. В настоящее время 1 т питьевой воды, полученной таким способом, стоит около 0,5 долл. Это более чем в 10 раз превышает цену на воду в различных странах с влажным климатом (например, в Англии, где вода дешевая), тем не менее для многих других стран такая стоимость вполне приемлема. К достоинствам опреснительных и сушильных солнечных установок следует отнести то, что их можно изготавливать из самых обычных материалов, любых размеров и там, где они требуются. Существенным преимуществом этих установок является также отсутствие каких-либо специальных требований к их совместной работе, возможность централизованного управления и перераспределения нагрузки между ними.

Во многих странах проводились различные работы по оценке производительности солнечных кухонь при минимальных затратах. Установлено, что подходящее для семьи устройство с максимальной мощностью порядка 0,25 -f- 0,5 кВт в настоящее время не может быть дешевле 10 долл. По-видимому, это небольшая цена для устройства с десятилетним сроком службы, однако попытки расширить область применения солнечных кухонь заметного успеха не имели.

Рассмотренные здесь примеры практического применения солнечной энергии являются одним из направлений исследований в гелиотехнике. В последнее время неосторожные (порой слишком смелые) высказывания сторонников широкого использования солнечной энергии уступили место обоснованному технико- экономическому анализу этой проблемы. Это свидетельствует о том, что солнечным энергосистемам уже сейчас отводится определенное место в экономике стран и намечаются пути их дальнейшего совершенствования.

Место солнечных энергосистем в общем энергетическом балансе

Мы видели, что солнечные энергоустановки не могут конкурировать с современными системами для крупномасштабного производства электроэнергии. Однако в гл. 1 мы отмечали, что создание сверхмощных энергосистем не ставит перед человечеством серьезных проблем, кроме дороговизны энергии. Гораздо большее внимание следует уделить удовлетворению относительно небольших энергетических потребностей в удаленных и разобщенных областях земного шара. Именно в таких районах солнечные энергосистемы могли бы оказать решающее влияние на развитие экономики. В предыдущем разделе мы видели, что с помощью низкотемпературных солнечных энергосистем можно относительно недорого получать электроэнергию в небольших количествах. Основной их недостаток связан с высокими капитальными затратами, которые составляют до 1000 долл. на 1 кВт мощности. Это обусловлено очень низкой интенсивностью солнечной радиации и недостаточно совершенной конструкцией систем. Однако это не означает, что такие системы не могут найти применения. В сельских местностях могут широко использоваться такие устройства, как ветряные насосы и генераторы, которые по своим характеристикам не уступают солнечным энергоустановкам, просты в обслуживании и не требуют затрат топлива. Такие установки, вероятно, уже сейчас могут найти применение в США, СССР, на юге Европы, в Южной Африке, Японии, Австралии и Новой Зеландии. Конечно, спрос на подобные системы в этих областях различен, однако на юге Европы и в Австралии с ними связывают определенные перспективы развития местной промышленности. Еще более широкие перспективы открываются с применением таких устройств, как солнечные водонагреватели, опреснители, сушилки и т. п. Их внедрение могло бы принести большую пользу не только в уже упомянутых странах, но и в Южной Америке, странах бассейна Карибского моря, в Африке, Индии и Юго-Восточной Азии. Можно ожидать, что существующий здесь спрос на них будет постоянно расширяться. Это позволило бы повысить производительность труда в названных странах и способствовало бы их экономическому развитию.

Одной из важнейших задач развития человечества является обеспечение стабильности сельского населения в развивающихся странах. Во многих районах с чрезвычайно большими энергетическими потребностями капиталовложения могли бы оказаться наиболее эффективными, но именно там население испытывает огромные трудности. Крестьяне, которым едва хватает на пропитание, не станут тратить на энергоустановку по 1000 долл. на 1 кВт*ч, даже если через какое-то время ее эксплуатация окажется дешевле, чем использование труда животных. Контингент людей, чей годовой доход не превышает 100 долл., составляет около миллиарда человек. И они не могут позволить себе ничего лишнего. Более того, они не пойдут на то, чтобы даже немного отступить от привычного для них жизненного уклада, который формировался и-с предками на протяжении столетий. Они,- возможно, пошли бы на это, если им убедительно показать, что такие действия экономически оправданы, что капиталовложения не только не пропадут, но и окупятся. Однако в этих странах все направлено на сохранение существующего уклада жизни: и порядок землевладения, и правила наследования, и множество обычаев социального и религиозного характера. Таким образом, данная проблема перестает быть чисто технической и экономической, она становится социальной.

Попытка ее решения, вероятно, должна учитывать и наши рекомендации. Использование солнечной энергии предлагает по крайней мере разумный путь реализации финансовой и технической помощи, оказываемой слаборазвитым странам, и является предметом пристального внимания. По-видимому, этим странам целесообразнее развивать местные отрасли солнечной энергетики. Это позволило бы обеспечить заказами государственные промышленные предприятия и помочь освоению установок в отдаленных районах. Некоторые разновидности таких установок- могут быть сборными. В качестве первого шага можно рекомендовать введение обязательного использования преобразователей солнечной энергии, солнечных водонагревателей, кондиционеров и т. п. в больницах, школах, фабриках, государственных учреждениях, а в более развитых районах — во всех зданиях.

Разумеется, без дальнейшего исследования возможностей применения солнечной энергии высказанные здесь мысли останутся не больше чем размышлениями. Настоящая работа может послужить основой для технической оценки простых преобразователей солнечной энергии, которая должна стать существенной частью исследований. Благодаря этому можно добиться прогресса, в котором заинтересованы все—ведь солнце светит для всех одинаково.