Мир на пике – Мир в пике

С одной стороны – такой спектральный класс нашего Солнца позволил ему светить нам вот уже 4,5 миллиарда лет (и позволит светить как минимум еще 3,5 миллиарда). С другой стороны – светимость нашей центральной звезды хоть и обеспечивает нам комфортную температуру на поверхности нашей планеты, в целом сугубо недостаточна для организации какой-либо эффективной солнечной энергетики, основанной на прямом преобразовании лучистой солнечной энергии в электричество или даже тепло.

Ведь солнечная постоянная на земной орбите составляет всего лишь 1 367 Вт/м².

Именно от значения этой солнечной постоянной и пляшут все расчеты, связанные с солнечной энергетикой. Солнечная постоянная – это и есть та «печка», от которой мы должны измерять судьбу и жизнь революционных преобразований в вопросе построения новой энергетики, основанной на прямом преобразовании энергии Солнца во что-либо отличное от красивого женского загара.

Однако цифра в 1 367 Вт/м² солнечной постоянной – это лишь «оценка сверху» для нашего европейского Емели, который хочет использовать данную бесплатную печку для построения коммунизма в рамках отдельного полуострова или хуторского владения на 60 десятин земли.

Natale solum dulce[74]

Поскольку фактические количества лучистой энергии, поступающие на поверхность нашей многострадальной планетки, гораздо скромнее солнечной постоянной, они определяются массой других факторов, главными из которых являются вращение нашей Земли вокруг своей оси, форма планеты (шар) и погода. Вот суровая реальность этой планеты:

^{Рис. 96. График распределения лучистой энергии на планете}

Карт такого плана в Сети вы можете найти массу но, как вы видите, реальность езды Емели на «солнечной печке» гораздо скромнее, нежели это нам представляется, исходя из расчетов, проведенных для расположения кочегаров и солнечной печки на околоземной орбите.

Солнечная печка в реальности выдает максимум 350 Вт/м² в наилучших условиях какой-нибудь безоблачной Сахары.

Уже в условиях «солнечной Аджарии», в районе курортного Батуми, солнечный паровоз сможет выдать нам и того меньше – всего лишь 170 Вт/м².

Ну а пытаться покатать нашего Емелю на самобеглой печке где-нибудь в районе Москвы или Берлина можно только, если в печку поставить баллон с тоталитарным газом. На уровне мощности солнечной энергии в 120 Вт/м², по-другому печь не поедет. Ну, или Емеле, пожалуй, придется слезть с печи и самому впрягаться в свое транспортное средство.

«Ну и что! – скажут мне адепты солнечной печи. – Мы что-нибудь придумаем! Поставим концентраторы, например! Чтобы у нас было, как на орбите Меркурия, не меньше чем 10 000 Вт/м²! Тогда уж точно печка поедет!»

Да, можно и так, отвечу я.

Можно поставить концентраторы и даже запустить какой-нибудь паровой цикл на воде или на фреоне. Можно воткнуть в центре концентратора и фотоэлемент, но тут главное – не переусердствовать с нагревом, ибо все, что мы не превратим в электричество, нам надо посчитать в тепло. И наша печка просто может сгореть от перегрева. По-честному, чисто за счет Первого начала термодинамики – все, что не забрали, надо излучить вокруг, в окружающую среду в виде тепла. Не можешь излучить тепло – нагревайся. Отсюда следует, что если фотоэлемент и не сгорит, то достаточно неслабо уменьшит свою полезную мощность.

Реальная температура фотоэлемента определяется просто – при заданных температуре воздуха, концентрируемом солнечном потоке и еще парочке параметров.

Например, если вдесятеро поднять солнечный поток на фотоэлемент, то он при температуре воздуха в 45 ℃ вполне спокойно нагревается свыше 300 ℃. Впрочем, даже для нормального потока и для обычной температуры воздуха в Сахаре в 45 ℃ температура фотопанельки уже резво скачет к 75 ℃.

Для понимания того, что такое 300 ℃ или даже 70 ℃ для современных фотоэлементов, вот вам небольшой скучный график:

^{Рис. 97. График соотношения эффективности фотоэлемента и температуры нагрева}

Как всегда, эти печальные ученые мешают Емеле поехать на бесплатной печке.

В итоге получается печаль вселенского масштаба – там, где солнца мало (например в солнечной Аджарии), фотоэлементы нельзя сказать что сильно эффективны, а там где солнца много, как в той же Сахаре, почему-то еще и жарко, и фотоэлемент перегревается. К чему бы это?

«Мы будем охлаждать фотоэлемент!» Да не вопрос. Можно воздухом, что неэффективно, можно водой (особенно в Сахаре!). Короче, невесело по-любому.

«Ладно, тогда поставим зеркала, а греть будем какую-нибудь бочку с фреоном!» Можно и так, получается даже очень красиво – солнечные электростанции с зеркалами в южной Испании выглядят как громадные искрящиеся цветки. Правда, почему-то такая технология оказывается совсем не дешевле, чем для случая использования фотоэлементов.

^{Рис. 98. График фактических стоимостей энергии, получаемой различным способом}