Для чего нужна гигантская солнечная печь. Гигантская солнечная печь в предгорьях тянь-шаня. Французская солнечная печь

Подобных сооружений на самом деле в мире насчитывается несколько. Давайте мы начнем с Solar Furnace in France, т.е с Франции.

Солнечная Печь во Франции предназначена для выработки и концентрации высоких температур, необходимых для различных процессов.

Это осуществляется посредством улавливания солнечных лучей и концентрирования их энергии в одном месте. Сооружение покрыто изогнутыми зеркалами, их сияние настолько велико, что смотреть на них бывает невозможно, до боли в глазах. В 1970 году было воздвигнуто это сооружение, в качестве самого подходящего места были выбраны Восточные Пиренеи. И до сегодняшнего дня Печь остается крупнейшей во всем мире.

На массив зеркал возложены функции параболического отражателя, а высокий температурный режим в самом фокусе может доходить до 3500 градусов. Причем и регулировать температуру можно с помощью изменения углов наклона зеркал.

Солнечная Печь, используя такой природный ресурс как солнечный свет, считается незаменимым способом для получения высоких температур. А они, в свою очередь, используются для разнообразных процессов. Так, производство водорода требует температуры в 1400 градусов. Тестовые режимы материалов, проводящиеся в высокотемпературных условиях, предусматривают температуру 2500 градусов. Так тестируются космические аппараты и атомные реакторы.

Так что Солнечная Печь - не просто удивительное здание, но и жизненно необходимое и эффективное, при этом оно считается экологичным и относительно дешёвым способом получить высокие температуры.

Массив зеркал действует в качестве параболического отражателя. Свет фокусируется в одном центре. И температура там может достигать температур, при которых можно плавить сталь.

Но температуру можно регулировать, устанавливая зеркала под разными углами.

Например, температура около 1400 градусов используется для производства водорода. Температура 2500 градусов - для тестирования материалов в экстремальных условиях. Например, так проверяют атомные реакторы и космические аппараты. А вот температура до 3500 градусов применяется для изготовления наноматериалов.

Солнечная Печь - недорогой, эффективный и экологичный способ получения высоких температур.

На юго-западе Франции замечательно приживается виноград и вызревают всевозможные фрукты — жарко! Кроме прочего, солнце здесь светит чуть не 300 дней в году, а по количеству ясных дней эти места уступают, пожалуй, только Лазурному берегу. Если же охарактеризовать долину около Одейо с точки зрения физики, то мощность светового излучения здесь составляет 800 ватт на 1 квадратный метр. Восемь мощных лампочек накаливания. Немного? Достаточно, чтобы кусочек базальта растекся лужицей!

— Солнечная печь в Одейо обладает мощностью 1 мегаватт, и для этого необходимо почти 3 тысячи метров зеркальной поверхности, — рассказывает Серж Шовин, смотритель местного музея солнечной энергии. — Причем собрать свет с такой большой поверхности нужно в фокусную точку диаметром со столовую тарелку.

Напротив параболического зеркала установлены гелиостаты — специальные зеркальные плиты. Их 63 штуки со 180 секциями. У каждого гелиостата своя «точка ответственности» — сектор параболы, на который отражается собранный свет. Уже на вогнутом зеркале лучи солнца собираются в точку фокуса — ту самую печь. В зависимости от интенсивности излучения (читай — ясности неба, времени суток и поры года) температуры можно достичь самые разные. В теории — до 3800 градусов по Цельсию, в реальности выходило до 3600.

— Вместе с движением солнца по небу двигаются и гелиостаты, — начинает свою экскурсию Серж Шовин. — Сзади у каждого установлен двигатель, а все вместе они управляются централизованно. Необязательно устанавливать их в идеальную позицию — в зависимости от задач лаборатории градус в точке фокуса можно варьировать.

Солнечную печь в Одейо начали строить в начале 60-х, а в строй ввели уже в 70-х. Долгое время она оставалась единственной в своем роде на планете, однако в 1987-м копию возвели неподалеку от Ташкента. Серж Шовин улыбается: «Да-да, именно копию».

Советская печь, к слову, тоже остается действующей. На ней, правда, проводят не только опыты, но и выполняют некоторые практические задачи. Правда, расположение печи не позволяет достичь таких же высоких температур, как во Франции — в точке фокуса узбекским ученым удается получить менее 3000 градусов.

Параболическое зеркало состоит из 9000 пластинок — фацетов. Каждая из них отполирована, имеет алюминиевое напыление и чуть вогнута для лучшей фокусировки. После постройки здания печи все фацеты были установлены и откалиброваны вручную — на это ушло три года!

Серж Шовин ведет нас на площадку неподалеку от здания печи. Вместе с нами — группа туристов, прибывших в Одейо на автобусе — поток любителей научной экзотики не иссякает. Музейный смотритель собрался наглядно продемонстрировать скрытый потенциал солнечной энергии.

— Мадам и месье, ваше внимание! — Серж хоть и выглядит скорее как ученый, больше похож на актера. — Свет, излучаемый нашей звездой, позволяет мгновенно нагревать материалы, воспламенять и плавить их.

Сотрудник солнечной печи поднимает обычную ветку и размещает ее в большом чане с зеркальной внутренней поверхностью. У Сержа Шовина уходит несколько секунд на поиск точки фокусировки, и палка моментально вспыхивает. Чудеса!

