Применение солнечной энергии

НЕКОТОРЫЕ ФОКУСИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Солнечные кухни. Приготовление пищи при помощи солнечной энергии привлекает внимание многих исследо­вателей с тех пор, как в XVIII и XIX вв. были достигну­ты определенные успехи в этом направлении. Солнечные кухни можно разделить на три группы. Самые первые варианты конструкции представляли собой так называе­мый «горячий ящик» или простую солнечную печь, т. е. хорошо изолированный прямоугольный приемник с зачер­ненной внутренней поверхностью, накрытый прозрачной изоляцией. Более поздние модификации имели зеркаль­ную заднюю стенку. В таких устройствах при интенсив­ной радиации в течение нескольких часов может поддер­живаться температура более 100°С. К второй группе от­носятся конструкции, в которых используются концент­рирующие устройства. В 20-е годы Аббот применил си­стему с параболоцилиндрическим зеркалом, в которой в качестве теплоносителя использовалось масло, что позво­ляло приготовлять пищу также и в вечерние часы благо­даря более высокой рабочей температуре и лучшей теп­лоаккумулирующей способности теплоносителя. В ре­зультате исследований, проведенных в Индии в Нацио­нальной физической лаборатории под руководством Гхайя [23], была сконструирована солнечная кухня с алюминиевым параболическим отражателем. Подробно­сти технологии ее изготовления изложены в работе [24]. В некоторых типах солнечных кухонь, разработанных Висконсинским университетом, успешно использовалась металлизированная пленка [25], причем один из вари­антов представляет собой складную переносную конст­рукцию, смонтированную на каркасе обычного зонта. В сообщениях Флоридского университета [5] освещены разработки солнечных кухонь типа «горячего ящика», а также устройств со сферическими и цилиндрическими зеркалами-концентраторами.

К третьей группе относятся солнечные паровые кух­ни, основными элементами которых являются плоский коллектор и теплоизолированная камера, представляю-

щая собой в сущности паровую баню, в которую поме­щается емкость для приготовления пищи. Коллектор со­стоит из металлического листа с припаянными к нему продольными трубками и двух или трех слоев прозрач­ной изоляции. Трубки непосредственно соединены в верх­ней части коллектора с рабочей камерой. В Гаити раз­работан плоский коллектор размерами 0,8X1,55 м, со­единенный с камерой, в которую помещена цилиндриче­ская алюминиевая емкость диаметром 200 мм и высо­той 125 мм для приготовления пищи [26]. Образец тако­го же коллектора меньшего размера разработан Брей - совским исследовательским институтом [27]. В продаже имеются солнечные кухни с алюминиевым параболиче­ским отражателем, одна из которых, изображенная на рис. 5.6, была продемонстрирована на Мировом конгрес­се по использованию солнечной энергии в Лос-Анджеле­се в 1975 г. В процессе дальнейших разработок будет рассмотрен вопрос об использовании тепловых труб для передачи тепла от коллектора к аккумулирующим уст­ройствам длительного действия, чтобы можно было при­готовлять пищу в утренние и вечерние часы.

Солнечные печи. Параболический концентратор явля­ется наиболее эффективной оптической системой для солнечной печи. Обеспечение слежения за солнцем для больших параболических зеркал вызывает значительные 'і практические трудности. Поэтому существует другой спо­соб их применения, при котором параболическое зеркало устанавливается неподвижно и ориентируется на север (в северном полушарии). Напротив него размещается ге­лиостат с системой слежения. Этот метод был использо­ван Тромбом [28] в лаборатории по использованию сол­нечной энергии для первой большой солнечной печи с диаметром зеркала около 10,7 м, построенной в Мон - Луи в Пиренеях в 1950 г. В Одейо Французским Нацио­нальным центром научных исследований была построена печь мощностью 1000 кВт [29], являющаяся, несомнен­но, самой выдающейся из всех известных солнечных пе - І чей, существовавших в 70-е годы. Параболическое зерка­ло размерами 39,6x53,3 м состоит из 9500 отдельных зеркал суммарной площадью отражающей поверхности j 2839 м2. Исследования солнечных печей проводятся так - j же в СССР [30], в США и в Японии.

Экспериментальные работы показали, что с помощью солнечных печей можно получать тугоплавкие окислы при температуре более 3000° С. Солнечные печи исполь­зуются для получения химических соединений, таких как ' бориды вольфрама и молибдена, методом осаждения из і парообразного состояния [31], а также'для проведения | исследований процессов фазовых переходов при высокой температуре [32, 33]. Поскольку в солнечных печах j можно обеспечить очень быстрый подъем температуры, их используют при испытаниях различных материалов >| на тепловой удар.

Для большинства процессов в химической промыш­ленности требуется нагрев, который обеспечивается за счет органического топлива, и было бы весьма ценно, если бы благодаря исследованию солнечных печей уда­лось заменить это топливо сконцентрированной солнеч­ной радиацией. Однако нет никаких оснований считать, і что где-нибудь налажено производство солнечных печей, хотя в Одейо было продемонстрировано, что солнечная Печь является важным инструментом для изучения свойств материалов при высоких температурах. Воз­можно, что в южных странах, где ощущается недостаток органического топлива, солнечные печи найдут промыш-

ленное применение для относительно низкотемператур. ных процессов, например при обжиге кирпича.

Линзы Френеля. Степень концентрации линзы про - порциональна отношению ее диаметра к фокусному рас - стоянию, поэтому достижение высокой степени концент­рации с помощью единич­ной линзы ограничивается трудностью точного изготов­ления обычных короткофо­кусных линз. В линзе Фре­неля в единичном модуле реализуются возможности •многолинзовой системы, по­скольку каждый сегмент по­строен таким образом, что­бы фокусировать падаю­щую радиацию на цент­ральный приемник. Другим преимуществом линз Френе­ля является их небольшая толщина в направлении, пер­пендикулярном потоку ра­диации. На рис. 5.7 дано поперечное сечение ли­нейной линзы Френеля, которая может быть установ­лена в системе коллекторов со слежением за Солнцем в одном направлении [34]. Рабочие характеристики та­кой системы приведены в работах Нортрупа [35] и Нельсона [36], где показано, что линзы Френеля лучше всего применять в сочетании с вакуумным трубчатым коллектором, если требуемая температура не превышает 250° С. Долгосрочные экономические прогнозы показы­вают, что системы с линзами Френеля смогут конкури­ровать с органическим топливом и будут давать энергию в 3 раза более дешевую, чем электрическая, в neH8N 1975 г. [35]. Считается, что круглые линзы Френеля пригодны для небольшой концентрации в системах с ф0' тоэлектрическими батареями [37].