Солнечная энергетика приобрела широкое распространение только в последние несколько десятилетий, однако первые опыты по использованию энергии Солнца в технике относятся еще к началу XVII веку. Инженеры создавали всевозможные нагреватели и преобразовывали тепловую энергию в механическую.
Но особенно активно это направление энергетики начало развиваться в середине XIX века благодаря французскому математику и Огюстену Мушо, которому принадлежит сразу несколько изобретений, использующих для работы энергию Солнца.
Первые устройства, работающие на солнечной энергии
Энергию Солнца люди начали использовать еще тысячи лет назад. К примеру, известно, что султанский дворец Топкапы отапливался водой, нагретой Солнцем. А первый солнечный двигатель, по некоторым данным, был создан во Франции еще в 1600 году. Он использовал нагретый воздух для перекачки воды. Однако активно развивать технологии солнечной энергетики инженеры-изобретатели и ученые начали лишь с XVIII-XIX века.
Отправной точкой в эволюции солнечной энергетике можно назвать появление нагревателей, которые были основаны на использовании зеркал и линз. К примеру, изобретатель Ж. Бюффон в середине XVII века создал большое вогнутое зеркало, которое могло фокусировать лучи солнца в одной точке. При помощи этого зеркала можно было воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров.
Ж. Бюффон придумал использовать зеркала, чтобы концентрировать солнечные лучи и таким образом усиливать тепловую энергию
Первый же водонагреватель был создан шведским ученым Н. Соссюром. Он представлял собой ящик со стеклянной крышкой. Устройство позволяло нагревать воду до 88 градусов. В 1774 году французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии, что значительно расширило возможности нагревателей. В его солнечной печи температура разогревалось до 1650 градусов. Примерно в тот же период было создано выпуклое стекло в Англии, которое позволяло плавить чугун всего за 3 минуты.
Надо сказать, что в этот период также стали появляться первые паровые машины, обеспечившие промышленную революцию. Это позволило инженерам объединить две технологии — нагрев воды солнечной энергией и преобразование пара в механическую энергию.
Паровые двигатели на солнечной энергии
Проблемой невозобновляемых источников энергии ученые озаботились еще в XIX веке. В частности, французский учитель математики Огюстен Мушо был обеспокоен тем, что рано или поздно закончатся мировые запасы угля. Это подтолкнуло его к созданию различных механизмов на основе солнечной энергии, таких как мощный солнечный паровой двигатель, печь для приготовления пищи и даже ледогенератор.
Солнечный концентратор Огюстена Мушо, продемонстрированный в Париже в 1878 году
В августе 1866 г. Огюстен Мушо представил крупнейший солнечный паровой двигатель в истории. Он демонстрировался в Париже пока город не оказался в осаде во время франко-прусской войны в 1871 году. После осады города двигатель найти не удалось. Но Мушо продолжил работу над созданием солнечных устройств и даже и расширил их масштабы.
Его изобретения были настолько убедительными, что в январе 1877 г. он получил от правительства грант на создание солнечных двигателей во французском Алжире. Это позволило Mушо реализовывать сразу несколько крупных «солнечных» проектов. В частности, им были созданы опреснительные установки, которые используются в Алжире по сей день.
Самое же необычное для своего времени изобретение Огюстена Мушо — это ледогенератор, который был продемонстрирован в 1878 году в Париже на Всемирной выставке. Устройство имело коническое зеркало и бойлер с водой внутри. Солнечные лучи были направлены на котел, давление в котором возрастало до 7 атмосфер. К нему было прикреплено охлаждающее устройство, производившее блоки льда. Изобретение так удивило окружающих, что Мушо получил за него золотую медаль.
Эскиз концентратора Огюстена Мушо
Кроме того, изобретатель продемонстрировал печатную машину, которая в час делала 500 оттисков газеты. Она тоже работала на паровом солнечном двигателе. Спустя несколько лет аналогичная машина появилась в США. Однако вскоре после выставки цены на уголь в мире упали, в результате чего работы Mушо стали неактуальными и их финансирование прекратилось.
Изобретение солнечных панелей
Эффект преобразования света в электричество впервые открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в 1839 году. Он использовал для этого селен, однако изначально технология мало кого заинтересовала. Поэтому первые прототипы солнечных батарей создал итальянский фото-химик Джаком Луиджи Чамичан только в 1912 году. Но они также не получили практического применения из-за низкой эффективности.
Поэтому вплоть до середины XX века принцип всех механизмов, использующих для работы энергию Солнца, оставался неизменным — солнечная энергия использовалась исключительно для нагрева пара, который приводил в движение паровые двигатели.
Кремниевые солнечные панели были созданы в США в 1954 году
Ситуация изменилась лишь в 1954 году, когда американские ученые из компании “Bell Laboratories” заявили о создании солнечных батарей на основе кремния. Речь о фотоэлектрических преобразователях, или фотоэлементах, которые преобразуют солнечную энергию в постоянный электрический ток. Эффективность этих батарей составляла 6%, что намного выше всех существующих до этого разработок. Во время пресс-конференции солнечная батарея обеспечила электроэнергией игрушечное “колесо обозрения” и радиопередатчик.
Первый спутник с солнечными панелями «Авангард-1»
Принцип их работы достаточно простой — кванты света, попадая на пластину кремниевого полупроводника, выбивают электрон с внешней орбиты атома. Так как образуется большое количество свободных электронов, в цепи возникает постоянный электрический ток.
Уже 17 марта 1958 года США запустили первый спутник, оснащенный солнечными батареями, который получил название “Авангард-1”. С тех пор началась эпоха солнечных панелей, которые по сей день продолжают совершенствоваться и становиться более эффективными. Правда, в последнее время многие ученые стали говорить о том, что солнечная энергетика не такая экологичная и безопасная для окружающей среды, как предполагалось ранее. Поэтому в нынешнем виде ее нельзя назвать идеальной.
Читать далее →
Свежие комментарии