Солнце всегда притягивало внимание ученых и любителей посмотреть галактику через мощнейшую оптику. Разгадать ее яркие вспышки, приносящие излучения на землю, приходится специалистам в различных областях науки. Нам же представляется возможность разобраться в вопросах образования солнечной энергии, вернее и правильнее будет солнечного ветра, что он из себя представляет и какую выгоду можно получить от их потоков землянам.
Итак, что представляет собой солнечный ветер? Это постоянный радиальный поток плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. Поток энергии, идущий из недр Солнца, нагревает плазму короны до 1,5-2 млн.К. Постоянный нагрев не уравновешивается потерей энергии за счет излучения, так как плотность короны мала. Избыточную энергию в значительной степени уносят частицы солнечного ветра. Корона, таким образом, не находится в гидростатистическом равновесии, она непрерывно расширяется. По составу солнечный ветер не отличается от плазмы короны(солнечный ветер содержит образовавшиеся протоны, электроны, немного ядер гелия, ионов кислорода, кремния, серы, железа). У основания короны (в 10 тыс. Км. От фотосферы Солнца) частицы имеют радиальную скорость порядка сотен м/с, на расстоянии нескольких солнечных радиусов она достигает скорости звука в плазме (100-150 км/с), у орбиты земли скорость протонов составляет 300-750 км/с, а их пространственная концентрация - от нескольких частиц до несколько десятков частиц в 1 см кубическом. При помощи межпланетных космических станций установлено, что вплоть до орбиты Сатурна плотность потока частиц солнечного ветра убывает по закону (ro/ r)2 , где r - расстояние от Солнца, ro - исходный уровень. Солнечный ветер уносит с собой петли силовых линий солнечного магнитного поля, которые образуют межпланетное магнитное поле.
Сочетание радиального движения частиц солнечного ветра с вращением Солнца придает этим линиям форму спиралей. Крупномасштабная структура магнитного поля в окрестностях Солнца имеет вид секторов, в которых поле направлено от Солнца или к нему. Размер полости, занятый солнечным ветром, точно не известен(радиус ее, по-видимому, не меньше 100 а.е.). У границ этой полости динамическое давление солнечного ветра должно уравновешиваться давлением межзвездного газа, галактического магнитного поля и галактических космических В окрестностях земли столкновение потока частиц солнечного ветра с геомагнитным полем порождает стационарную ударную волну перед земной магнитосферой (со стороны Солнца) . Солнечный ветер как бы обтекает магнитосферу, ограничивая ее протяженность в пространстве. Изменения интенсивности солнечного ветра, связанные со вспышками на солнце, являются основной причиной возмущений геомагнитного поля и магнитосферы (магнитных бурь).
За год Солнце теряет с солнечным ветром часть ~ 2 х х 10 _14 своей массы. Естественно считать, что истечение вещества, подобное солнечному ветру, существует и у других звезд («звездный ветер»). Он должен быть особенно интенсивным у массивных звезд и с высокой температурой поверхности и у звезд с протяженной атмосферой (красных гигантов), т.к. в первом случае частицы сильной развитой звездной короны обладают достаточно высокой
энергией, а во втором - низка параболическая скорость(скорость ускользания). Значительные потери массы со звездным ветром могут существенно влиять на эволюцию звезд. В свою очередь звездный ветер создает в межзвездной среде «пузыри» горячего газа - источники рентгеновского излучения.
Как и тысячи лет назад потоки солнечного ветра доходят до земли. Первыми на активные солнечные бури реагируют пожилые люди, сказываются они и на телекоммуникациях, спутниковой связи, в работе предприятий аэрокосмической отрасли. Привычным делом становится «обуздать» данную стихию, приносящую пользу обществу. В последние годы устанавливаются солнечные батареи в жилых домах, жилых кварталах, на производстве, чтобы сэкономить часть средств, предназначенных на освещение, отопление, приготовление пищи.
