Глава IX. Первые шаги к горизонту

Транспортная семья солнцепоклонников

Если верить византийскому поэту Цецесу, великий Архимед - автор трактата "О зажигательных стеклах", призвав женщин Сиракуз на набережную, просил направить солнечные зайчики от зеркал на римские корабли, осаждавшие родной город ученого. Легенда гласит, что флот захватчиков был сожжен солнечным светом. Издавна Солнце занимало большое место в жизни человека: оно давало пищу, тепло и свет, служило предметом религиозного и культового поклонения у многих народов планеты.

И сегодня, оценивая в общих чертах перспективы существования человечества с учетом демографических прогнозов, следует принять во внимание три важнейшие проблемы: обеспечение населения пищей, энергией и сохранение природных условий, пригодных для жизни. Решение этих трех задач в значительной степени связано с использованием солнечной энергии. Значение энергии солнечного излучения, получаемой поверхностью нашей планеты за год, равно приблизительно 1 X 1018 кВт o ч, что более чем в 20 000 раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Солнечную энергию на протяжении столетий используют во многих сферах человеческой деятельности. Однако до последних десятилетий это осуществлялось в основном примитивными способами (например, обычная сушка пищевых продуктов в сельских районах). Со временем был разработан ряд солнечных устройств для реализации различных технологических процессов, отопления и охлаждения зданий, опреснения, создания печей для высокотемпературной термообработки материалов, производства электроэнергии.

По мнению специалистов, к началу XXI в. 5 - 7% всей энергии в Европе будут давать станции и устройства, преобразующие солнечную энергию.

Термином "солнечный двигатель" называют двигатель, работающий на солнечной энергии. Вариантов таких двигателей множество. В частности, солнечные лучи, нагревая жидкое рабочее тело, превращают его в пар, который подается в возвратно-поступательный или вращающийся двигатель, где расширяется, производя работу. Наиболее широко солнечные двигатели такого типа используют для привода водяных насосов. Во многих странах созданы солнечные системы ирригации: солнечные насосы используют в странах африканского континента, США, Мексики, Австралии. В нашей стране такие системы успешно начали применяться в Средней Азии. Другое направление преобразования солнечной энергии - разработка термоэлектрических преобразовательных систем, которые аккумулируют энергию солнечных лучей, преобразуют ее вначале в тепловую, а затем в механическую энергию для привода генератора с целью производства электроэнергии.

Очень перспективен способ фотоэлектрического преобразования солнечного излучения. Солнечные элементы представляют собой тонкие пластины из кристаллического кремния или тонкие пленки из сульфида кадмия, защищенные от внешних воздействий оптически прозрачным материалом. Из таких элементов набирают платы или батареи, вырабатывающие электрический ток непосредственно при попадании солнечных лучей и аккумулирующие энергию. Фотоэлектрические преобразователи обладают рядом существенных достоинств: у них нет движущихся частей, продолжительность их безотказной работы может достигать 100 лет, для их обслуживания не требуется высокая квалификация операторов, устройства эффективно функционируют как при прямом, так и при рассеянном солнечном излучении. Наконец, батареи можно легко монтировать из различного количества модулей, они пригодны для создания энергетических установок практически любой мощности: от небольших до весьма крупных.

В настоящее время транспорт на солнечных аккумуляторах буквально делает первые шаги. Но примечательно, что областью использования солнечной энергии стали самые разнообразные виды транспорта. Судите сами: фирма "Локхид" (США) разработала проект самолета (в первоначальном варианте - беспилотного) с электродвигателем и солнечными батареями. Размах крыла такого самолета примерно 100 м, масса его 1 т. Мощность двигателя самолета 12 кВт. В дневное время питание двигателя осуществляется непосредственно от солнечных элементов, в ночное - от аккумулятора, собранного из батарей. Этот самолет может находиться в воздухе практически вечно, лишь необходимость технического обслуживания заставит его приземляться один раз в год. Разработку конструкции должны завершить в 1993 г., тогда самолет будет поднят в воздух на высоту 20 км и оттуда с помощью телекамер будет проводить наблюдения за созреванием сельскохозяйственных культур, выполнять противопожарные функции.

Американец Мауро сконструировал и построил самолет, на поверхности крыльев которого расположена батарея из солнечных элементов. Энергия от батареи приводи] в движение двигатель мощностью 2,2 кВт. Конструктор совершает на этом самолете непродолжительные полеты. Его соотечественник Дюнан построил "солнечный мотоцикл", скорость которого достигает 50 км/ч.

