Читаем Юный техник, 2002 № 04 онлайн бесплатно
Юный техник, 2002 № 04
Популярный детский и юношеский журнал.
Прочее / Технические науки / Газеты и журналы / Образование и наукаПопулярный детский и юношеский журнал.
Выходит один раз в месяц.
Издается с сентября 1956 года.
«Солнце светит всем, но вот польза от него бывает разной». С этой неожиданной фразы начал разговор со мной один из инициаторов молодежного проекта «Солнечный круг» Юрий Викторович Локтионов. И пояснил свою мысль.
Солнечная энергетика во многих регионах России по-прежнему остается экзотикой. Между тем многие государства Европы, Азии, даже Африки уже начали извлекать из ее достижений вполне реальную пользу. Знает об этом Юрий Викторович не понаслышке.
Добрый десяток лет прошел с той поры, как бывший инженер-ядерщик заинтересовался проблемами гелиоэнергетики и начал внимательно отслеживать все ее достижения. За прошедшие годы Локтионов побывал в Израиле, ФРГ, Швейцарии, Японии… И всюду интересовался тем, как молодое поколение вкупе со старшими осваивает солнечную энергетику.
— Должен вам сказать, — продолжал он свой рассказ, — за рубежом уже перестали смотреть на альтернативную энергетику как на нечто необычное. Ветрогенераторы, солнечные коллекторы можно увидеть практически повсеместно. Жилой дом, в саду которого не стоит ветряк, а на крыше не видно солнечных панелей, воспринимается как архаика. Люди отправляются в поход, на пикник, и никому на стоянке даже в голову не приходит отправиться в кусты за сушняком для костра. Из рюкзака достают комплект простейшего оборудования, и уже через четверть часа на собранном из него солнечном гриле шипит мясо…
Причем всевозможные проекты, разработки, применения альтернативной энергетики поддерживаются на государственном уровне. Скажем, в той же Германии человек, поставивший на своем участке ветрогенератор, может получить от правительства компенсацию. Так государство благодарит гражданина за проявленную им инициативу.
Насмотревшись всего этого, Локтионов понял, что не стоит дожидаться, пока государство проявит интерес к развитию нетрадиционных областей энергетики.
И со своими коллегами из Института высоких энергий РАН, научно-производственного предприятия «ЭнЭко-Полюс», агентства «Линкор-ПРО» пошел в физико-математическую школу-лабораторию № 444 Москвы.
Что это за школа? Суть отношения к ней тех, кто в ней учится, лучше всего, пожалуй, выражена в таких вот немудреных стихах:
— Ну а если перейти к прозе, — рассказывала преподаватель-методист, она же — научный сотрудник Института новых технологий образования Галина Александровна Гухман, — можно вспомнить, что «школа будущего» была открыта в 1953 году по инициативе члена-корреспондента Академии педагогических наук С.И.Шварцбурда. Здесь впервые в нашей стране начали профессионально готовить «вычислителей-программистов».
За прошедшие годы школа, ее ученики, преподаватели под руководством бессменного директора, заслуженного учителя России Инны Ивановны Крючковой неоднократно побеждали на всевозможных смотрах, конкурсах и олимпиадах. А выпускников школы традиционно с охотой принимают в число своих студентов МГУ, МГТУ, МЭИ и другие ведущие вузы страны. Многие из них потом становятся видными специалистами, известными людьми не только в нашей стране, но и далеко за ее пределами.
И вот школа затеяла новое полезное дело. Ее ученики принимают самое непосредственное и активное участие в молодежном проекте «Солнечный круг». Что же они делают?
Об этом мне рассказали непосредственные участники этой работы, семиклассники Никита Кузнецов и Иван Наумышев.
