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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Das Funktionsprinzip von Solarkraftwerken. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Sonnenstrahlung ist eine umweltfreundliche und erneuerbare Energiequelle. Die Sonnenenergiereserven sind riesig, die jährliche Energiemenge, die auf die Erde gelangt, beträgt 1,05 * 1018 kWh, wovon 2 * 1017 kWh auf die Landoberfläche fallen. Von dieser Energiemenge können 1,62 * 1016 kWh pro Jahr ohne Umweltschäden genutzt werden, was einer Verbrennung von 2 * 1012 Tonnen Referenzbrennstoff (toe) pro Jahr entspricht. Letztere Zahl ist 60-mal höher als die Prognose für die Produktion aller Arten von Energieressourcen auf der Welt im Jahr 2020 (34,2 Milliarden Tonnen). Die Nutzung dieser Energie zur Stromerzeugung in großem Maßstab ist jedoch mit großen Schwierigkeiten verbunden, vor allem in der geringen Dichte der Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche und der intermittierenden Natur ihres Empfangs (Nacht, Bewölkung, Wolkige Tage). Bekannte Möglichkeiten zur Überwindung dieser Hindernisse sind die Schaffung von Energiespeichern und kombinierten Solar-Brennstoff- oder Solar-Atom-Energiesystemen sowie der Einsatz von Solarenergie-Konzentrationsgeräten, die die Dichte erhöhen. Leider sind diese Lösungen aufgrund ihrer mangelnden Wettbewerbsfähigkeit gegenüber herkömmlichen Kraftwerken insbesondere in Ländern in hohen Breitengraden nicht weit verbreitet. Ganz andere Ergebnisse könnten erzielt werden, wenn bodengestützte Solarkraftwerke aufgegeben und in eine geosynchrone Umlaufbahn gebracht würden. Die Idee eines Solar-Weltraumkraftwerks (SCES) wurde erstmals in den USA von P.E. formuliert. Glaser (R.E. Glaser) im Jahr 1968. Es wurde vorgeschlagen, Hochleistungs-Solarmodule in einer geosynchronen Umlaufbahn zu platzieren, die mit Gleichstrom-zu-Mikrowellen-(MW)-Wandlern für elektromagnetische Strahlung ausgestattet sind. Die Wahl einer geosynchronen Umlaufbahn (ca. 36 km) als Standort des SCES gewährleistet, dass die Station über einem bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche schwebt, und die Verwendung eines gerichteten elektromagnetischen Strahlungsstrahls ermöglicht die Übertragung von Energie von der Station zur Erde , wo es in elektrischen Strom mit industrieller Frequenz umgewandelt werden kann. Die Ebene der geosynchronen Umlaufbahn wurde so gewählt, dass sie mit der Äquatorialebene übereinstimmt. Die Erde ist bekanntlich um 23,50 zur Ebene der Ekliptik geneigt (Abb. 1), was eine fast ganzjährige Beleuchtung von Sonnenkollektoren ermöglicht. Die Verschattung der Batterien durch den Erdschatten wird an den Punkten der Frühlings- und Herbst-Tagundnachtgleiche beobachtet und beträgt insgesamt nicht mehr als 1,2 Stunden. Wenn man auch bedenkt, dass die Dichte der Sonnenstrahlung in der geosynchronen Umlaufbahn 1,4 kW/m2 beträgt, was 2-2,5-mal höher ist als der Durchschnitt auf der Erde, werden die Vorteile von SCES gegenüber Bodenstationen offensichtlich.
Natürlich sind die vor allem wirtschaftlichen Schwierigkeiten, die mit der Umsetzung dieses Projekts verbunden sind, nicht weniger offensichtlich. Ein bekannter Anreiz für die Entwicklung der Arbeit in dieser Korrektur ist jedoch neben der Schaffung einer erneuerbaren Energiequelle die Lösung des Problems, die Umwelt vor der ständig zunehmenden thermischen Verschmutzung des Planeten durch thermische Abfälle zu schützen industrielle Zivilisation. Die Versuche einzelner Länder, sich vor dem schädlichen Einfluss der eigenen Industrie zu schützen, indem sie diese außerhalb des Staatsgebiets verlegen, können dieses globale Problem bereits heute nicht lösen, ebenso wie der von Science-Fiction-Autoren vorgeschlagene Bau von Fabriken in erdnahen Umlaufbahnen scheint keine ferne Zukunft zu sein. Es ist daher nicht verwunderlich, dass seit Ende der 60er Jahre eine intensive theoretische und experimentelle Untersuchung verschiedener Optionen für leistungsstarke Solarstationen im geosynchronen Orbit und einzelner Elemente ihrer Gestaltung begann.
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