Принцип действия солнечных электростанций. Предыстория

Идея солнечной космической электростанции (СКЭС) впервые была сформулирована в США П.Е. Глезером (P.Е. Glaser) в 1968 году. Предлагалось разместить на геосинхронной орбите солнечные батареи большой мощности, снабженные преобразователями постоянного тока в сверхвысокочастотное (СВЧ) электромагнитное излучение. Выбор геосинхронной орбиты (порядка 36 000 км) в качестве места базирования СКЭС обеспечивает зависание станции над определенным пунктом на земной поверхности, а использование направленного пучка электромагнитного излучения позволяет передать энергию со станции на Землю, где она может быть преобразована в электрический ток промышленной частоты. Плоскость геосинхронной орбиты выбиралась совпадающей с экваториальной плоскостью Земли, наклоненной, как известно, на 23,5° к плоскости эклиптики (рис. 1), что обеспечивает почти круглогодичную освещенность панелей солнечных батарей. Затенение батарей тенью Земли наблюдается в точках весеннего и осеннего равноденствия и не превышает в общей сложности 1,2 ч. Учитывая также, что плотность солнечной радиации на геосинхронной орбите составляет 1,4 кВт/м2 , что в 2–2,5 раза больше, чем в среднем на Земле, становятся очевидными преимущества СКЭС пе- ред наземными станциями. Разумеется, не менее очевидны и трудности, прежде всего экономические, связанные с реализацией этого проекта. Однако известным стимулом для развития работ в данном направлении, помимо создания возобновляемого источника энергии, является решение проблемы сохранения окружающей среды от все более возрастающего теплового загрязнения планеты тепловыми отходами индустриальной цивилизации. Попытки отдельных стран оградить себя от пагубного влияния собственной индустрии, вынося ее за пределы национальной территории, неспособны уже сегодня решить эту глобальную проблему, и предлагаемое писателями- фантастами строительство заводов на околоземных орбитах не представляется предметом отдаленного будущего.
Неудивительно поэтому, что с конца 60-х годов началась интенсивная теоретическая и экспериментальная проработка различных вариантов мощных солнечных станций на геосинхронной орбите и отдельных элементов их конструкции (достаточно подробный обзор этих работ можно найти в [3]). Одним из важных результатов проведенных в 70-е годы работ явилась осуществленная в 1975 году Лабораторией реактивного движения совместно с Научно-исследовательским центром им. Льюиса (НАСА, США) наземная трансляция 30 кВт СВЧ- мощности на расстояние в 1 милю (1,6 км) применительно к задачам СКЭС [3, 4]. Но это особая тема. Здесь же мы остановимся на вопросах преобразования солнечной энергии в электричество на СКЭС.