— У нас в школе работает 21 кружок, так что найти занятие по душе несложно, — говорит Никита. — Лично я с третьего класса стал заниматься электроникой и своего друга Ивана заинтересовал…
Начинают ребята, как это водится, с азов. Зимой выходят на улицу и ставят эксперименты. Положат, например, на снег кусочки белой и черной тканей, а потом смотрят, где быстрее тает снег. Соображают почему. Придумывают и делают действующие модели различных устройств. Возьмем, например, модель гоночного катера с электродвигателем.
Вместо обычной батарейки для питания используется солнечная панель.
Другую солнечную батарею Илья с Иваном приспособили для питания бытовой электроники. Рассчитали примерную потребляемую мощность, затем количество исходных элементов, поставили на выходе делитель, чтобы можно было получать питание начиная от 3 вольт до 12.
Участвуют ребята и в проектах посложнее. Например, когда Ю.В.Локтионов разрабатывал конструкцию гриля «Солнечный», он привлекал мальчишек для выполнения самой сложной части работы — сборки. И теперь они стали асами по этой части. Могут собрать походную солнечную плиту всего за несколько минут, что называется, с закрытыми глазами.
Внешне эта штука похожа на спутниковую телевизионную антенну, но пользоваться ею столь же просто, как обычным электрическим самоваром. Собрал, навел концентратор на солнце, поместил в тубус шампуры с мясом или емкость с водой — и вскоре аппетитно запахнут шашлыки или закипит чай.
Гриль уже выпускают малыми партиями, его можно купить. В разобранном состоянии помещается в небольшую походную сумку. Собирается и разбирается от силы за 10–15 минут, гарантийный срок службы — не менее 5 лет.
Кроме того, НПП «СолТех», с которым сотрудничают ребята и взрослые, выпускает еще целый ряд изделий солнечной энергетики. Например, очень практичен источник питания для подзарядки батарей сотового телефона. Вытащил из кармана небольшую панель, навел на солнце или просто на сильный источник света — и через некоторое время ты снова на связи со всем миром.
«Если бы свет Солнца, не проходя через земную атмосферу, светил непрерывно, в течение суток на квадратный километр земной поверхности мы получили бы 43 200 больших калорий», — писал в своей работе «Жизнь в эфире» К.Э. Циолковский еще в начале XX века.
Правда, добавлял ученый, из-за рассеивания и поглощения земной атмосферой «в среднем до почвы в сутки доходит не более 5000 калорий: на экваторе несколько больше, а к полюсам — меньше. Если же принять в расчет облачность, низкое стояние Солнца, то еще меньше»…
Тем не менее, и этого количества хватит, чтобы произвести огромное количество работы. «Механическая энергия, — писал Циолковский, — соответствующая такому количеству тепла (5000 кал), составит в сутки более 2 000 000 килограмм-метров, то есть она достаточная, чтобы поднять 1000 килограммов на 2 километра высоты».
Большая часть этой энергии превращается в теплоту и только примерно 1/5000 часть преобразуется в потенциальную энергию плодов, зерен, фруктов, овощей, древесины…
Потому Циолковский предлагал строить солнечные электростанции. И рассчитал, что при КПД всего 10 % на каждого жителя Земли, как будто на фараона, бесплатно и круглосуточно работали бы 4000 рабов!
При жизни великого ученого, как известно, никто такими «рабами» не обзавелся. Ну а как обстоят дела сейчас, в начале XXI века? Вот какие факты и цифры привел в одном из своих выступлений генеральный директор научно-производственного объединения «Интерсоларцентр» А.Б. Пинов.
За последние 10 лет в мире накоплен огромный опыт по организации автономного энергоснабжения на основе использования солнечной энергии путем ее преобразования 8 электрическую с помощью фотоэлектрических солнечных панелей, встроенных в крыши домов. Такие установки вырабатывают ныне суммарно 50 млрд. кВт-ч.
Впрочем, несмотря на масштабность этого числа, оно составляет всего лишь 0,5 % от общей выработки электроэнергии на планете. Так что резервы тут огромнейшие! И во всем мире стараются наверстать упущенное.
