Генератор на солнечной энергии с прямым преобразованием в электродвижущую силу имеет древнюю историю и вполне реальное воплощение
Предыстория
Идею положенную в основу работы этого генератора подсказали древние манускрипты описания городских энергостанций на солнечных энергиях. Вернее, описание того, что с помощью каких-то кристаллов древние цивилизации могли получать полезную энергию и использовать ее в различных целях. Эта идея вызвала у меня сомнение, - а возможно ли такое в принципе? Нет ли здесь простого приукрашивания и фантазии автора этих статей. Описания установок в этих манускриптах отсутствовали и техническую реализацию необходимо было прорабатывать что называется с нуля. Никаких иных способов преобразования солнечной энергии в электричество кроме как на эффекте фотонной эмиссии (иначе еще называют - фотоэффект), собственно то, на чём сегодня работают солнечные панели и благодаря чему в отдельных регионах дома питаются за счет этой альтернативной энергетики.
Иных способов на ближайшем горизонте не обнаруживается
Напомню, какие способы преобразования солнечной энергии в электричество на сегодня имеются. Я не затрагиваю здесь термические способы, т.е. вырабатывание энергии через термические процессы, когда солнечная энергия преобразуется в тепло, при этом нагревается какая-либо жидкость и далее уже пар вращает электрическую турбину.
Фотоэффект
Рудольф Герц в 1887 году обнаруживает в своих экспериментах эффект влияния ультрафиолетового излучения. Но само открытие этого эффекта праву можно отдать российскому физику, Александру Столетову, который в 1888 годах обнаружили влияние солнечных лучей на работу электрических приборов и вывел первый закон внешнего фотоэффекта. Кроме этого он первым предопределил так называемую красную границу возникновения этого эффекта, т.е. на при каком частотном излучении начинает проявляться этот эффект в различных материалах.
Что же собой представляет фотоэффект?
Это способность солнечного света, а конкретно электромагнитного излучения на определенной частоте воздействовать на вещество, при котором происходит выбивание электронов с поверхности этого вещества, иначе говоря, - появляется электрический потенциал. При этом электрический потенциал не зависит от интенсивности излучения. Большой вклад в изучение этого эффекта и его обоснование квантовой природы принадлежит Максу Планку, трудами которого молодой А.Эйнштейн воспользовался в 1905 году для публикования своей теории фотоэффекта, за которую он в последствии получил Нобелевскую премию. На мой взгляд, получил незаслуженно, о чем я ранее писал в своей статье.
Явление внешнего фотоэффекта (да, конечно же есть еще и внутренний фотоэффект при котором уменьшается сопротивление проводника и увеличивается ток) широко применяется в солнечной генерации, - альтернативной энергетики. Наблюдать это можно по характерным солнечным панелям на крышах жилых домов или расставленных на большой площади множества подобных панелей, обращенных к солнцу и производящее электричество с невысоким КПД порядка 30%. Помимо низкого КПД есть еще один существенный недостаток, - это большие площади, занимаемые панелями (например для производства 1 ГВт потребуется занять площадь в несколько десятков километров) и соответственно это изменяет микроклимат этой области.
И больше технологий прямого преобразования солнечной энергии в электричество нет.
На мой взгляд ближе всего к открытию иных способов преобразования солнечной энергии в электричество подошел Иоффе при изучении кристаллов. Но он в силу каких-то условностей с его учителем Рентгеном или в силу каких-то других причин, он не смог развить эту тему до конца. Его экспериментальные работы увели в область высоких напряжений на поверхностных границах кристаллов, в надежде получить супер аккумулятор высокого напряжения. Потерпев неудачу по прошествии более 20 лет исследований в этой области он закрыл исследования в этом направлении, так что даже в его мемуарах об этой теме он практически не упоминает. Моя статья об этом исследовании, - и вы можете прочесть ее и вернуться обратно, поскольку стоит дочитать эту статью до конца и узнать, что же Иоффе не увидел в своих опытах.
А вернее увидел, но не придал этому нужное значение и не стал двигаться в сторону генерации электричества, поддавшись идее супер конденсатора на миллион вольт. Еще будучи аспирантом в лаборатории Рентгена он заметил, что кристалл меняет свою проводимость при его освещении солнечными лучами. Это было открытие, но так и не получившего официальной публикации. Рентген постоянно уговаривал молодого Иоффе продолжать опыты и не делать публикаций. Так продолжалось порядка 10 лет, когда Иоффе уже уехал из Австрии и продолжил исследования в России. По взаимному согласию в 1921 году все материалы этих исследований были сожжены Рентгеном. А Иоффе по прошествию столь большого промежутка времени уже не мог вспомнить результаты этих экспериментов. Хотя, по мне, так научные открытия можно помнить всю жизнь...
Кстати, желающих почитать электронные книги и материалы Иоффе, - вас ждет небольшое разочарование. В свободном доступе этих книг нет, да и за деньги то же. Права выкуплены. Остается только ходить ножками в технические библиотеки какого-нибудь ВУЗа или института (подобного питерского физтеха). Но если вы являетесь счастливчиком и обладателем его книг на тему изучения свойств кристаллов - поделитесь информацией, я буду очень признателен.
Свойства поляризации кристалла - основа получения прямого электричества из солнечной энергии.
Поляризация электромагнитного излучения
В электродинамике различают линейную и круговую (циркуляционную) поляризацию электромагнитного излучения.
Для наглядности воспользуюсь гифкой из Википедии. Порою, проще показать, чем долго объяснять.
Поляризация имеет соответственно правое и левое вращение векторов Е и Н (векторов электрического и магнитного поля).
Способность кристаллов менять поляризацию и положена в основу прямого преобразования солнечной энергии в электричество в кристаллах. Эта гипотеза возникла у меня 10 лет назад, получив анализ возможных вариантов преобразования этих изменений в электрический сигнал. Увы, напряженная работа и отсутствие технической лаборатории на тот момент, отложили реализацию планов воплощения этой гипотезы в реально работающее устройство. Лишь в 2018 году появляется возможность начать эксперименты на эту тему и получить первые результаты.
До следующих встреч на канале, подписывайтесь на канал, участвуйте в обсуждении новых идей, технических решений в Курилке изобретателя (нашем групповом чате)!
Пишите, если у вас есть желание участвовать в реализации этой гипотезы в реально работающий прототип.
С уважением к читателям канала, Михалёв СИ