Комплекс жизнеобеспечения на солнечной энергии

Комплекс жизнеобеспечения на солнечной
энергии
А. Ф. ИСАЧКИН
Энергетика и промышленность России
26.01.07
На земном шаре имеется 17 млн км2 поверхности суши, на
которую падают солнечные лучи тепловой мощностью около 1
кВт/м2, это пустыни, в основном никем не занятые. Пустыни
занимают более 10% от всей суши. Люди не живут в этих местах
из-за экстремальных природных условий, днем жара 50-60оС,
ночью сильный холод.
Человек уже давно использует солнечную энергию, но в
основном только для отопления и горячего водоснабжения.
Научно-исследовательское отделение голландской фирмы
«Филипс» – одна из многих научных организаций,
занимающихся изучением и испытанием методов аккумуляции
солнечной энергии в практических условиях. Фирмой построен
экспериментальный односемейный дом сельского типа с
солнечным отоплением. Энергетические потребности семьи из
четырех человек моделируются посредством двух мини-ЭВМ,
которые регулируют отопительную систему и одновременно
обрабатывают полученные данные. Для освещения,
приготовления пищи, привода насосов и других нужд
используется электрическая энергия, а энергию для
поддержания в комнатах температуры 24оС дает Солнце.
Солнечные коллекторы расположены на южной стороне крыши
под углом 48о. На общей площади 20 м2 помещены 18
модулей, которые содержат 18 вакуумных стеклянных трубок и
сборную трубу. 324 таких коллектора передают солнечную
энергию воде, температура которой достигает 95оС. Тепловой
аккумулятор, находящийся в подвале, состоит из трех баков,
теплового насоса и подземного теплообменника.
Такая гелиосистема позволяет экономить энергию на обогрев
жилых помещений, но она не может полностью обеспечить
живущих необходимой для жизни энергией, то есть
необходима еще электроэнергия или какое-либо топливо.
А разве трудно получить альтернативную электроэнергию за
счет солнечных лучей?
Получить альтернативную электроэнергию можно при помощи
новых технологий. В частности, «Силовая установка на
солнечной энергии» по патенту RU № 2184873 может
вырабатывать электроэнергию в количестве более 15% от
тепловой энергии, отобранной солнечными коллекторами у
солнечных лучей. В «Солнечном коллекторе» (см. патент RU
№ 2183801), на который падают солнечные лучи, до 90% тепла
солнечных лучей отбирается теплоносителем, проходящим в
«Солнечном коллекторе», это тепло затем переносится в
«Силовую установку», где более 15% отобранной энергии
турбиной преобразовываются в электричество.
В результате в местах, где солнечные лучи падают с тепловой
мощностью около 1 кВт/м2, что бывает в течение 6-8 часов, да
еще 6-8 часов, когда лучи падают с мощностью около 0,5
кВт/м2, можно получить около 10 кВт-часов тепловой энергии
с 1 м2 поверхности, или в среднем в течение суток 0,42 кВт/м2.
Поэтому с каждого квадратного метра поверхности, на которую
падают солнечные лучи, можно получить 0,9х0,42х0,15 = 0,05
кВт электроэнергии, а с поверхности 100 м х 100 м = 10000 м2
можно получить 500 кВт электроэнергии.
Сейчас строится много зданий ангарного типа очень больших
размеров, зданием 100 м х 100 м теперь никого не удивишь.
Эти помещения достаточно дешевы, легко и быстро
монтируются, а главное, они позволяют создать внутри
помещения любой искусственный климат, необходимый для
жизни человека, животных и растений, независимо от
природных условий снаружи помещения.
Так почему же не использовать такие здания и современные
новые технологии для обеспечения жизни в пустыне?
Для этого может быть использован «Комплекс
жизнеобеспечения на солнечной энергии» (см. патент RU
№ 2194834), состоящий из помещения ангарного типа
необходимой площади, в котором часть помещения является
жилым, имеются производственные помещения, мастерские
для ремонта техники, помещения для животноводства,
остальная площадь используется для выращивания
сельхозрастений.
