Техника - молодёжи 1959-03, страница 12

квт, в миллион раз больше, чем вся электрическая энергия, производимая во всем мире.

За несколько дней солнце дает столько энергии, сколько ее можно извлечь из всех запасов угля и нефти, накопленных за миллиарды лет. Растения, которые выполняли и продолжают выполнять эту задачу, превращают в химические запасы меньше 1 % получаемой от солнца энергии.

Разумеется, солнечная энергия имеет и свои слабые стороны. По ночам солнце не светит. Облака ослабляют его свет. Нужны громадные площади, чтобы получить электростанцию большой мощности. Так, например, при кпд в 5% для станции в 1 млн. квт необходимо использовать площадь в 2 тыс. га, и то лишь в солнечные дни и среди дня.

Однако есть немало пространств в мире, где число солнечных дней весьма велико, а земля вовсе не используется, например в пустынях. Поэтому размер площади не играет существенной роли. Вопрос лишь в стоимости необходимой установки и в стоимости ее обслуживания.

Если расходы, необходимые для сооружения солнечного генератора электроэнергии в расчете на 1 квт, значительно больше стоимости тепловой или гидравлической установки, то солнечные генераторы невыгодны.

Полупроводниковая техника создала за последние годы фотоэлементы с кпд свыше 10%. Но изготовление их очень сложно и дорого.

Можно построить паровые машины на солнечной энергии, но для этого нужно зеркалами концентрировать солнечные лучи для нагрева паровых котлов. Зеркала приходится поворачивать по ходу солнца, что очень затрудняет подачу пара в паровые машины. Все попытки такого решения вопроса оказались пока слишком дорогими, а фактический кпд солнечных паровых машин не выше 1%.

А как действовали бы термоэлементы, где зеркала нужны, но не нужны машины?

Подсчеты и предварительные опыты говорят, что перед нами вполне реальная задача, что стоимость одного киловатта была бы невысока. Трудно еще сказать что-нибудь о мощных солнечных электростанциях. Но никогда не надо забывать, что участок со стороною в 100 км мог бы обеспечить электроэнергией весь земной шар. Возможно, что солнечные термобатареи найдут свое место в задачах малого, а быть может, и большого масштаба.

Приведем несколько примеров осуществленных уже термоэлектрических электрогенераторов.

Много есть мест на земном шаре, где нет электричества, но есть керосин для освещения. Если над стеклом керосиновой лампы поместить термобатарею, то она даст достаточно электрической энергии для радиоприемника. Такие лампы изготовляются у нас десятками тысяч и находят применение. На фотографии в заголовке изображена такая лампа, разработанная совместными усилиями Института полупроводников, завода и ленинградского отделения Института связи. Лампа развивает около 3 вт.

Представьте себе' жителя далекого Севера, в чум которого внесена такая

лампа. Оторванный снегами и тундрой от всех, он вдруг узнает по радио новости дня, слушает музыку.

На полях бригады колхозников работают далеко друг от друга. Связь их с руководящим центром осуществляется при помощи радиостанций с диапазоном всего в несколько десятков километров. Для снабжения таких станций электрической энергией термоэлектрические батареи подогреваются керосиновой печкой. Они дают около 15 вт. Прибор разработан А. Н. Ворониным.

От нескольких сот ватт до одного киловатта получают в отдаленных местностях для освещения и для связи от печей, отапливаемых дровами или местным топливом. В сельском хозяйстве 1 квт электрической энергии составляет только 5% поглощаемого тепла печи. Остальное тепло свыше 20 квт идет на подогрев пищи для скота и помещений.

А сколько тепла расходуется зря! Любые тепловые двигатели, автомашины при кпд менее 40% больше половины энергии выделяют в воздух и притом при таких температурах, что термоэлементы могли бы дать еще немало дополнительной электрической энергии без больших затрат. Вспомним, например, как горячи трубы, отводящие сгоревшие газы из автомобильного двигателя. А котлы центрального отопления могли бы одновременно служить источниками электроэнергии. Всякий, не лишенный фантазии и живущий среди современной техники, может придумать десятки применений полупроводниковых термоэлементов.

Но надо сказать, что предстоит преодолеть еще немало трудностей. Высокие температуры, которые необходимы для достижения высокого кпд, оказывают вредные влияния на вещество термоэлементов: иногда происходит окисление, возникают напряжения, которые создают трещины и т. п.

Гораздо уверенней можно говорить о работе термоэлементов при низких температурах: батарея, которая была нами изготовлена 10 лет назад и использовалась при температурах не выше комнатной, до сих пор не изменила своих свойств. А между тем значение таких применений, которые не требуют высоких температур, не менее велико. Здесь речь пойдет об эффекте Пельтье, об охлаждении и нагреве, возникающих в термоэлементах при прохождении тока.

ЧУДЕСНЫЕ ШШЫ1ИКИ

Вернемся снова к нашему термоэлементу из двух полупроводников. Не будем больше нагревать его концы, а пропустим через них электрический

ток. Ток станет отнимать тепло от верхних концов и выделять тепло на нижних, как это происходило в опытах Ленца.

Ясно, что это привело бы к понижению температуры наверху и к подогреву внизу.

Итак, прохождение тока по цепи из двух разных полупроводников вызывает охлаждение на одной границе, например наверху, и нагрев на другой границе — внизу.

Так именно и действуют термоэлектрические холодильники и нагреватели. И в том и в другом случае приходится затрачивать электрическую энергию, чтобы по цепи проходил ток.

Чем меньше электроэнергии затрачивается, чтобы отнять или сообщить необходимое количество тепла, тем лучше холодильник или нагреватель. Достоинство того или иного устройства определяется отношением отнятой или сообщенной тепловой энергии к затраченной электроэнергии.

Такое отношение называют холодильным коэффициентом, когда требуется охлаждать что-нибудь, например непрерывно отводить от внутреннего объема холодильника тепло, которое в него переходит извне, через его стенки.

Современная наука установила твердые нормы для этих коэффициентов, выше которых не может получить никакое устройство, каково бы оно ни было.

Такой идеальный холодильный коэффициент равен отношению абсолютной температуры помещения, которое охлаждается, к той разности температур, которая установилась между теплыми и холодными концами. Это число порядка от 6 до 10.

Для наших термоэлементов холодильный коэффициент составляет около 12,5% от наивысшего возможного. Если последний равен 6 или 7, то холодильный коэффициент термоэлектрических холодильников может составлять около 0,8. Эта оценка приближает их к более сложным и дорогим холодильникам, находящимся в обращении. Хотя некоторые из последних потребляют меньше энергии, но это не играет большой роли, так как общая затрата электроэнергии в десятки ватт несущественна по сравнению с другими преимуществами.

Мы встречаемся с вопросом о стоимости термоэлементов. Она невелика. В зависимости от избранной конструкции она может составлять несколько десятков рублей.

Однако стоимость термоэлементов— это далеко не все. Термоэлементы требуют постоянного тока, а в квартиры подается ток переменный; приходится включать выпрямители. Дороже, чем вещество термоэлементов, стоит устройство для передачи тепла от них в комнатный воздух и снятие тепла из внутренности холодильника.

Пока изготовляются только небольшие их количества, и трудно предвидеть, во что будут обходиться термоэлектрические холодильники при массовом их изготовлении. Однако перспективы можно считать вполне благоприятными.

Холод нужен не только в квартире. Хранение и транспорт продуктов питания создали целую холодильную про^

8