Экология и энергетика: друзья или враги?

Афонин АртемийМихайлович
учащийся 11класса
Лицея при МАБиУ
«Экология и энергетика: друзья или враги?»


МОСКВА- 2006 год.
Содержание:

 TOC o «1-3» h z u Введение. PAGEREF _Toc135495916 h 3
Экологические проблемы тепловой энергетики. PAGEREF _Toc135495917 h 5
Экологические проблемы гидроэнергетики. PAGEREF _Toc135495918 h 8
Экологические проблемы ядерной энергетики. PAGEREF _Toc135495919 h 10
Некоторые пути решения проблем современной энергетики. PAGEREF _Toc135495920 h 12
Альтернативные источники получения энергии. PAGEREF _Toc135495921 h 13
Солнце как источник тепловой энергии. PAGEREF _Toc135495922 h 14
Солнце как источник электрической энергии. PAGEREF _Toc135495923 h 15
Использование солнечной энергии через фотосинтез ибиомассу. PAGEREF _Toc135495924 h 16
Ветер как источник энергии. PAGEREF _Toc135495925 h 17
Возможности использования нетрадиционных гидроресурсов. PAGEREF _Toc135495926 h 18
Энергетические ресурсы морских, океанических и термальныхвод. PAGEREF _Toc135495927 h 19
Термоядерная энергия. PAGEREF _Toc135495928 h 20
Заключение. PAGEREF _Toc135495929 h 21
Литература:PAGEREF _Toc135495930 h 22
Введение
Прошлым летом вМоскве случился энергокризис и на два дня была практически парализована жизньбольшей части мегаполиса. Все произошло «всего лишь» из-за высокой степениизноса оборудования. Конечно, меня очень взволновала эта проблема и я решилпосмотреть на нее и с экологической точки зрения. Ведь мы все привыкли к тому,что в каждом доме есть свет и мы можем его включить, но никто никогда не задумывалсясколько сил на это потрачено. Помимо огромного количества сырья используемогопри добыче энергии в России (в связи с устаревшими технологиями) производится колоссальныевыбросы вредных веществ в атмосферу. В большинстве своем на ТЭС. Поскольку уголь,нефть и остальные сырьевые источники являются ограниченными я решил задатьсявопросом об альтернативных источниках, я надеюсь, что в скором времени некоторыеиз них будут применяться на практике.
 Роль энергетики очевидна, но при чем же здесьэкология? И что это такое? Впервые слово «экология» было введено в употреблениенемецким ученым Э. Геккелем в 1866 году. В переводе с греческого языка этообозначает науку о доме (ойкос — дом, жилище; логос — учение).
Современнуюэкологию можно рассматривать как науку, занимающуюся изучением взаимоотношений организмов, в том числе ичеловека, со средой, определением масштабов и допустимых пределоввоздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. Встратегическом плане — это наука о выживании человечества и выходе изэкологического кризиса, который приобрел (или приобретает) глобальные масштабы- в пределах всей планеты Земля.
Несомненнымостается факт крайней актуальности экологии в настоящее время и важнейшейзадачей является экологическое воспитание человечества, с которым связывается бережное отношение к природе,культурному наследию, социальным благам.
Энергетика — этота отрасль производства, которая развивается невиданно быстрыми темпами. Если численность населения удваивается за40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит черезкаждые 12-15 лет. При такомсоотношении темпов роста населения и энергетики, энерговооруженностьлавинообразно увеличивается не только в суммарном выражении, но и в расчете надушу населения.
Очевидно, чтоэта отрасль производства оказывает огромное влияние на окружающую среду и живыеорганизмы, поэтому важно получить ответы на следующие вопросы:
•       какое влияние на биосферу оказывают основные видысовременной (тепловой, водной, атомной) энергетики и какбудет изменяться соотношение этих видов в энергетическом балансе вбудущем;
•       можно ли уменьшить отрицательное воздействие на средусовременных (традиционных) методов получения и использования энергии;
•       каковывозможности производства энергии за счет альтернативных (нетрадиционных) ресурсов, таких как энергия солнца, ветра,термальных вод и других источников, которые относятся к неисчерпаемым иэкологически чистым.
В настоящее время энергетическиепотребности обеспечиваются в основном за счет трех видов энергоресурсов:органического топлива, воды и атомного ядра. Энергия воды и атомная энергия используются человеком после превращенияее в электрическую энергию. В то же время значительное количествоэнергии, заключенной в органическом топливе, используется в виде тепловой и только часть ее превращается вэлектрическую. Однако и в том и в другом случае высвобождение энергии из органического топлива связано с его сжиганием,а следовательно, и с поступлением продуктов горения в окружающую среду.Экологические проблемы тепловойэнергетики
За счет сжиганиятоплива (включая дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производитсяоколо 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом впромышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются восновном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.)нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%.а в получении электроэнергии-только 3%. Для угля характерно другое: при22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии 52%.В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же времяв России преобладающим источником получения электроэнергии является природныйгаз (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, долянефти не превышает 10%.
В мировоммасштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5-6% электроэнергии (в России 20,5%), атомная энергетика, дает 17-18%)электроэнергии. В России ее доля близка к 12%, а в ряде стран онаявляется преобладающей в энергетическом балансе (Франция — 74%, Бельгия -61%,Швеция-45%).
Сжигание топлива- не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловыеэлектростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковыйэффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляютв атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде С02), около 50% двуокиси серы, 35% — окислов азота и около35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнеезагрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. Ввыбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовыхвыбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединенийсвыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффектэтих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это,однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другиезвенья экосистем. Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательноевлияние практически на все элементы среды, а также на человека.
Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мерезависит от вида используемыхэнергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ,далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.
Хотяв настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительночистых видов топлива (газ, нефть), однако эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь уместно вспомнить высказывание Д. И. Менделеева онедопустимости использования нефти как топлива: «нефть не топливо – топить можно и ассигнациями».
Не исключена вероятностьсущественного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что онимогут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет.Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оцениваетсяболее чем в 7 триллионов тонн. При этом более 1/3 мировых запасов углейнаходится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки(например, газа) в получении энергии, а следовательно, и в загрязнениисреды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в видепирита, сульфата, закисного железа и гипса. Имеющиеся способы улавливания серыпри сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности идороговизны. Поэтому значительноеколичество ее поступает в окружающую среду. Серьезные экологические проблемысвязаны с твердыми отходами ТЭС — золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливаетсяразличными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсныхаэрозолей. Эти аэрозоли способны заметно изменять баланс солнечнойрадиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а попадая ворганы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторныезаболевания.
Выбросы ТЭСявляются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связаноувеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭСсодержатся также окиси кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способныразрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаизаболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизиугольных ТЭС.
Серьезнуюпроблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгоевремя не используются, а также являются очагами накопления тяжелыхметаллов и повышенной радиоактивности.
Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась наугле, то выбросы СО,составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. т/год). Это тотпредел, за которым прогнозируются такие изменения климата, которые обусловяткатастрофические последствия для биосферы.
ТЭС — существенный источникподогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти водынередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнениеи сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов,превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).Экологические проблемыгидроэнергетики
Одно изважнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительныхплощадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где засчет использования гидроресурсов производится не более 20% электрическойэнергии, при строительстве ГЭС затоплено неменее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.
Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтоплениев результате повышенияуровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категориюзаболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% иболее от затопленных. Уничтожение земель исвойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой(абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычнопродолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масспочвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, состроительством водохранилищ связано резкоенарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. Так, Волга практически навсем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывнуюсистему водохранилищ.
Ухудшениекачества воды в водохранилищах происходит по различным причинам. В них резко увеличивается количество органическихвеществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительныеостатки, гумус почв и т. п.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своегорода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов.
В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что ведет к потереими кислорода и другимпроцессам, обусловливаемым тепловым загрязнением. Это, совместно с накоплениембиогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивногоразвития водорослей, в том числе и ядовитыхсинезеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие медленнойобновляемости вод резко снижается их способность к самоочищению. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ееобитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражениегельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды.
Нарушаются путимиграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга вомногом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых Каспия послестроительства на ней каскада ГЭС.
Таким образом перекрытые водохранилищами речные системыиз транзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные. Кроме биогенных веществ,здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и  многие ядохимикаты с длительным периодомжизни. Продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использованиятерриторий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации. Имеются данные,что в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность какэнергетические объекты через 50-100 лет послеих строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина, построеннаяна Ниле в 60-е годы, будет наполовину заилена уже к 2025 году. Несмотряна относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их вэнергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпаниемнаиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинныхводохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭСне будет превышать 5% от общей.
Водохранилищаоказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых(аридных) районах, испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз.Только с каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около6 кмЗ. Это примерно 2-3 годовые нормы потребления воды Москвой. С повышеннымиспарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений.Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, атакже другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев взоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например,в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые)не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качествопродукции.
Издержкигидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилищаобычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилищамогут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явленийи вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960г. в Индии (штат Гунжарат) в результатепрорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.Экологические проблемы ядернойэнергетики
Ядернаяэнергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Этосвязанокак с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относитсятакже возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениямресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи смалыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяетполучать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.
До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один извыходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-хдо середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возрослапрактически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имелтаких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемыАЭС связывались с захоронением отработанноготоплива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации.Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до1/3 от стоимости самих АЭС.
При нормальнойработе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. Всреднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности.