В ФРГ, например, практический успех первой программы «1000 солнечных крыш» привел к тому, что ныне таких крыш стало уже в 100 раз больше, чем задумывали. Программа «70 000 солнечных крыш» осуществлена в Японии, и уже более 1 млн. крыш оборудовано солнечными элементами в США.
В России, к сожалению, в основном, ограничивались лишь созданием солнечных элементов для спутников и космических станций. Хотя физические принципы преобразования солнечной радиации были разработаны российскими учеными и специалистами уже давно. В них использованы самые современные теоретические модели и новые конструкции с предельным КПД до 9 3 %.
Для решения этой проблемы в 1996 году Министерством науки и технологий РФ был разработан проект по созданию высокоэффективных кремниевых фотопреобразователей и модулей.
Для их производства была создана научно-производственная фирма «Кварк» в Краснодаре. Спустя два года на фирме «Солнечный ветер» в Краснодаре было налажено экспериментально-опытное производство продукции, характеристики которой соответствуют лучшим мировым образцам. Одновременно было начато внедрение этой технологии в ЗАО ОКБ завода «Красное знамя» (г. Рязань). Там под руководством «Интерсоларцентра» разработан проект организации широкомасштабного производства кремния и кремниевых солнечных элементов и модулей общим объемом до 2 МВт в год.
Промышленная реализация этого проекта позволит создать в России мощное производство, способное поставлять качественные изделия даже на мировой рынок. Так что дела вроде бы движутся. Но все-таки темпы освоения солнечной энергии все еще оставляют желать лучшего.
Между тем, как показывают проведенные исследования и опыты, солнечные фотоэлементы могут с успехом работать не только в районе Краснодара или Сочи, но и практически повсеместно. Зимой в тундре такие агрегаты бесполезны. Зато летом солнце там светит круглые сутки, наверстывая упущенное. А вот, скажем, в Сибири или Забайкалье солнечные установки могут работать круглый год с достаточно высокой эффективностью.
Например, в поселке Кольцово, близ Новосибирска, построен уже целый поселок, где половина потребности в тепле и энергии покрывается за счет нашего светила. А в Бурятии, как показали расчеты, даже при КПД всего 12 % удельная выработка электроэнергии составляет 200 кВт на квадратный метр площади солнечных панелей.
Этапы развития фотоэлектричества в России
1958 г.Запущен первый спутник Земли с солнечными батареями.
1964 г.В пустыне Каракумы, недалеко от Ашхабада, в Туркмении, опробована солнечная батарея с концентраторами мощностью 0,25 кВт для подъема воды.
1967 г.Разработан новый класс фотопреобразователей — многопереходные солнечные элементы из кремния.
1970 г.Технологию ионной имплантации начали применять в производстве солнечных элементов.
1970 г.Разработана технология фотопреобразователей с двусторонней чувствительностью.
1975 г.Прошли испытания солнечные батареи площадью 1 м 2и напряжением 32 кВ для ракетного ионно-плазменного двигателя.
1975 г.Разработана технология солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs. В 1981 г. эти элементы были использованы в лунной космической программе.
1980 г.Разработана технология многопереходных солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs.
1984 г.В Ашхабаде установлена фотоэлектрическая система мощностью 10 кВт с пластиковыми параболическими концентраторами.
1985 г.При преобразовании лазерного излучения солнечными элементами достигнут КПД 8 36 %.
1987 г.Разработана технология очистки металлургического кремния для солнечных элементов.
1989 г.В Краснодарском крае построена «солнечная» деревня мощностью 40 кВт.
1989 г.Разработана специальная технология производства солнечных элементов наземного применения.
1993 г.Достигнут КПД в 30 % для каскадных солнечных элементов на основе GaAlAs-GaAs гетероструктуры на германиевой подложке, разработаны новые классы голографических, призматических, параболических концентраторов и оптических систем на их основе.
