Если принимать во внимание не только неоргани­ческие, но и органические вещества, то можно назвать миллионы электродных реакций, пригодных для ис­пользования в фотохимических элементах. Современ­ный уровень знаний в большинстве случаев не позво­ляет точно предсказать скорости протекания таких реакций (а также связанных с нею факторов, в част­ности подвижности ионов). В последнее время отме­чается повышенный интерес к изучению различных способов производства энергии, в том числе с исполь­зованием электрохимических и фотохимических про­цессов. Ученые не теряют надежды, хотя получен­ные до настоящего времени значения суммарного КПД для реакций, казавшихся весьма перспектив­ными, очень разочаровывают.

V. Некоторые общие проблемы и перспективы развития солнечной энергетики

Солнечную энергию часто считают беспредельной поскольку она почти повсюду без всякого участия нашей стороны льется мощными потоками. Многих удивляет, почему же этот огромный источник не обеспечивает в изобилии дешевой энергией. Но она, как и энергия других источников, недешева. Любое получение энергии связано с материальными затратами, а затраты на получение солнечной энергии особенно велики.

Одним из препятствий широкому использованию солнечной энергии является низкая интенсивность солнечной радиации даже при наилучших атмосфер­ных условиях. Около полудня в тропиках на освещенной поверхности коллектора она достигает 1 кВт/м2. Но и в этих идеальных условиях многие из рассмотренных нами устройств, предназна­ченных для преобразования солнечной энергии в дру­гие более удобные для практического применения ви­ды, дают на выходе не больше 150 Вт/м2. Ежедневное же количество получаемой таким способом энергии не превышает 0,5—1 кВт•ч/м2. Необходимость исполь­зования коллекторов огромных размеров делает такой способ преобразования неэкономичным и ограничивает его возможности удовлетворением относительно не­больших энергетических потребностей местного значе­ния. В наиболее развитых странах ежедневная энер­гетическая потребность на душу населения составляет около 50 кВт-ч. Следовательно, чтобы обеспечить энергией город с населением порядка 100 тыс. человек даже при наиболее эффективном методе преобразования солнечной энергии, нужны коллекторы общей площадью около 5 км2. Подобных размеров установка заняла бы всю территорию такого города. В развивающихся же аграрных странах с их более скромными энергетическими запросами перспективы применения солнечной энергии весьма разнообразны. Солнечные энергоустановки в таких условиях могли бы успешно конкурировать с источниками энергии других типов. Известен опыт успешного применения здесь солнечных водонагревателей. Даже в развитых странах солнечный водона­греватель мог бы полностью обеспечить горячей водой обычный жилой дом, причем необходимая площадь коллектора оказывается несколько меньше крыши дома. Миллионы подобных устройств успешно про­шли испытания.

Другое серьезное пре­пятствие к широкому практическому использованию солнечной энергии заключается в значительных се­зонных и суточных колебаниях интенсивности солнеч­ной радиации и отсутствие ее в течение большей части суток.

Непостоянство интенсивности солнечной радиации относится к числу важнейших ее особенностей, с ко­торыми приходится считаться при использовании сол­нечной энергии. Но в ряде случаев некоторые колебания вы­ходной мощности солнечной установки вполне допу­стимы. Например, при использовании преобразова­телей солнечной энергии для орошения засушливых районов непостоянство солнечной радиации не только не является серьезным препятствием к применению подобных установок, но и достаточно хорошо согла­суется с запросами потребителя. Но такие случаи редки, гораздо чаще требуется обеспечить постоянный уровень выходной мощности установки. Тогда избы­точную энергию, поступающую днем, необходимо ак­кумулировать, чтобы затем использовать ее в ночное время.

Для аккумулирования солнечной энергии, кроме традиционных способов накопления ее в виде электричества в кислотных или щелочных аккумуляторах - крайне неэкономичных и неэффективных - может использоваться и такой как электролиз воды с образованием во­дорода и кислорода. Полученные газы можно соби­рать и хранить продолжительное время, запасенную в них энергию можно затем получить при их со­единении, например в топливном элементе. В послед­нем случае восстанавливается до 60% энергии, затра­ченной при электролизе. Этот способ позволяет избе­жать потерь энергии в процессе ее хранения. В процессе разложения воды, для разделения одной молекулы на ее элементы с высвобождением одной молекулы водорода необходи­мо около 3 эВ энергии. Поскольку 1 кВт-ч соответ­ствует-2,3*1025 эВ, то в идеальном случае такая элек­тролитическая система должна производить около 7,5*1024 молекул водорода на 1 кВт-ч затраченной энергии. При обычной температуре это количество водорода занимает объем около 0,25 м3. Следователь­но, хранить водород в количествах, соответствующих нескольким МВт-ч энергии, необходимо в условиях высокого давления. При таком способе аккумулиро­вания энергии важным фактором является стоимость компрессора и сосудов для хранения газа.

Повышение к. п. д. преобразователей солнечной энергии в большинстве случаев связано с применением концентрирующих зеркал и соответствующих систем слежения за кажущимся движением солнца. Стои­мость зеркал и приспособлений для управленияимиможет достигать 3/4 общей стоимости установки. Эф­фективная система с использованием зеркал для крупномасштабного производства энергии должна стоить не менее 200 долл. в пересчете на квадратный метр поверхности коллектора диаметром до нескольких метров. С увеличением диаметра коллектора вдвое его стоимость, - приведенная к единице поверхности, возрастает на 30%. Эти особенности систем с концентраторами значи­тельно ухудшают их экономические показатели, по­скольку стоимость плоского коллектора независимо от его размеров составляет лишь десятую часть от стоимости концентратора. Разница в стоимости обуслов­лена особыми требованиями в отношении точности геометрической формы концентратора, точности уп­равления его положением и его устойчивости против ветра. В результате при использований концентрато­ров стоимость устройств возрастает быстрее, чем их КПД.

Материальные затраты на создание системы тепловая машина—плоский коллектор оцениваются величиной 1000 долл, на 1 кВт мощности. На первый взгляд, может показаться, что из-за высокой стоимости энергии такие системы будут неконкурентоспособными по сравнению с тепловыми или гидроэлектростанциями, для которых этот показатель составляет около 100 долл. на 1 кВт мощности. Даже мелкие дизельные электроустановки не требуют больших затрат. Однако если учесть стоимость топлива, то приведенное сравнение будет не столь разительным. Не исключено, что низкотемпера­турные солнечные энергоустановки как по стоимости технического обслуживания, так и по сроку службы окажутся вне конкуренции. По этим показателям, провести сопоставление еще труднее. Подсчитано, что с помощью небольших низкотемпературных солнечных установок можно было бы получать электроэнергию стоимостью порядка 0,05—0,01 долл. за 1 кВтч. Аналогичная цифра для коллектора типа солнечный бассейн составляет около 0,02 долл. за 1 кВтч.