К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших; более 17%электроэнергии, увеличилиприродный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльскойкатастрофы в нашей стране никакая отрасль производства не имела меньшего уровняпроизводственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и топо нерадиационным причинам, погибло 17человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС сталисвязывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС иневелика, но она и не исключается. К наиболее крупным авариям такого планаотносится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС.
По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихсяв реакторе составилот 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная наХиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества.
В результатеаварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившаяболее 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, гдепроживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает8 млн. га, или 80000 км2. В России наиболее значительно пострадали Брянская,Калужская. Тульская и Орловская области. Пятна загрязнений имеются вБелгородской, Рязанской, Смоленской, Ленинградской и других областях. Врезультате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации,приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу послеаварии. Число жертв и количествоэвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результатеперемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом ит. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни нескольких поколений.
После аварии наЧернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете настроительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, крометого, объявила о намерении демонтироватьвсе действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всейэлектроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетикив других странах. Приняты меры поусилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых кстроительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития необойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенноувеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов.Около 100 реакторов находится в стадии строительства.
На территории России расположено 9 АЭС, включающих 29 реакторов. Из них22 реактора приходитсяна наиболее населенную европейскую часть страны. 11 реакторов относится к типу РБМК. Па Чернобыльской АЭС произошло разрушениереактора этого типа. Много реакторов (по количеству больше, чем АЭС)установлено на подводных лодках, ледоколах и даже на космических Объектах.
В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5%) ядерного топлива. Ядерныйреактор мощностью1000 МВт за год работы дает около 60 традиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная массатребует захоронения. Технология Захоронения довольно сложна и дорогостояща.Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где занесколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение.Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. Последниерасполагаются друг от друга на таком растоянии, чтобы исключалась возможность атомныхреакций.
Неизбежный результат работы АЭС — тепловое загрязнение. На единицуполучаемой энергии здесьоно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится ватмосферу.
Следствиембольших потерь тепла на АЭС является более низкий коэффициент их полезного действия по сравнению с ТЭС.
В целом можноназвать следующие воздействия АЭС на среду:
•разрушениеэкосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычируд (особенно при открытом способе);
•       изъятиеземель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территорииотчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменятьсягигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120м и высотой, равной40-этажному зданию;
•       изъятие значительных объемов вод из различных источникови  сброс подогретых вод. Если эти водыпопадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения,возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;
•       неисключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС,складировании и переработке отходов, их захоронениях.Некоторые пути решения проблем современной энергетики
Существуют лиспособы, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на окружающую среду. Эти способы базируются восновном на совершенствовании технологий подготовки топлива иулавливания вредных отходов. В их числе можно назвать следующие.
1. Использование исовершенствование очистных устройств.
2.    Уменьшение поступления соединений серы в атмосферупосредством предварительного обессеривания (десульфурации) углей и других видовтоплива (нефть, газ, горючие сланцы) химическими или физическими методами.Этими методами удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента егосжигания. 3. Большие и реальные возможности уменьшения или стабилизации поступления загрязнений в средусвязаны с экономией электроэнергии. Особенно велики такие возможностидля России за счет снижения энергоемкости получаемых изделий. Например, в США на единицу получаемой продукциирасходовалось в среднем в 2 раза меньше энергии, чем в бывшем СССР. В Япониитакой расход был меньшим в три раза. Не менее реальна экономия энергииза счет уменьшения металлоемкости продукции, повышения ее качества и увеличения продолжительности жизни изделий.Перспективно энергосбережение за счет перехода на наукоемкие технологии,связанные с использованием компьютерных и других устройств.
4. Не менее значимы возможности экономии энергии в быту и напроизводстве за счет совершенствования изоляционных свойств зданий. Реальнуюэкономию энергии дает замена ламп накаливания с КПД около 5%флуоресцентными, КПД которых в несколько раз выше.
Крайне расточительноиспользование электрической энергии для получения тепла. Важно иметь в виду,что получение электрической энергии на ТЭС связано с потерей примерно 60-65% тепловойэнергии, а на АЭС — не менее 70% энергии. Энергия теряется также при передачеее по проводам на расстояние. Поэтому прямое сжигание топлива для получениятепла, особенно газа, намного рациональнее, чем через превращение его вэлектричество, а затем вновь в тепло.