Пока французские бабушки и дедушки ахают и охают, музейщик переходит к отдельно стоящему гелиостату и двигает его ровно так, чтобы отраженные лучи попали в уменьшенную копию параболического зеркала, установленного тут же. Это еще один наглядный эксперимент, показывающий возможности солнца.

— Мадам и месье, сейчас мы будем плавить металл!

Серж Шовин устанавливает в держатель кусочек железа, двигает тисками в поиске точки фокуса и, найдя ее, отходит на небольшое расстояние.

Солнце быстро делает свое дело.

Кусочек железа моментально нагревается, начинает дымить и даже искрить, поддаваясь жарким лучам. Буквально за 10—15 секунд в нем прожигается дырочка размером с монету в 10 евроцентов.

— Вуаля! — ликует Серж.

Пока мы возвращаемся в здание музея, а французские туристы рассаживаются в кинозале для просмотра научного фильма о работе солнечной печи и лаборатории, смотритель рассказывает нам любопытные вещи.

— Чаще всего люди спрашивают, зачем все это нужно, — разводит руками Серж Шовин. — С точки зрения науки возможности солнечной энергии изучены, применены где это возможно в быту. Но существуют задачи, которые по своему масштабу и сложности исполнения требуют установок, подобных этой. Например, как нам смоделировать воздействие солнца на обшивку космического корабля? Или нагрев спускаемой капсулы, возвращающейся с орбиты на Землю?

В специальной тугоплавкой емкости, установленной в точке фокуса солнечной печи, можно воссоздать такие, без преувеличения, неземные условия. Подсчитано, например, что элемент обшивки должен выдерживать температуру в 2500 градусов по Цельсию — и опытным путем это можно проверить здесь, в Одейо.

Смотритель ведет нас по музею, где установлены различные экспонаты — участники многочисленных экспериментов, проведенных в печи. Наше внимание привлекает тормозной карбоновый диск…

— О, эта штука от колеса болида Формулы-1, — кивает Серж. — Ее нагрев в некоторых условиях сопоставим с тем, что мы можем воспроизвести в лаборатории.

Как уже говорилось выше, температурой в точке фокуса можно управлять при помощи гелиостатов. В зависимости от проводимых опытов она варьируется от 1400 до 3500 градусов. Нижний предел необходим для производства водорода в лаборатории, диапазон от 2200 до 3000 — для тестирования различных материалов в условиях экстремального нагрева. Наконец, выше 3000 — область работы с наноматериалами, керамикой и созданием новых материалов.

— Печь в Одейо не выполняет практических задач, — продолжает Серж Шовин. — В отличие от узбекских коллег, мы не зависим от собственной хозяйственной деятельности и занимаемся исключительно наукой. Среди наших заказчиков не только ученые, но и самые разные ведомства, например оборонное.

Мы как раз останавливаемся у керамической капсулы, которая оказывается корпусом корабля-беспилотника.

— Военное министерство построило солнечную печь меньшего диаметра для собственных практических нужд здесь же, в долине у Одейо, — говорит Серж. — Ее можно увидеть с некоторых участков горной дороги. Но за научными экспериментами они все равно обращаются к нам.

Смотритель объясняет, в чем преимущество солнечной энергии перед любой другой в ходе выполнения научных задач.

— Во-первых, солнце светит бесплатно, — загибает он пальцы. — Во-вторых, горный воздух способствует проведению опытов в «чистом» виде — без примесей. В-третьих, солнечный свет позволяет нагревать материалы значительно быстрее, чем любые другие установки, — для некоторых экспериментов это крайне важно.

Любопытно, что печь может работать практически круглый год. По словам Сержа Шовина, оптимальным месяцем для проведения экспериментов является апрель.

— Но если нужно, кусочек металла для туристов солнце расплавит хоть в январе, — улыбается смотритель. — Главное, чтобы небо было ясным и безоблачным.

Одним из неоспоримых преимуществ самого существования этой уникальной лаборатории является полная ее открытость для туристов. Ежегодно сюда приезжает до 80 тысяч человек, и это делает для популяризации науки среди взрослых и детей намного больше, чем школа или университет.

Фон-Ромё-Одейо — типичный пасторальный французский городок. Его главное отличие от тысяч таких же — сосуществование таинства бытовой жизни и науки. На фоне 54-метровой зеркальной параболы — горные молочные коровы. И постоянное жаркое солнце.

Теперь перейдем у другому сооружению.

В сорока пяти километрах от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня на высоте 1050 метров над уровнем моря находится уникальное сооружение — так называемая Большая Солнечная Печь (БСП) мощностью в тысячу киловатт. Она расположена на территории Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Таких печей в мире всего две, вторая находится во Франции.

БСП была запущена в эксплуатацию еще при Союзе в 1987 году, — рассказывает ученый секретарь Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» кандидат технических наук Мирзасултан Маматкасымов. — Для сохранения этого уникального объекта из госбюджета выделяются достаточные средства. Две лаборатории института расположены у нас, четыре — в Ташкенте, где находится основная научная база, на которой осуществляется изучение химических и физических свойств новых материалов. У нас же производится процесс их синтеза. Мы экспериментируем с этими материалами, наблюдая за процессом плавки при различных температурах.

БСП представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления. Комплекс состоит из гелиостатного поля, расположенного на склоне горы и направляющего солнечные лучи в параболоидный концентратор, который представляет собой гигантское вогнутое зеркало. В фокусе этого зеркала создается высочайшая температура — 3000 градусов по Цельсию!

