Техника - молодёжи 1988-11, страница 15

истоки

Владимир ЛОБОВ, инженер

Человек умел использовать энергию Солнца всегда. Нагревшаяся в полдень скала — пожалуй, первый аккумулятор тепловой энергии, ставший известным озябшему в промозглой пещере нашему пращуру. Солнечные лучи применяли для сушки одежды, вяления рыбы, дубления шкур. Они выпаривали воду, стимулировали активность пищевых грибков, служили дезинфицирующим средством...

К XVI—XIV тысячелетиям до нашей Эры относят найденные на берегу Енисея остатки небольшого жилища типа чума. Вход в него был с южной стороны. В хорошую погоду откидывался полог, и дом заполнялся теплом и светом. Солнечное ориентирование жилиш было свойственно многим древним народам.

Ко II тысячелетию до нашей эры широкое распространение получают солнечные часы — первый гелиоприбор.

В Древнем Египте, в XV веке до нашей эры была высечена статуя фараона Аменхотепа III, исторгавшая при восходе Ра удивительные по красоте музыкальные звуки. Разгадка феномена проста. При нагревании солнечными лучами воздух, находившийся в порах внутри камней, расширялся и с шумом выходил через специальные тонкие отверстия. На этом же принципе основано действие знаменитого фонтана, созданного Героном Александрийским. Нагретый солнечными лучами воздух поднимался по трубке, опущенной в сосуд с водой, вытеснял воду, и та била вверх.

К VII веку до нашей эры становятся известными двояковыпуклые стекла (линзы). С их помощью добывают огонь, собирая солнечные лучи в одной точке. Одна из старейших «зажигалок» найдена в развалинах Ниневии (столица Ассирии).

IV век до нашей эры — в Греции изобрели зеркала в виде параболоида вращения. Подобные устройства по сей день являются одними из наиболее эффективных концентраторов солнечной энергии.

К 111 веку до нашей эры относится первое описанное в литературе применение светового оружия. Согласно легенде, Архимед с помощью зеркал сже1 римские корабли, осаждавшие Сиракузы. До недавнего времени многие специалисты смотрели на это сообщение скептически. И вот в 1973 году группа греческих физиков под руководством Ионнаса Саккаса провела «следственный эксперимент». 70 человек вышли в ясный день на берег моря, держа каждый отполированный медный щит размером 1X1,5 м. Они одновременно направили солнечные зайчики от щитов на макет древнеримского корабля. Через несколько мгновений тот вспыхнул...

К сожалению, с упадком средиземноморских античных цивилизаций, с общим застоем в науке падает на какое-то вре

мя интерес и к солнечной энергии. Самое любопытное из сохранившихся до наших дней гелиосооружений первых веков нашей эры находится в Новом Свете. Это построенный в VII веке индейцами дом с солнечным обогревом Монтезума Кастл (США, штат Аризона). Когда дневное светило в зените, дом спасает от палящих лучей нависающая над ним скала, а вечером и утром, когда в тех краях довольно прохладно, косые солнечные лучи нагревают одну из аккумулирующих тепло стенок жилища.

В средние века ученые в разных странах понемногу восстанавливают утраченные «солнечные» секреты древних. Например, в конце XVII века вызвали сенсацию опыты итальянцев Аверани и Тарджиони. Они сожгли алмазы, поместив их в фокусе стеклянной линзы. А в XVIII веке французский ученый Бюффон покоряет публику «солнечным гиперболоидом», который поджигает деревянные предметы на расстоянии порядка 100 м.

В прагматичный век промышленной революции солнечным устройствам не долго суждено было оставаться курьезными игрушками. Изготавливаются линзы для плавления металлов, отжига гончарных изделий. Появляются первые промышленные и бытовые коллекторы. Швейцарский натуралист Соссюр догадался, как задержать тепло в нагреваемом солнечными лучами теле. Ученый вложил один в другой пять стеклянных кубов и поставил их на зачерненную подставку. Когда солнечные лучи падали на подставку перпендикулярно, ее температура поднималась до 110 С1

Начиная с 1791 года мир захлестывает поток изобретений солнечно-оптических устройств: камеры-обскуры, театральные проекционные системы, стробоскопы, микроскопы... Солнце использовалось в них на манер лампы накаливания в современном диапроекторе — изображение проецировалось на стену

В XIX веке применением солнечной энергии для бытовых нужд уже никого не удивишь. Так, английский астроном Джон Гершель, проводя наблюдения за Солнцем на мысе Доброй Надежды в Африке. не утруждал себя сбором дров для костра. Он просто клал сырые полуфабрикаты, предназначенные для обеда, под стеклянный колпак. В блокноте у Герше-ля сохранилась запись: «Было проделано несколько опытов: яйца, фрукты, мясо и т. д. выставлялось для облучения солнечными лучами (21 октября 1837 года). И все это после определенного промежутка времени оказалось прекрасно приготовленным...»

Спустя два года французский исследователь Антуан Беккерель открыл явление, значение которого для мировой науки его современники не смогли оценить по достоинству. Беккерель заметил, что некоторые электрохимические батарейки начинают вырабатывать ток лишь после того, как электролит освещается светом. Но только когда американец Смит в 1873 году обратил внимание на то, что ток, пропускаемый через пластинку селена, резко возрастает, если та на свету.

было положено начало современной фотоэлектрической энергетике.

Соотечественники Смита, Адаме и Дей, в 1876 году доказали, что пластинка селена при ее освещении сама начинает служить источником электрического тока. В 1888 году профессор Казанского университета Ульянин создал селеновый фотоэлемент.

Однако до появления солнечных электростанций было еще далеко. Тон в те времена задавали солнечные паровые машины. (Одну из первых инженер Му-шо выставил на Всемирной выставке в Париже в 1878 году. Она приводила в действие печатный станок.)

Главные события на «солнечном фронте» начали разворачиваться после того, как в 30—40-х годах XX века появились полупроводниковые кристаллы, пригодные для создания фотопреобразователей с высоким КПД. Рекордом в свое время был кремниевый элемент фирмы «Белл» (1954 год) с коэффициентом преобразования солнечной энергии 6%; п-р-переход в нем образовался при термической диффузии бора в кремний с примесью фосфора.

Советские исследователи Лидоренко, Ландсман, Вавилов, наоборот, использовали при экспериментах кремний с первоначальной примесью бора и уже потом вводили в него фосфор. Изготовленные таким образом фотоэлементы отличались высокой стойкостью к жесткому космическому излучению. Третий советский искусственный спутник, запущенный в мае 1956 года, был оснащен радиа-ционно стойкими солнечными элементами. Передатчик спутника бесперебойно работал в течение двух лет.

Один из первых современных «солнечных домов» построил в конце 50-х годов американский гелиотехник Леф. Устройство дома немногим сложнее, чем в Монтезуме Кастл. Две большие картонные колонны во внутренних помещениях заполнены булыжником. Воздух, согре-вясь под черными стеклами на крыше, поступает в колонны и отдает тепло камням. Камни, обладающие большой теплоемкостью, в пасмурные дни медленно возвращают накопленное тепло...

t