Природа заставляет нас, людей, интересоваться ею. В литературных источниках есть сведения о том, что есть солнечные водонагреватели, солнечные батареи, солнечная кухня, солнечный датчик, солнечный телескоп и др. Сегодня уже создают автомобили, электромобили, которые используют солнечные потоки для выработки энергии. Чтобы идти в походы, помощником может стать транзисторный радиоприемник. Его можно создать из полупроводниковой солнечной батареи. Как известно, при освещении светом полупроводник становится источником электрического тока - фотоэлементом. Этим свойством мы и воспользуемся. Сила тока и электродвижущая сила такого фотоэлемента зависят от материала полупроводника, величины его поверхности и освещенности. Но чтобы превратить диод или транзистор в фотоэлемент, нужно добраться до полупроводникового кристалла, а, говоря точнее, его нужно вскрыть. Как это сделать, расскажем чуть позже, а пока загляните в таблицу, где приведены параметры самодельных фотоэлементов.
Все значения получены при освещении лампой мощностью 60 Вт на расстоянии 170 мм, что примерно соответствует интенсивности солнечного света в погожий осенний день. Как видно из таблицы, энергия, вырабатываемая одним фотоэлементом, очень мала, поэтому их объединяют в батареи. Чтобы увеличить ток, отдаваемый во внешнюю цепь, одинаковые фотоэлементы соединяют последовательно. Но наилучших результатов можно добиться при смешанном соединении, когда фотобатарею собирают из последовательно соединенных групп, каждая из которых составляется из одинаковых параллельно соединенных элементов (рис. 3). Предварительно подготовленные группы диодов собирают на пластине из гетинакса, органического стекла или текстолита, например, так, как показано на рисунке 4. Между собой элементы соединяются тонкими лужеными медными проводами. Выводы, подходящие к кристаллу, лучше не паять, так как при этом от высокой температуры можно повредить полупроводниковый кристалл. Пластину с фотоэлементом поместите в прочный корпус с прозрачной верхней крышкой. Оба вывода подпаяйте к разъему - к нему будете подключать шнур от радиоприемника. Солнечная фотобатарея из 20 диодов КД202 (пять групп по четыре параллельно соединенных фотоэлемента) на солнце генерирует напряжение до 2,1 В при токе до 0,8 мА. Этого вполне достаточно для того, чтобы питать радиоприемник на одном-двух транзисторах.
Теперь о том, как превратить диоды и транзисторы в фотоэлементы. Приготовьте тиски, бокорезы, плоскогубцы, острый нож, небольшой молоток, паяльник, оловянно-свинцовый припой ПОС-60, канифоль, пинцет, тестер или микроамперметр на 50-300 мкА и батарейку на 4,5 В. Диоды Д7, Д226, Д237 и другие в похожих корпусах следует разбирать так. Сначала отрежьте бокорезами выводы по линиям А и Б (рис.1). Смятую при этом трубочку В аккуратно расправьте, чтобы освободить вывод Г. Затем диод зажмите в тисках за фланец. Приложите к сварному шву острый нож и, несильно ударив по тыльной стороне ножа, удалите крышку. Следите за тем, чтобы лезвие ножа не проходило глубоко вовнутрь - иначе можно повредить кристалл. Вывод Д очистите от краски - фотоэлемент готов. У диодов КД202 (а также Д214, Д215, Д242-Д247) плоскогубцами откусите фланец А (рис.2) и отрежьте вывод Б. Как и в предыдущем случае, расправьте смятую трубку В, освободите гибкий вывод Г.
Что представляет собой солнечная батарея? Солнечную батарею считают фотоэлектрическим генератором, так как это устройство непосредственно преобразует энергию светового излучения в электрическую энергию. Электрический ток в солнечных батареях возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементе при попадании на него светового излучения. Наиболее эффективны солнечные батареи, основывающие на возбуждении эдс на границе между проводником и светочувствительными
277
полупроводниками. Мощность солнечных батарей до 10 кВТ, коэффициент полезного действия 10-20%. Солнечные батареи применяются в качестве источника автономного энергопитания в жилых домах, на метеостанциях и т.д. Есть изобретение, оформленное в виде патента Российской федерации за номером RU2282271, где говориться об изобретении панели солнечной батареи с концентратом. Авторами изобретения являются: Кудряшов Виктор Спиридонович и Сахнов Михаил Юрьевич .Патентообладателем является Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева". Действует патент с 6 марта 2004 года.
Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к конструкции солнечных батарей космического и наземного применения. Технический результат изобретения: повышение коэффициента концентрации при эквивалентной суммарной ширине отражателей. Сущность: концентратор, установленный по одной или более сторонам панели, выполнен из двух отражателей, установленных таким образом, чтобы потоки солнечного света, отраженные от обоих отражателей, равномерно падали на поверхность солнечной батареи. Как авторы патента описывают это изобретение: «При использовании солнечных батарей требуется получать максимальную мощность с единичной площади фотоактивной поверхности. Эта цель может быть достигнута увеличением плотности светового потока на фотоэлектрические преобразователи. Одним из средств, применяемых для решения данной задачи, является концентратор, устанавливаемый на панель солнечной батареи».
Суть предлагаемого изобретения заключается в следующем. На боковую сторону панели солнечной батареи 1 устанавливается два отражателя 2 и 3. Ширина отражателей и углы установки выбираются таким образом, чтобы потоки солнечного света 4, отраженные от обоих отражателей, равномерно падали на поверхность панели солнечной батареи. Это условие позволяет выбрать оптимальную электрическую схему солнечной батареи, т.к. Устанавливают сегодня и солнечные водонагреватели, рационально использующиеся в быту. Почему? Давайте рассуждать. Во-первых, в летнее время солнечных лучей бывает гораздо больше, чем в зимнее. Во-вторых, есть все шансы сэкономить значительную сумму средств. На юге Казахстана больше теплых, жарких дней, чем в других регионах. Что же из себя представляет солнечный водонагреватель? Это такая гелиоустановка (обычно типа «горящего ящика») для нагревания воды до 50-60 градусов Цельсия(для душевых, прачечных и т.п.). Как его установить? Облучаемая поверхность солнечных водонагревателей ориентируется на юг и устанавливается под углом 25-35 градусов к горизонту. Котел, в котором нагревается вода, может быть трубчатым или плоским (последний обладает более высоким коэффициентом). Горячая вода поднимается вверх и накапливается в расходном баке, холодная поступает в нижнюю часть котла. Дневная производительность солнечных водонагревателей в среднем 70-80 литров с температурой 55 градусов с 1 квадратного метра поверхности водонагревателя. На юге Казахстана в каждом частном доме есть душ, состоящий из конструкций собственного производства и эффективный, малозатратный, залил воду и получил результат в виде нагретой воды через определенное время.
Вывод. На стыке тысячелетий изобретатели и авторы охранных документов всегда стремились найти что то новое, создать ноу-хау или такие инновационные технологии, которые бы отличались экономичностью, малозатратностью, эффективностью. Их научные открытия и исследования направлены на защиту окружающей среды, экологии. Все чаще в СМИ, в газетах и на телевидении говорят об озоновых дырах, надвигающемся ледниковом периоде на одной части планеты и наоборот потепления на другой, о пыльных бурях. Все вместе взятое заставляют всех нас иначе взглянуть на происходящее на Земле. Чтобы найти достойное место под Солнцем, уже сегодня прибегают к нанотехнологиям или инновациям в промышленной индустрии, информационных системах, коммуникациях, космосе.
ЛИТЕРАТУРА
- Политехнический словарь. Издание третье. М.: Советская энциклопедия, 1989, С.491-492.
- Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1984, С.699.
- Патент Российской Федерации за номером RU2282271.Изобретение панели солнечной батареи с концентратом. Авторы изобретения В.С. Кудряшов, М.Ю.Сахнов. Патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева".2004.06.03.