Гелиостатное поле состоит из шестидесяти двух гелиостатов, расположенных в шахматном порядке. Они обеспечивают зеркальную поверхность концентратора световым потоком в режиме непрерывного слежения за Солнцем в течение всего дня. Каждый гелиостат размером семь с половиной на шесть с половиной метров состоит из 195 плоских зеркальных элементов, называемых «фацетами». Отражающая площадь гелиостатного поля равна 3022 квадратных метров.

Концентратор, на который гелиостаты направляют солнечные лучи, представляет собой циклопическое сооружение высотой сорок пять метров и шириной пятьдесят четыре метра.

Следует отметить, что преимущество солнечных печей, по сравнению с печами других типов, состоит в мгновенном достижении высокой температуры, позволяющей получать чистые материалы без примесей (благодаря также чистоте горного воздуха). Используются они для нефтегазовой, текстильной и ряда других промышленностей.

Зеркала имеют определенный срок эксплуатации и рано или поздно выходят из строя. В наших цехах мы изготавливаем новые зеркала, которые устанавливаем взамен старых. Их только в концентраторе 10700, а в гелиостатах 12090 штук. Процесс изготовления зеркал происходит в вакуумных установках, где на поверхность отработанных зеркал напыляется алюминий.

Фергана.Ру: - Как вы решаете проблему поиска специалистов, ведь после развала Союза происходил их отток за рубеж?

Мирзасултан Маматкасымов: - В момент запуска установки в 1987 году здесь работали специалисты из России, Украины, которые обучали наших. Благодаря нашему опыту теперь мы имеем возможность готовить специалистов в этой области самостоятельно. Молодежь приходит к нам с физического факультета Национального университета Узбекистана. Сам я после окончания университета работаю здесь с 1991 года.

Фергана.Ру: - Когда взираешь на это грандиозное сооружение, на ажурные металлические конструкции, как бы парящие в воздухе и при этом поддерживающие «броню» концентратора, в памяти всплывают кадры научно-фантастических фильмов…

Мирзасултан Маматкасымов: - Ну, на моем веку снимать научную фантастику, используя эти уникальные «декорации», здесь пока никто не пытался. Правда, приезжали звезды узбекской эстрады, чтобы снимать свои клипы.

Мирзасултан Маматкасымов: - Сегодня мы будем плавить брикеты, спрессованные из порошкообразного оксида алюминия, температура плавления которого составляет 2500 градусов по Цельсию. В процессе плавки материал стекает с наклонной плоскости и капает в специальный поддон, где образуются гранулы. Их отправляют в керамический цех, расположенный неподалеку от БСП, где измельчают и применяют для изготовления различных керамических изделий, начиная от мелких нитеводителей для текстильной промышленности и заканчивая полыми керамическими шарами, внешне напоминающими бильярдные. Шары используются в нефтегазовой промышленности в качестве поплавков. При этом с поверхности нефтепродуктов, хранящихся в больших емкостях на нефтебазах, испарение уменьшается на 15-20 процентов. За последние годы мы изготовили около шестисот тысяч таких поплавков.

Для электротехнической промышленности мы изготавливаем изоляторы и другие изделия. Они отличаются повышенной износостойкостью и прочностью. Кроме оксида алюминия мы также используем более тугоплавкий материал — оксид циркония с температурой плавления 2700 градусов по Цельсию.

Контроль за процессом плавки осуществляется так называемой «системой технического зрения», которая оснащена двумя специальными телекамерами. Одна из них непосредственно передает изображение на отдельный монитор, другая — на компьютер. Система позволяет как наблюдать за процессом плавки, так и проводить различные измерения.

Следует добавить, что БСП используют и как универсальный астрофизический инструмент, открывающий возможности проведения исследований звездного неба в ночное время.

Кроме вышеперечисленных работ в институте большое внимание уделяется изготовлению медицинского оборудования на базе функциональной керамики (стерилизаторы), абразивных инструментов, сушилок и многого другого. Такое оборудование успешно внедрено в медицинские учреждения нашей республики, а также в аналогичные учреждения Малайзии, Германии, Грузии и России.

Параллельно в институте были разработаны солнечные установки малой мощности. Так, например, учеными института созданы солнечные печи мощностью полтора киловатт, которые были установлены на территории Таббинского института металлургии (Египет) и в Международном металлургическом центре в Хайдарабаде (Индия).

Экология потребления. Наука и техника: Большая солнечная печь представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления, состоящий из гелиостатного поля и параболоидного концентратора

Исследования и синтез тугоплавких материалов под воздействием сконцентрированного солнечного излучения были начаты в Физико-техническом институте АH РУз (ФТИ) в 1976 г. и стали основным научным направлением Института материаловедения, организованного в 1993 г. на базе нескольких лабораторий ФТИ и БСП.

Большая солнечная печь представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления, состоящий из гелиостатного поля и параболоидного концентратора, формирующих в фокальной зоне концентратора (технологическая башня) лучистый стационарный поток высокой плотности.

Печь расположена в 45 км от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня. Высота над уровнем моря 1050 м. Гелиостатное поле образуется 62 гелиостатами, размещенными на пологом склоне горы в шахматном порядке, которые обеспечивают в режиме непрерывного слежения за Солнцем в течение рабочего дня освещение всей зеркальной поверхности концентратора. Все 62 гелиостата комплекса имеют одинаковую конструкцию и размеры. Отражающая поверхность гелиостата размером 7,5 х 6,5 м плоская, составная, включает 195 зеркальных элементов - фацет размером 0,5 х 0.5 м и толщиной 6 мм. Отражающий слой фацеты образован вакуумным напылением алюминия с тыльной стороны и защищен акриловой краской марки ЭM АК-5164. Общее количество фацет 12090 шт., площадь отражающей поверхности составляет 3022,5 м 2 .

