90 (93). Фотобіологічне перетворення сонячної енергії
Одним із методів прямого перетворення сонячної енергії є фотосинтез, тобто фотобіологічне перетворення сонячного світла, що дає життя всьому живому на Землі й забезпечує нас органічним паливом. Під час фотосинтезу у рослинах енергія сонячного світла перетворюється, здебільшого, у хімічну енергію вуглеводів, які одержують при відновленні вуглекислого газу. Основні моменти перетворення сонячної енергії у природному фотосинтезі нині досить добре вивчені.
Можливий шлях збільшення біомаси пов’язаний із селекцією рослин, що ефективно перетворюють сонячну енергію, для того, щоб сумарна біомаса (листки, стебла, корені) могла використовуватися для енергетичних цілей. Пошуки оптимальних шляхів використання біомаси рослин тісно пов’язані з необхідністю вирішувати найважчі технологічні й економічні питання, з виявленням найбільш раціональних методів збору або переробки рослинної сировини і відходів органічної речовини. У деяких водоростей (наприклад, у хлорели) експериментально виміряний ККД перетворення сонячної енергії досягає в оптимальних умовах приблизно 6 відсотків. Тобто, використовуючи водорості, можна досить ефективно здійснювати перетворення сонячної енергії в хімічну.
Найважливішою залишається глобальна проблема підвищення використання сонячної енергії культурними рослинами і зниження енерговитрат, пов’язаних зі спалюванням продуктів фотосинтезу. Ця проблема вимагає великого комплексу досліджень у фізіології й агротехніці. З нею тісно пов’язане вивчення механізмів регуляції фотосинтетичної діяльності рослин та їхньої продуктивності.
Розвиток суспільства неминуче вимагатиме повнішого оволодіння сонячною енергією, і безперечно, що біологічний шлях її використання залишиться найважливішим на довгі роки, причому у близькому майбутньому фотосинтез рослин буде єдиним джерелом їжі й атмосферного кисню.
91. Сонячні колектори (СК) – це основні елементи теплових сонячних систем як пасивних, так і активних. Здебільшого вони бувають пласкі й містять трубчасті або пласкі теплообмінники, в яких нагріваються теплоносії за рахунок поглинання сонячної радіації. Розрізняють колектори з природною і вимушеною (за допомогою насосів) циркуляцією теплоносія. Колектори з вимушеною циркуляцією теплоносія площею 1,5 м кв. здатні нагрівати за 5-6 годин у середньому 100 л води до 70-80°С, тобто один колектор спроможний забезпечити невелику родину гарячою водою протягом одного дня. Приклади сонячних колекторів наведені на рис. 6.3, 6.4.
Рис. 6.3. Сонячні колектори |
Пласкі колектори використовують переважно у системах гарячого водопостачання; для систем опалення й кондиціювання, як нагрівачі води і повітря, для одержання пари низького тиску. Встановлюють їх безпосередньо як невід’ємний елемент стіни або покрівлі будинку з оптимальною орієнтацією у залежності від пори року.
У фокусуючих колекторах використовують оптичні системи – дзеркала або лінзи – для збільшення густини сонячної радіації на поверхні, яка поглинає енергію (це дає змогу зменшити її площу, а отже, знизити теплові втрати).
Рис. 6.4. Будинки з сонячними колекторами на даху, Японія
Нині у світі діють сонячні електростанції, в яких використовують різні принципи перетворення енергії, а також високотемпературні сонячні печі, призначені для одержання чистих матеріалів, відпрацювання вузлів СЕС та інших цілей. Сонячні установки застосо-вуються у системах живлення та охолодження приміщень, у техно-логічних процесах, які відбуваються за низьких, середніх і високих температур. У нашій країні (зокрема у Криму) працює сонячна електростанція потужністю 5 МВт, у котрій основним елементом є башта висотою 50 м з водяним котлом.