1) Пряме використання сонячної енергії
Потужність сонячної радіації, поглинутої атмосферою і земною поверхнею, становлять 10 5 ТВт (10 17 Вт). Ця величина здається величезною в порівнянні з сучасним світовим енергоспоживанням, рівним 10 ТВт. Тому її вважають найбільш перспективним видом нетрадиційної (альтернативної) енергетики.
До основних методів перетворення сонячної енергії відносяться, перш за все, методи прямого використання сонячної енергії - фотоелектричне перетворення і термодинамічний цикл. а також биоконверсия.
Фотоелектричний метод перетворення сонячної енергії заснований на особливостях взаємодії напівпровідникових матеріалів зі світловим випромінюванням. У фотоелектричному перетворювачі вільні носії утворюються в результаті поглинання світлового кванта полупроводником, поділ зарядів проводиться під дією електричного поля, що виникає всередині напівпровідника. Теоретично ККД перетворювача може досягати 28%.
Низька щільність сонячного випромінювання є однією з перешкод його широкого використання. Для усунення цього недоліку при конструюванні фотоелектричних перетворювачів використовуються різного роду концентратори випромінювання. Головні переваги фотоелектричних установок полягає в тому, що вони не мають рухомих частин, їх конструкція дуже проста, виробництво - тих-нологічно. До їх недоліків можна віднести руйнування напівпровідникового матеріалу від часу, залежність ефективності роботи системи від її запиленості, необхідність розробки складних методів очищення батарей від забруднення. Все це обмежує термін служби фотоелектричних перетворювачів.
Гібридні станції, що складаються з фотоелектричних перетворювачів і дизельних генераторів, вже широко використовуються для електропостачання на територіях, де немає розподільних електричних мереж. Наприклад, система такого типу забезпечує електроенергією жителів Кокосового острова, розташованого в Торресовом протоці.
Ріс.5.41. Схема термодинамічної перетворювача сонячної енергії: а - схема з теплообмінником, б - схема без теплообмінника.
Енергію отримують з сонячної енергії методом термодинамічної перетворення практично так само як з інших джерел. Однак такі особливості сонячного випромінювання як низька потужність, добова і сезонна мінливість, залежність від погодних умов, накладають певні обмеження на конструкцію термодинамічних перетворювачів.
Звичайний термодинамічний перетворювач сонячної енергії містить (ріс.5.41) систему уловлювання сонячної радіації, яка призначена частково компенсувати низьку щільність сонячного випромінювання; приймальню систему, яка перетворює сонячну енергію в енергію теплоносія; систему перенесення теплоносія від приймача до акумулятора або до теплообмінника; тепловий акумулятор, який забезпечує пом'якшення залежності від добової мінливості і погодних умов; теплообмінники, що утворюють нагрівальний і охолоджувальний джерела теплової машини.
Для среднетемпературного акумулювання (від 100 до 550 0 С) використовуються гідрати оксидів лужноземельних металів. Високотемпературне акумулювання (температура вище 550 0 С) здійснюється за допомогою оборотних екзо-ендотермічних реакцій.
В даний час ідеї термодинамічної перетворення реалізуються в схемах двох типів: геліостати баштового типу і станції з розподіленим приймачем енергії.
На геліостанції баштового типу енергія від кожного геліостат передається оптичним способом. Управління гелиостатами здійснює ЕОМ. До 80% вартості станції становить вартість геліостатів. Система збору та передачі енергії в установках баштового типу виявляється дуже дорогою. Тому такі установки не набули широкого поширення. У Мексиці, США, працюють установки такого типу потужністю 10 Мвт.
Станції з розподіленими приймачами сонячної енергії виявилися більш перспективними. Концентратори параболічного типу, що обертаються навколо осі, передають енергію трубчастим приймачів, які перебувають на фокальній лінії. В якості теплоносія зазвичай використовується масло. Невирішеною проблемою в геліостанцію є питання про тривалому зберіганні електроенергії. Правда слід зазначити, що це питання не вирішене не тільки в сонячній енергетиці, а й взагалі в енергетиці.
2) Біоконверсія сонячної енергії
Біомаса, як джерело енергії, використовується з найдавніших часів. В процесі фотосинтезу сонячна енергія запасається у вигляді хімічної енергії в зеленій масі рослин. Запасена в біомасі енергія може бути використана у вигляді їжі людиною або тваринами або для отримання енергії в побуті та виробництві. В даний час до 15% енергії у світі виробляється з біомаси.
Найдавніший, і ще широко застосовуваний, спосіб отримання енергії з біомаси полягає в її спалюванні. У сільській місцевості до 85% енергії отримують цим способом. Як паливо, біомаса має ряд переваг перед викопним паливом. Перш за все - це відновлюваних джерело енергії. При спалюванні біомаси виділяється в 10-20 разів менше сірки та в 3-5 разів менше золи, ніж при спалюванні вугілля. Кількість вуглекислого газу, що виділився при спалюванні біомаси, дорівнює кількості вуглекислого газу, витраченого в процесі фотосинтезу.
Енергію біомаси можна отримувати зі спеціальних сільськогосподарських культур. Наприклад, в субтропічному поясі Росії пропонується вирощувати карликові породи динамічного виду папайї. З одного гектара за 6 місяців на дослідних ділянках отримують більше 5 т біомаси по сухому вазі, яку можна використовувати для отримання біогазу. До перспективних видів відносяться швидкозростаючі дерева, рослини, багаті вуглеводами, які застосовуються для отримання етилового спирту (наприклад, цукрова тростина). У США розроблений спосіб виробництва спирту з кукурудзи, в Італії ведуться роботи над розробкою способу рентабельного виробництва спирту з сорго. Близько 200 автобусів в Стокгольмі вже працюють на спирті.