Монтировка гелиостата альт-азимутальная. Тип привода электромеханический. Кинематические схемы угла места и азимутального позволяют с погрешностью не более 1 угл. мин перемещать гелиостат в режиме слежения за Солнцем.

Управление работой приводов осуществляется по сигналам датчика системы слежения, расположенного перед центральной фацетой гелиостата, среднеквадратичная погрешность поверхности которой не превышает 30 угл. с.

Предусмотрена система синхронного управления всеми гелиостатами, расположенными на одной полке, одним ведущим гелиостатом полки. Погрешность такого управления не превышает 3 угл. мин. Кроме того, все 62 гелиостата в режиме автоматической системы регулирования температуры (АСРТ), предназначенной для обеспечения различных видов распределения светового потока, имеют возможность слежения с углом рассогласования до +25 угл. мин.

Управление может осуществляться и с помощью автоматизированной системы управления гелиостатным полем (АСУГ). Использование АСУГ позволяет гибко управлять распределением плотности лучистого потока в фокальной зоне печи и открывает возможности для проведения астрофизических исследований в ночное время, использования БСП как уникального астрофизического инструмента.

Формирование требуемой плотности лучистого потока осуществляется выводом из режима слежения отдельных гелиостатов под контролем радиометра с сопутствующими измерениями прямой солнечной радиации на актинометрическом стенде с помощью режима АОРТ или программным путем (АСУГ).

Отражающая поверхность концентратора представляет собой прямоугольно-ступенчатую высечку из параболоида вращения с фокусным расстоянием 18 м. Высота миделя концентратора 42,5 м, верхняя кромка расположена на высоте 54 м от земли, ширина миделя 54 м. Общая площадь миделя отражающей поверхности 1840 м 2 , а площадь самой поверхности 2060 м 2 . На солнечной энергии в течение дня в печи может создаваться контролируемая температура значением до 3000 градусов Цельсия.

Концентратор монтируется из 214 блоков в форме параллелограммов, с размерами сторон 4,5 х 2,25 м каждый, но с разными углами при вершинах, определяемыми координатами блока. На каждом блоке установлено 50 отражающих элементов - фацет ромбической формы. Общее количество фацет 10700 шт. Блоки крепятся к каркасу четырьмя узловыми точками, причем узлы крепления блоков позволяют скомпенсировать невысокую точность металлоконструкции каркаса концентратора и осуществить юстировку блоков в единую высокоточную параболоидную поверхность. Кроме того, монтаж и юстировка отдельных фацет на блоке осуществляются с помощью специальных юстировочных узлов. Такая система обеспечивает формирование концентрирующей поверхности с точностью не хуже 1 угл. мин.

Зеркало фацеты стеклянное, с тыльным отражающим слоем, образованным алюминиевой пленкой, нанесенной способом вакуумного напыления. Размеры зеркала 447 х 447 х 5. Отражающие поверхности фацет образованы деформационным способом и повторяют кривизну соответствующей зоны параболоида, на которой они установлены. Фацеты по форме имеют 10 типоразмеров.

В технологической башне размещено различное оборудование с необходимыми инженерными коммуникациями для проведения плавки материалов и специальных исследований в фокальной зоне БСП.

Шторный и роторно-щелевой затворы обеспечивают получение световых импульсов различной формы с длительностью 1 с и более. Автоматическая система регистрации импульсов с помощью фотометрического измерителя позволяет измерять характеристики полученных импульсов и исследовать образцы размерами до 1 м в диаметре. Образцы могут подвергаться комплексному воздействию световых потоков, механических нагрузок и обдуву.

Для проведения контрольно-юстировочных работ по настройке отдельных элементов БСП, измерения энергетических и спектральных характеристик фокального пятна используются анализатор фокального пятна, автоматическая система регистрации плотности энергии с помощью радиометра, телевизионная измерительная система, система технического зрения.

Наблюдения за изменением прямой солнечной радиации в течение многих лет в месте расположения объекта "Солнце" показывают, что в течение года количество условных солнечных дней составляет 250-270 дней.

Коэффициент зеркального отражения оптических элементов установки, усредненное значение которого близко к 0,7, с течением времени из-за запыленности воздуха падает и может снизиться до 0,5, поэтому требуются регулярные профилактические работы. Точность отражающих элементов с учетом поверхностных ошибок зеркал колеблется в интервале 35 угл. мин. Суммарная мощность печи около 0,7 МВт, максимальный диаметр фокального пятна 1,2 м. опубликовано

Большая Солнечная Печь представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления, состоящий из гелиостатного поля и параболоидного концентратора, формирующих в фокальной зоне концентратора стационарный поток энергии высокой плотности. Площадь отражающей поверхности гелиостатного поля — 3020 м², концентратора — 1840 м². Температура в фокусе лучей концентратора превышает 3000 градусов Цельсия. Это самая большая солнечная печь в мире.