Для обеспечения комплекса энергией имеется «Силовая
установка на солнечной энергии», тепловая энергия для
которой получается в «Солнечных коллекторах»,
установленных на крыше помещения, которые и передают
энергию солнечных лучей теплоносителю, а он переносит эту
энергию в «Силовую установку…», где более 15% ее
преобразуется в электричество.
Солнечные коллекторы устанавливаются на части крыши, при
этом остальная часть крыши, прозрачная для солнечных лучей,
используется для освещения при выращивании
сельхозрастений. Для равномерного освещения солнечные
коллекторы и прозрачная часть располагаются чередующимися
полосами. В местах прохода солнечных лучей через крышу
внутрь устанавливаются отражатели, равномерно
распределяющие свет на сельхозрастения.
Имеется также установка для получения биогаза,
использующая отходы сельского хозяйства и животноводства.
Тепло горения биогаза и/или тепло горения сухих отходов
сельхозрастений используются для перегрева рабочего
вещества, дополнительно к теплу солнечных лучей, что
существенно повышает КПД установки или используется для
выработки электроэнергии в ночное время. (Так как в
комплексе со стороны приходит только солнечная энергия, то и
биогаз и горючие отходы сельхозрастений являются продуктом
солнечной энергии.)
В «Комплексе жизнеобеспечения…», так как он защищен от
экстремальной погоды пустыни, можно создать самые
выгодные условия для выращивания сельхозпродуктов и
продуктов животноводства, при этом сельхозпродукции в виде
зерна и плодов можно получать до 100 кг с 1 м2 в год, а
зеленой массы до 500 кг с 1 м2 в год.
В производственных помещениях могут производиться
материальные ценности из местных или других материалов, а
также перерабатываться сельхоз- и животноводческая
продукция. В мастерских могут производиться изделия,
необходимые для существования и для ремонта помещения и
оборудования комплекса.
Так «Комплекс жизнеобеспечения…», расположенный в
здании ангарного типа размером 100х100 метров, площадь
которого 10000 м2, в котором площадь «Солнечных
коллекторов» занимает 80% от всей площади крыши, что
составит 8000 м2, при использовании коллекторами тепла
солнечных лучей с КПД 90%, при мощности солнечных лучей
около 1 кВт на 1 м2, которая может быть в течение 6-8 часов в
сутки, да еще 6-8 часов в сутки, когда мощность лучей около
0,5 кВт на 1 м2, получит в течение суток около 75000 кВт-часов
тепловой энергии. Это тепло теплоносителем перенесется в
силовую установку, где с КПД около 15% преобразуется в
электричество, в результате может получиться около 11250
кВт-часов электроэнергии при среднесуточной мощности около
450 кВт или в дневное время, когда можно выработать больше
электричества, мощность будет 600-700 кВт, а в часы, когда
отсутствует Солнце, 200-300 кВт, из которых сам «Комплекс
жизнеобеспечения…» может потреблять порядка 50-100 кВт, а
около 500 кВт днем и 200 кВт в остальное время сможет
отдавать в мировую энергосистему.
Из вышеизложенного видно, что «Комплекс жизнеобеспечения
на солнечной энергии» не только сможет обеспечить
нормальные жизненные условия даже в самых экстремальных
условиях пустыни, но еще и сможет обеспечить
электроэнергией мировую энергосистему.
Таким образом, используя только 10% площади пустынь, а это
будет 1,7 млн км2, вышеуказанным способом можно получить
1700000 х 50 = 85000000 МВт электроэнергии, или более 14
кВт экологически чистой электроэнергии на каждого человека
Земли, в то время как сейчас на каждого жителя Земли
приходится около 0,2 кВт электроэнергии, и даже в самой
развитой стране – США на каждого жителя приходится в
настоящее время только около 12 кВт электроэнергии, при
получении которой ужасно загрязняется окружающая среда.
Одновременно с экологически чистой электроэнергией такие
комплексы смогут обеспечить все человечество экологически
чистыми продуктами питания.
И главное, что все вышеизложенное не фантазия, такие
комплексы можно реально устанавливать уже в настоящее
время, нужно только финансирование.