Обеспечение техносферной безопасности является одним из важных направлений развития современного производства [1–4]. Оно включает создание малоотходных производств, минимизирующих негативное техногенное воздействие на окружающую природную среду, здоровье человека и повышающих качество его жизни [5–7]. При этом все более эффективно используют методы альтернативной энергетики, бионики, мехатроники, генной инженерии и т. д. [8, 9].
В данной работе нами исследовано актуальное направление обеспечения техносферной безопасности путем промышленного освоения альтернативных источников энергии. Одним из самых масштабных альтернативных источников энергии является солнечная энергия.
Аналитики Международного энергетического агентства (МЭА) прогнозируют, что уже к 2050 г. солнечная энергетика будет обеспечивать 20–25% мировых потребностей в электроэнергии.
К настоящему времени сложились следующие направления использования потока солнечной энергии [10]:
1. Горячее водоснабжение. В системах горячего водоснабжения и отопления используются плоские солнечные коллекторы, представляющие собой теплообменный аппарат с каналами, через которые проходит теплоноситель. Часть солнечной радиации поглощается поверхностью теплообмена и передается теплоносителю.
2. Получение электроэнергии. Преобразование потока солнечной энергии в электричество осуществляют термомеханическим или фотоэлектрическим способами.
3. Использование потока солнечной энергии для освещения.
Сегодня активно используют зенитные фонари первого поколения – инженерно-техническое сооружение, состоящее из жесткого каркаса и светопрозрачного заполнения, которое является частью крыши и осуществляет естественное освещение верхнего этажа помещения.
Светопропускаемость зенитного фонаря на 50% превышает светопропускаемость окон вертикального типа. Для создания эффективного освещения размещают на крыше несколько небольших зенитных фонарей [11].
Разработаны и внедряются инновационные зенитные фонари нового поколения, которые днем проводят натуральный солнечный свет по полым световодам через крышу во внутренние помещения предприятий, где нет возможности поставить окна или недостаточно дневного света. Ночью и в пасмурные дни эту работу выполняют щелевые волоконно-оптические световоды (системы Solatube и Solargy). Другое преимущество таких фонарей-световодов заключается в реализации доставки светового потока не только в верхние, но и на все этажи, включая подвалы помещений (рис. 1А, 1В).