2. Гелиокомплекс расположен в 45 км от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня на высоте 1100 метров над уровнем моря. Он был построен в период с 1981 по 1987 год. Место для строительства выбиралось очень тщательно: во-первых весь комплекс расположен на едином скальном массиве, что очень важно т.к. он расположен в сейсмически опасном районе, во-вторых, количество солнечных дней в году здесь не менее 270.


3. Начнём осмотр с малой солнечной печи. Она представляет собой зеркальный парабалоид диаметром около 2 метров, фокусирующий солнечные лучи в точку диаметром 2 сантиметра


4. Максимальная температура, которую можно получить в этой печи — 2000 градусов цельсия. Интересный визуальный эффект можно наблюдать с предметами, размещенными ближе фокусного расстояния. Вот, например, изображение netwind’а стоящего рядом с зеркалом увеличивается, а всё, что находится дальше отражается в перевернутом виде.


5. «Волей партии, желанием народа здесь будет построен комплекс Солнце», май 1981 год. Воплотить в жизнь смелый проект «Институт Солнца» стало возможным благодаря усилиям и энтузиазму академика Саида Азимовича Азимова. Тригонометрический пункт и мемориальная плита в самой высокой точке комплекса — 1100 метров над уровнем моря.


Научный гелиокомплекс включает 4 структурных подразделения: главный корпус, гелиостатное поле, концентратор, технологическая башня.

6. Гелиостатное поле состоит из 62 гелиостатов, размещенных в шахматном порядке (для уменьшения затенения) на пологом склоне горы напротив концентратора.


7. Каждый гелиостат размером 7,5х6,5 метров состоит из 195 плоских зеркальных элементов, называемых «фацетами».


8. Отражающая площадь гелиостатного поля равна 3022 квадратных метров.


Из архива. Продольный разрез концентратора и гелиостатного поля.


9. Датчики автоматически корректируют положение каждого гелиостата в соответствии с движением солнца. Каждый гелиостат может поворачиваться как по вертикали, так и по горизонтали.


10. Размер отдельного зеркала — 50х50 сантиметров.


11. Отражающий слой фацеты образован вакуумным напылением алюминия с тыльной стороны и защищен акриловой краской.


12. Всего на гелиостатном поле используется 12090 зеркал.


13. Управление зеркалами полностью автоматизировано и используются готовые программы на каждые день, учитывающие положение солнца на небе.


14. А вот и главный объект — параболический гелиоконцентратор. Это самый большой в мире геликонцентратор, площадью 1840 квадратных метров. Для оценки масштаба посмотрите на людей в левой нижней части кадра.


Из архива. Эскиз концентратора и гелиостатного поля.


15. В концентраторе используется 10700 зеркал, общей площадью 1840 квадратных метров. Зеркала собраны в 214 блоков, размером 4,5х2,25 метра, по 50 зеркал в каждом.


16. Концентратор установлен неподвижно и ориентирован в направлении север-юг.


17. Поток солнечной энергии, направленный гелиостатами, отражается от зеркальной параболической поверхности концентратора и фокусируется в одну точку на технологической башне, диаметром 40 сантиметров.


18. По центру параболической поверхности концентратора, на высоте 6 этажа, располагается пирометрическая лаборатория, откуда управляют работой печи.


19. Панорамный вид на технологическую башню и концентратор.


20. Верхняя точка концентратора приходится на отметку 1100 метров над уровнем моря, которая совпадает с точкой установки мемориальной плиты на вершине гелиостатного поля. Размер «зеркала» концентратора — 47х54 метра. А каждое отдельное зеркало имеет размеры 45х45 сантиметров.

Узбекистан, г. Паркент

Месяца полтора назад нашел на местном форуме велокомпанию, с ней теперь катаюсь за город. Уже лет 20 живу в Узбекистане, только вот все дома, да максимум за углом, и так получается, что про интересные места в основном знают туристы, приезжающие сюда)))

Исправляю ситуацию:-)Начну с рассказа о велопокатушке, а точнее об экскурсии на Большой Солнечной Печи (далее БСП), она же - Гелиокомплекс «Солнце».

Сооружение впечталяющее, я бы даже сказал грандиозное! Впечатляют как размеры так и конструкция!

Для удобства чтения делю рассказ на две части: первая часть про саму БСП, вторая о том, как мы к ней прокатились . Итак, часть первая:

Большая Солнечная Печь

Большая Солнечная Печь находится в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня. В начале 70-х годов Садык Азимов (советский физик, академик АН Узбекской ССР; в Ташкенте есть улица его имени) выступил с предложением о строительстве Большой Солнечной Печи тепловой мощностью в 1 мегаватт. Построили ее всего за 6 лет (1981-87 гг).

Гелиостанция, концентратор «со спины». Марсианский пейзаж…

Фото можно увеличить, кликнув по ним.

Концентратор, технологическая башня и система охлаждения:

Концентратор (большое вогнутое зеркало) состоит оно из 10 700 зеркал и имеет размер 54х47 м. Верхняя точка Концентратора приходится на отметку 1 100 м над уровнем моря. Вес металлической конструкции - 200 000 т. Высота здания - около 20 стандартных этажей!

БСП дает температуру до 3 500 С°, предназначена для получения в совершенно чистом виде (еще бы не в чистом, все лишнее сгорает нахрен) тугоплавких металлов и жаропрочных материалов: плавят керамику всяческую, диоксид аллюминия (сверхтугоплавкий керамический материал). Там изготавливали теплозащитные плитки для «Бурана». Так же солнечная печь позволяет синтезировать водород, преобразовывать солнечную энергию в электричество, в инфракрасное и лазерное излучение.

