CC BY
95
Карпович Э.В. Обеспечение энергией с помощью солнечных батарей и лазеров // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. - Спецвыпуск №2. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/spetsvypusk-2/31-spets02/415-00164. - ISSN 2413-4066
УДК 621.30.1(02):631.371:658.264(075.8)
Карпович Эдуард Владимирович
Кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», г.Орёл
karpowich.ed@yandex.ru
Обеспечение энергией с помощью солнечных батарей и лазеров
Аннотация. Статья посвящена современным направлениям использования экологически чистых возобновляемых источников энергии в различных отраслях, в том числе, в аграрном секторе. Особое внимание уделено применению солнечных батарей и лазеров для передачи энергии.
Ключевые слова: Возобновляемые источники энергии, солнечные батареи, лазеры, гелиоэнергетические программы.
В настоящее время широко распространено обеспечение энергией с помощью солнечных батарей. Сегодня гелиоэнергетические программы приняты более чем в 70 странах мира [1]. Разнообразные устройства, преобразующие энергию солнца, уже сейчас активно используются для отопления, освещения и вентиляции зданий, опреснения и подогрева воды, производства электроэнергии.
Рис. 1. Самолёт с солнечными панелями. Рис. 2. Поезд с солнечными панелями.
Сконструированы различные транспортные средства, приводимые в движение солнечной энергией: моторные лодки, яхты, солнечные самолёты (рис. 1), дирижабли с солнечными панелями. Всё более массово солнечные батареи незначительной мощности используются для кондиционирования воздуха в салонах, подзарядки пусковых аккумуляторов на стоянках, питания радио- и телеаппаратуры в обычных автомобилях. В Италии и Японии фотоэлектрические элементы устанавливаются на крышах железнодорожных поездов (рис. 2). Они производят электричество для энергообеспечения кондиционеров, аварийных систем и освещения.
Солнечный автомобиль - это электромобиль, снабжённый солнечными батареями достаточно большой мощности, в которых энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговый двигатель и заряжающий аккумуляторы (рис. 3). На таких экспериментальных образцах отрабатывают различные высокие технологии, например, испытывают высокоэкономичные электродвигатели, компактные, лёгкие и ёмкие аккумуляторы и, наконец, те же самые солнечные батареи. Кстати, уже разработаны фотоэлементы, способные преобразовывать в электрический ток до 36% солнечной энергии.
Рис. 3. Автомобиль с солнечными панелями. Рис. 4. Швейцарский солнечный самолёт.
Нашли применение фотоэлектрические преобразователи и при строительстве автомобильных дорог. Сверхсовременная автомагистраль может вырабатывать электричество, чтобы обслуживать саму себя, а излишками обеспечивать функционирование сопутствующей инфраструктуры. Однако воплощение идеи пока слишком дорого.
В Швейцарии был сконструирован пилотируемый самолёт на солнечных батареях для кругосветного перелёта (рис. 4). Уже состоялся полёт этого самолёта продолжительностью более суток. Инженеры Великобритании сконструировали солнечный беспилотный самолёт «Зефир» с углеволоконными крыльями, покрытыми фотоэлектрическими панелями не толще бумажного листа, и литиево-серными аккумуляторами, которые в течение дня запасают электричество на ночную часть полёта (рис. 5). Этот летательный аппарат уже провёл в небе без посадки более 14 дней, но перед конструкторами наметилась серьёзная проблема -обеспечение энергией самолёта при сильной и продолжительной облачности. В этом случае солнечный свет можно заменить мощным лазерным лучом, посылаемым с земли (рис.6). По мнению специалистов, дальнейшее развитие беспилотных летательных аппаратов на фотоэлектрических элементах будет происходить именно по этому пути [2]. По оценкам инженеров, на борт такого самолёта вполне реально доставлять от 100 Вт до нескольких киловатт энергии при высоте полёта примерно 1,5 км и удалении от лазерной установки до 15 км. За счёт лучевой заправки аккумуляторов летательный аппарат может удаляться на сотни километров и подниматься на большие высоты, игнорируя облака.
Рис. 5. Солнечный беспилотник «Зефир». Рис. 6. Лазерная подпитка беспилотника.
Плотность энергии в луче вблизи самолёта ограничена необходимостью охлаждения фотоэлектрических ячеек и при должной концентрации излучения может превышать 6 кВт на 1 м2. Это больше, чем естественный поток солнечного света, поэтому лазерные приёмники на борту беспилотников могут быть меньше по размерам, чем панели солнечных батарей. Лазерная заправка может быть практически непрерывной, если аппарат регулярно подходит в «подпитывающую» зону. В настоящее время уже разработаны компактные и чрезвычайно мощные наборы инфракрасных лазерных диодов и фотогальванические батареи, оптимизированные для конвертации такого типа луча в ток. Апробирована и система слежения за самолётом, обеспечивающая точный прицел энергетического луча.
Данные разработки могут найти широкое применение в сельском и лесном хозяйствах [3]. При размещении соответствующего оборудования на борту такие солнечные самолёты могут быть использованы для наблюдения за метеорологическими условиями, за стадами при кочевом животноводстве [4,5], за миграциями животных в слабозаселённых районах, за редкими и исчезающими видами при осуществлении природоохранной деятельности, а также за лесными пожарами.
Ссылки на источники:
1. Карпович Э.В. Передача энергии и информации с помощью солнечных батарей и лазеров // Перспективное развитие науки, техники и технологий: материалы 3-й Международной научно-практической конференции в 3-х томах. Ответственный редактор Горохов А. А., -Курск: ЮЗГУ, 2013. - С.113-117.
2. http://www.membrana.ru.
3. Карпович Э.В. Перспективные направления использования солнечных батарей // Энергосберегающие технологии и техника в сфере АПК: Материалы Межрегиональной выставки-конференции 17-19 ноября 2010 г. - Орёл: Издательство ОрёлГАУ, 2011. - С. 111115.
4. Карпович Э.В. Некоторые направления использования фотоэлектрических элементов // Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы II Международной научно-практической конференции. - Саратов: Издательство «КУБиК», 2011. - С. 137-140.
5. Карпович Э.В. Перспективные направления использования солнечных батарей // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. - 2011. - №4. - С.34-36.
Eduard Karpovich
Candidate Of Technical Sciences, Associate Professor
FSBEI HE «Orel state agricultural university n.a. N.V. Parahin», Orel.
The Provision Of Energy Through Solar Panels And Lasers
Abstract. The article is devoted to modern trends in the use of environmentally friendly renewable energy sources in various industries, including in the agricultural sector. Special attention is paid to the application of solar batteries and lasers for transmitting power.
Key words: Renewable energy, solar panels, lasers, solar energy program.