5. Заметно повышается также КПДтоплива при его использовании вместо ТЭС на ТЭЦ. В последнем случае объектыполучения энергии приближаются к местам ее потребления и тем самым уменьшаютсяпотери, связанные с передачей на расстояние. Наряду с электроэнергией на ТЭЦиспользуется тепло, которое улавливается охлаждающими агентами. При этомзаметно сокращается вероятность тепловогозагрязнения водной среды. Наиболее экономично получение энергии на небольших установках типа ТЭЦ(иогенирование) непосредственно в зданиях. В этом случае потери тепловойи электрической энергии снижаются до минимума. Такие способы в отдельныхстранах находят все большее применение.Альтернативные источники получения энергии
Основныесовременные источники получения энергии (особенно ископаемое топливо) можно рассматривать в качестве средства решенияэнергетических проблем только на ближайшую перспективу. Это связано с ихисчерпанием и неизбежным загрязнением среды. Поэтому важно познакомитьсяс возможностями использования новых источников энергии, которые позволили бызаменить существующие. К таким источникам относится энергия солнца, ветра, вод,термоядерного синтеза и других источников.Солнце как источник тепловой энергии
Этопрактически неисчерпаемый источник энергии. Ее можно использовать прямо (посредством улавливания техническимиустройствами) или опосредствованно через продукты фотосинтеза,круговорот воды, движение воздушных масс и другие процессы, которыеобусловливаются солнечными явлениями.
Использование солнечного тепла — наиболее простой и дешевый путьрешения отдельных энергетическихпроблем. Подсчитано, что в США для обогрева помещений и горячего водоснабжения расходуется около 25% производимой встране энергии. В северных странах, в том числе и в России, эта доля заметно выше. Между тем значительная долятепла, необходимого для этих целей, может быть получена посредствомулавливания энергии солнечных лучей. Эти возможности тем значительнее, чембольше прямой солнечной радиации поступает на поверхность земли.
Наиболее распространено улавливание солнечной энергии посредствомразличного вида коллекторов.В простейшем виде это темного цвета поверхности для улавливания тепла и приспособления для его накопления и удержания.Оба блока могут представлять единое целое. Коллекторы помещаются в прозрачную камеру, которая действует по принципупарника. Имеются также устройства для уменьшения рассеивания энергии (хорошаяизоляция) и ее отведения, например, потоками воздуха или воды.
Еще более простынагревательные системы пассивного типа. Циркуляция теплоносителей здесь осуществляется в результате конвекционныхтоков: нагретый воздух или вода поднимаются вверх, а их место занимают болееохлажденные теплоносители. Примером такой системы может служить помещение с обширными окнами, обращеннымик солнцу, и хорошими изоляционными свойствами материалов, способнымидлительно удерживать тепло. Для уменьшения перегрева днем и теплоотдачи ночьюиспользуются шторы, жалюзи, козырьки и другие защитные приспособления. В данном случае проблема наиболее рациональногоиспользования солнечной энергии решается через правильное проектированиезданий. Некоторое удорожание строительства перекрывается эффектомиспользования дешевой и идеально чистой энергии.
На Кипре в 90%коттеджей, многих отелях и многоквартирных домах проблемы теплообеспечения игорячего водоснабжения решаются за счет солнечных водонагревателей. В Израиле доля жилищ, обеспечивающихся солнечнойэнергией, близка к 65%. В других странах целенаправленное использованиесолнечной энергии пока не велико, но интенсивно увеличивается производство различного рода солнечных коллекторов. В СШАсейчас действуют тысячи подобных систем, хотя обеспечивают они покатолько 0,5% горячего водоснабжения.
Очень простыеустройства используют иногда в парниках или других сооружениях. Для большегонакопления тепла в солнечное время суток в таких помещениях размещают материалс большой поверхностью и хорошейтеплоемкостью. Это могут быть камни, крупный песок, вода, щебенка,металл и т. п. Днем они накапливают тепло, а ночью постепенно отдают его. Такиеустройства широко используются в тепличных хозяйствах юга России, в Казахстане,Средней Азии и других солнцеобильных районах.Солнце как источник электрической энергии
Преобразование солнечной энергиив электрическую возможно посредством использования фотоэлементов, в которых солнечная энергия индуцируется в электрическийток безо всяких дополнительных устройств.Хотя КПД таких устройств невелик, но они выгодны медленной изнашиваемостьювследствие отсутствия каких-либо подвижных частей. Основные трудностиприменения фотоэлементов связаны с их дороговизной и занятием большихтерриторий для размещения. Проблема в какой-то мере решаема за счет заменыметаллических фотопреобразователей энергии эластичными синтетическими,использования крыш и стен домов для размещения батарей, выноса преобразователейв космическое пространство и т. п.
В тех случаях, когда требуется получение небольшого количества энергии,использование фотоэлементовуже в настоящее время экономически целесообразно. Б.Небел в качестве примеровтакого использования называет калькуляторы, телефоны, телевизоры, кондиционеры,маяки, буи. небольшие оросительные системы и т. п.
В странах сбольшим количеством солнечной радиации имеются проекты полной электрификации отдельных отраслей хозяйства,например сельского, за счет солнечной энергии. Получаемая таким путем энергия, особенно с