Подобных сооружений в мире два: одна у нас в Узбекистане,
вторая - во Франции, Одейло:

Солнечная печь, Франция, Одейло

Экскурсия началась с традиционного показательного «фокуса» с поджиганием шишки. Шишку поджигает вогнутое зеркало отраженным в пучок солнечным зайчиком!

Зеркало жжет!

Итак, как все это работает :

Напротив этой зеркальной параболы находится гелиостатное поле — система отдельно стоящих гелиостатов. Каждый гелиостат (квадратная зеркальная установка) автоматически поворачивается за солнцем (прям как памятник Туркменбаши :-D)

Гелиостатное поле:

Когда нет необходимости в плавке, зеркала (обратите внимание) разворачивают в разные стороны, чтобы они не жгли систему за зря.

Гелиостаты:

Каждое управляемое зеркало имеет размер 7.5х6.5 м и составлено из 195 маленьких зеркал, размером 50х50 см. Всего в комплексе 62 таких зеркала — гелиостата. В итоге 12 090 зеркал собирают солнечные лучи, которые, отражаясь, единым потоком устремляются на вогнутое составное зеркало Концентратора.
В башню-приемник (печь) направляется сфокусированный сконцентрированный солнечный пучок, а там та самая печь — конечная остановка солнечных зайцев)))

Концентратор и технологическая башня в действии:

Ворота печи:

Ворота обычно бывают закрыты. Открывают их только тогда, когда надо что то плавить. Увеличте фото, обратите внимание как поплавились специальные защитные огнеупорные пластины! И все это Солнце, то же Солнце что светит нам на голову каждый день!

Открытые ворота печи:

На фото ниже, сама печь — то самое место куда направляется пучок света, который собирается в фокусную точку диаметром всего 45 см! Такое количество зеркал, такое громоздкое оборудование умудрились настроить так, чтоб собрать весь отражаемый свет в такой узкий пучок, в пятно в 45см!!!

Печь, внутри технологической башни:

Тигель — 300 литровый! Жаль на фото не видно, вживую его увидеть тоже не удалось…
Очень интересно из чего он сделан?.. По идее, если в нем плавят материалы с температурой плавления 2000-3000 С°, то тигель должен выдерживать хотя бы 4000 С°…

Рабочая поверхность технологической башни (в том числе и ворот печи) постоянно охлаждается циркулируемой водой внутри и снаружи.

Система охлаждения:

Процесс плавки контролируется и управляется оператором из пирометрической лаборатории.

Пирометрическая лаборатория. Оператор бдит!

А вот что с помощью печи получают:

Образцы исходного сырья, получаемые сплавы и готовые изделия из оксида аллюминия, оксида циркония:

С языка так и срывается - Че за фигня?.. Для этого такую бандуру отгрохали?!.. о_О Шучу конечно, наверное, очень важная и нужная фигня!)))

Проект научно-производственного металлургического гелиокомплекса «Солнце», на II Всесоюзном смотре-конкурсе на лучший проект года получил высшую оценку жюри и отмечен золотой медалью. На III Всемирном биеннале «Интерарх-85» в Софии проект стал лауреатом и награжден медалью и дипломом МСА!

В наши дни гелиокомплекс «Солнце» используют для многоцелевого наблюдения за Солнцем. Практическое применение комплекса, кроме работ, имеющих непосредственное отношение к науке, сейчас направлено на получение особых сплавов тугоплавких металлов, которые в соединении с фарфором позволяют создавать изделия из металлокерамики, находящие применение в различных сферах хозяйствования. Это трубы, практически без износа, всевозможные узлы и соединения, шарики для покрытия поверхности нефти, снижающие испарение.

П.С.

Применение солнечной энергии в быту, на природе, можно вскипятить чайник, сварить супчик:)))

Впрочем, у нас этим летом можно было и без каких-либо зеркал чайник вскипятить, просто под солнцем оставь
да и все:-D

Америкосы жгут!
Вариант применения солнечной энергии в быту)))

Гелиокомплекс на карте.

March 15th, 2014

Подобных сооружений на самом деле в мире насчитывается несколько. Давайте мы начнем с Solar Furnace in France, т.е с Франции.

Солнечная Печь во Франции предназначена для выработки и концентрации высоких температур, необходимых для различных процессов.

Это осуществляется посредством улавливания солнечных лучей и концентрирования их энергии в одном месте. Сооружение покрыто изогнутыми зеркалами, их сияние настолько велико, что смотреть на них бывает невозможно, до боли в глазах. В 1970 году было воздвигнуто это сооружение, в качестве самого подходящего места были выбраны Восточные Пиренеи. И до сегодняшнего дня Печь остается крупнейшей во всем мире.

Фото 2.

На массив зеркал возложены функции параболического отражателя, а высокий температурный режим в самом фокусе может доходить до 3500 градусов. Причем и регулировать температуру можно с помощью изменения углов наклона зеркал.

Солнечная Печь, используя такой природный ресурс как солнечный свет, считается незаменимым способом для получения высоких температур. А они, в свою очередь, используются для разнообразных процессов. Так, производство водорода требует температуры в 1400 градусов. Тестовые режимы материалов, проводящиеся в высокотемпературных условиях, предусматривают температуру 2500 градусов. Так тестируются космические аппараты и атомные реакторы.

Фото 3.