А вот пример из совсем иной области. Англичанин Алан Фридмен сконструировал велосипед без педалей. Его приводит в движение не мускульная сила человека, а электрическая энергия. На велосипеде установлен аккумулятор, который подзаряжается электроэнергией, вырабатываемой солнечной батареей, установленной на руле велосипеда. Энергетической емкости аккумулятора хватает для того, чтобы проехать со скоростью 25 км/ч на расстояние примерно 50 км. Опытом изобретательного англичанина заинтересовались японские фирмы по производству велосипедов и мотоциклов. К производству готовится опытная партия двухколесных гелиомопедов. Интересны конструкции трехколесных экипажей (США) вполне современной обтекаемой формы, покрытых специальным тентом. Тент - это не что иное, как своеобразная плата с укрепленными на ней 360 кремниевыми элементами, перерабатывающими солнечный свет в электрическую энергию общей мощностью примерно 150 Вт. Электродвигатель разгоняет экипаж до 25 км/ч, несмотря на то что масса его вместе с водителем составляет 120 кг. Области перспективного использования - личный пассажирский транспорт, внутригородской транспорт для перевозки мелких грузов, почты.

Солнечные батареи - важнейший элемент космиче ских кораблей и станций, и пусть они не выполняют непосредственных транспортных функций, система жизнеобеспечения полностью базируется на миниатюрных солнечных преобразователях энергии. Как известно, в космических условиях были открыты особые свойства полупроводников, термо и фотоэлементов. С первых дней освоения космоса среди энергетических источников для систем космических аппаратов солнечная энергия не нашла конкурентов в связи с тем, что все прочие источники энергии следовало бы транспортировать с Земли. Кроме того, в космосе нет помех в виде дождя, снега и пыли. Поэтому и солнечная радиация в 1,5 раза сильнее, чем на Земле.

Стоит вспомнить уже упомянутый ранее пример успешного использования солнечных аккумуляторов энергии привода автомобилей. Из 58 автомобилей с солнечным двигателем, стартовавших в программе автопробега "Тур де Соль" из Романсхорна у Боденского озера (Швейцария), 53 пересекли всю Швейцарию и пять дней спустя финишировали на противоположном конце страны в Женеве. Зрителей автопробегов сегодня трудно чем-либо удивить, однако разнообразие форм солнечных экипажей произвело ошеломляющее впечатление: трехколесные велосипеды с крышей, гоночные автомобили, ракеты на колесном ходу - чего тут только не было. Однако непременное условие для каждого экипажа - площадь солнечных батарей не более 6 м2 - соблюдалось неукоснительно. Дистанцию почти в 360 км первым преодолел автомобиль "Солнечная серебряная стрела" (совместное производство ФРГ и Швейцарии), потратив на это в общей сложности 9 ч 41 мин. Автомобиль швейцарского конструктора Платтнера поставил другой рекорд: на одном из участков трассы он сумел развить скорость 50 км/ч.

Существующие "гелиомобили" уже наездили сотни километров. В ФРГ создана программа, согласно которой в середине 90-х годов будут выпущены первые партии пассажирских легковых автомобилей с солнечным приводом.

По мнению Фрида Требла (Англия), председателя международной конференции по проблемам солнечной энергетики, проходившей недавно в Лондоне, рынок фотоэлектрической техники растет впечатляющими темпами. В течение нескольких лет она станет важным источником энергии для различных транспортных средств.

Сообщается, что одна из японских фирм приступила к производству малотоннажных судов, оснащенных специальными тентами, состоящими из солнечных батарей. Опыт США, полученный на трехколесных автомобилях с солнечным приводом, переносится на морские суда. Существуют проекты воздушных шаров и дирижаблей с солнечными батареями.

Несмотря на очевидные достоинства преобразователя энергии солнечного излучения в электрическую энергию для привода различных транспортных средств, все еще высока стоимость солнечных батарей, а сравнительно небольшая мощность ограничивает их широкое распространение.

Правда, как показывает опыт США, за последние 10 лет затраты на создание солнечной батареи в расчете на 1 Ватт ее мощности снизились с 20 до 6 долларов, и существует устойчивая тенденция к их дальнейшему снижению.

Практически неисчерпаемость солнечной энергии, экологическая чистота и бесшумность двигателей широко открывают гелиотранспорту ворота в XXI в. Колесница Гелиоса убыстряет свой бег.