Так что Солнечная Печь – не просто удивительное здание, но и жизненно необходимое и эффективное, при этом оно считается экологичным и относительно дешёвым способом получить высокие температуры.

Массив зеркал действует в качестве параболического отражателя. Свет фокусируется в одном центре. И температура там может достигать температур, при которых можно плавить сталь.

Но температуру можно регулировать, устанавливая зеркала под разными углами.

Например, температура около 1400 градусов используется для производства водорода. Температура 2500 градусов – для тестирования материалов в экстремальных условиях. Например, так проверяют атомные реакторы и космические аппараты. А вот температура до 3500 градусов применяется для изготовления наноматериалов.

Солнечная Печь – недорогой, эффективный и экологичный способ получения высоких температур.

Фото 5.

На юго-западе Франции замечательно приживается виноград и вызревают всевозможные фрукты - жарко! Кроме прочего, солнце здесь светит чуть не 300 дней в году, а по количеству ясных дней эти места уступают, пожалуй, только Лазурному берегу. Если же охарактеризовать долину около Одейо с точки зрения физики, то мощность светового излучения здесь составляет 800 ватт на 1 квадратный метр. Восемь мощных лампочек накаливания. Немного? Достаточно, чтобы кусочек базальта растекся лужицей!

Фото 6.

- Солнечная печь в Одейо обладает мощностью 1 мегаватт, и для этого необходимо почти 3 тысячи метров зеркальной поверхности, - рассказывает Серж Шовин, смотритель местного музея солнечной энергии. - Причем собрать свет с такой большой поверхности нужно в фокусную точку диаметром со столовую тарелку.

Фото 7.

Напротив параболического зеркала установлены гелиостаты - специальные зеркальные плиты. Их 63 штуки со 180 секциями. У каждого гелиостата своя «точка ответственности» - сектор параболы, на который отражается собранный свет. Уже на вогнутом зеркале лучи солнца собираются в точку фокуса - ту самую печь. В зависимости от интенсивности излучения (читай - ясности неба, времени суток и поры года) температуры можно достичь самые разные. В теории - до 3800 градусов по Цельсию, в реальности выходило до 3600.

Фото 8.

- Вместе с движением солнца по небу двигаются и гелиостаты, - начинает свою экскурсию Серж Шовин. - Сзади у каждого установлен двигатель, а все вместе они управляются централизованно. Необязательно устанавливать их в идеальную позицию - в зависимости от задач лаборатории градус в точке фокуса можно варьировать.

Фото 9.

Солнечную печь в Одейо начали строить в начале 60-х, а в строй ввели уже в 70-х. Долгое время она оставалась единственной в своем роде на планете, однако в 1987-м копию возвели неподалеку от Ташкента. Серж Шовин улыбается: «Да-да, именно копию».

Советская печь, к слову, тоже остается действующей. На ней, правда, проводят не только опыты, но и выполняют некоторые практические задачи. Правда, расположение печи не позволяет достичь таких же высоких температур, как во Франции - в точке фокуса узбекским ученым удается получить менее 3000 градусов.

Параболическое зеркало состоит из 9000 пластинок - фацетов. Каждая из них отполирована, имеет алюминиевое напыление и чуть вогнута для лучшей фокусировки. После постройки здания печи все фацеты были установлены и откалиброваны вручную - на это ушло три года!

Серж Шовин ведет нас на площадку неподалеку от здания печи. Вместе с нами - группа туристов, прибывших в Одейо на автобусе - поток любителей научной экзотики не иссякает. Музейный смотритель собрался наглядно продемонстрировать скрытый потенциал солнечной энергии.

- Мадам и месье, ваше внимание! - Серж хоть и выглядит скорее как ученый, больше похож на актера. - Свет, излучаемый нашей звездой, позволяет мгновенно нагревать материалы, воспламенять и плавить их.

Фото 10.

Фото 4.

Сотрудник солнечной печи поднимает обычную ветку и размещает ее в большом чане с зеркальной внутренней поверхностью. У Сержа Шовина уходит несколько секунд на поиск точки фокусировки, и палка моментально вспыхивает. Чудеса!

Пока французские бабушки и дедушки ахают и охают, музейщик переходит к отдельно стоящему гелиостату и двигает его ровно так, чтобы отраженные лучи попали в уменьшенную копию параболического зеркала, установленного тут же. Это еще один наглядный эксперимент, показывающий возможности солнца.

- Мадам и месье, сейчас мы будем плавить металл!

Серж Шовин устанавливает в держатель кусочек железа, двигает тисками в поиске точки фокуса и, найдя ее, отходит на небольшое расстояние.

Солнце быстро делает свое дело.

Кусочек железа моментально нагревается, начинает дымить и даже искрить, поддаваясь жарким лучам. Буквально за 10-15 секунд в нем прожигается дырочка размером с монету в 10 евроцентов.

- Вуаля! - ликует Серж.

Пока мы возвращаемся в здание музея, а французские туристы рассаживаются в кинозале для просмотра научного фильма о работе солнечной печи и лаборатории, смотритель рассказывает нам любопытные вещи.

- Чаще всего люди спрашивают, зачем все это нужно, - разводит руками Серж Шовин. - С точки зрения науки возможности солнечной энергии изучены, применены где это возможно в быту. Но существуют задачи, которые по своему масштабу и сложности исполнения требуют установок, подобных этой. Например, как нам смоделировать воздействие солнца на обшивку космического корабля? Или нагрев спускаемой капсулы, возвращающейся с орбиты на Землю?

В специальной тугоплавкой емкости, установленной в точке фокуса солнечной печи, можно воссоздать такие, без преувеличения, неземные условия. Подсчитано, например, что элемент обшивки должен выдерживать температуру в 2500 градусов по Цельсию - и опытным путем это можно проверить здесь, в Одейо.

Смотритель ведет нас по музею, где установлены различные экспонаты - участники многочисленных экспериментов, проведенных в печи. Наше внимание привлекает тормозной карбоновый диск…

- О, эта штука от колеса болида Формулы-1, - кивает Серж. - Ее нагрев в некоторых условиях сопоставим с тем, что мы можем воспроизвести в лаборатории.

Как уже говорилось выше, температурой в точке фокуса можно управлять при помощи гелиостатов. В зависимости от проводимых опытов она варьируется от 1400 до 3500 градусов. Нижний предел необходим для производства водорода в лаборатории, диапазон от 2200 до 3000 - для тестирования различных материалов в условиях экстремального нагрева. Наконец, выше 3000 - область работы с наноматериалами, керамикой и созданием новых материалов.

- Печь в Одейо не выполняет практических задач, - продолжает Серж Шовин. - В отличие от узбекских коллег, мы не зависим от собственной хозяйственной деятельности и занимаемся исключительно наукой. Среди наших заказчиков не только ученые, но и самые разные ведомства, например оборонное.

Мы как раз останавливаемся у керамической капсулы, которая оказывается корпусом корабля-беспилотника.

- Военное министерство построило солнечную печь меньшего диаметра для собственных практических нужд здесь же, в долине у Одейо, - говорит Серж. - Ее можно увидеть с некоторых участков горной дороги. Но за научными экспериментами они все равно обращаются к нам.

Смотритель объясняет, в чем преимущество солнечной энергии перед любой другой в ходе выполнения научных задач.

- Во-первых, солнце светит бесплатно, - загибает он пальцы. - Во-вторых, горный воздух способствует проведению опытов в «чистом» виде - без примесей. В-третьих, солнечный свет позволяет нагревать материалы значительно быстрее, чем любые другие установки, - для некоторых экспериментов это крайне важно.

Любопытно, что печь может работать практически круглый год. По словам Сержа Шовина, оптимальным месяцем для проведения экспериментов является апрель.

- Но если нужно, кусочек металла для туристов солнце расплавит хоть в январе, - улыбается смотритель. - Главное, чтобы небо было ясным и безоблачным.

Одним из неоспоримых преимуществ самого существования этой уникальной лаборатории является полная ее открытость для туристов. Ежегодно сюда приезжает до 80 тысяч человек, и это делает для популяризации науки среди взрослых и детей намного больше, чем школа или университет.

Фон-Ромё-Одейо - типичный пасторальный французский городок. Его главное отличие от тысяч таких же - сосуществование таинства бытовой жизни и науки. На фоне 54-метровой зеркальной параболы - горные молочные коровы. И постоянное жаркое солнце.

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

Фото 14.

Теперь перейдем у другому сооружению.

В сорока пяти километрах от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня на высоте 1050 метров над уровнем моря находится уникальное сооружение — так называемая Большая Солнечная Печь (БСП) мощностью в тысячу киловатт. Она расположена на территории Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Таких печей в мире всего две, вторая находится во Франции.

БСП была запущена в эксплуатацию еще при Союзе в 1987 году, — рассказывает ученый секретарь Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» кандидат технических наук Мирзасултан Маматкасымов. — Для сохранения этого уникального объекта из госбюджета выделяются достаточные средства. Две лаборатории института расположены у нас, четыре — в Ташкенте, где находится основная научная база, на которой осуществляется изучение химических и физических свойств новых материалов. У нас же производится процесс их синтеза. Мы экспериментируем с этими материалами, наблюдая за процессом плавки при различных температурах.

БСП представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления. Комплекс состоит из гелиостатного поля, расположенного на склоне горы и направляющего солнечные лучи в параболоидный концентратор, который представляет собой гигантское вогнутое зеркало. В фокусе этого зеркала создается высочайшая температура — 3000 градусов по Цельсию!

Фото 15.

Гелиостатное поле состоит из шестидесяти двух гелиостатов, расположенных в шахматном порядке. Они обеспечивают зеркальную поверхность концентратора световым потоком в режиме непрерывного слежения за Солнцем в течение всего дня. Каждый гелиостат размером семь с половиной на шесть с половиной метров состоит из 195 плоских зеркальных элементов, называемых «фацетами». Отражающая площадь гелиостатного поля равна 3022 квадратных метров.

Концентратор, на который гелиостаты направляют солнечные лучи, представляет собой циклопическое сооружение высотой сорок пять метров и шириной пятьдесят четыре метра.

Фото 16.

Следует отметить, что преимущество солнечных печей, по сравнению с печами других типов, состоит в мгновенном достижении высокой температуры, позволяющей получать чистые материалы без примесей (благодаря также чистоте горного воздуха). Используются они для нефтегазовой, текстильной и ряда других промышленностей.

Зеркала имеют определенный срок эксплуатации и рано или поздно выходят из строя. В наших цехах мы изготавливаем новые зеркала, которые устанавливаем взамен старых. Их только в концентраторе 10700, а в гелиостатах 12090 штук. Процесс изготовления зеркал происходит в вакуумных установках, где на поверхность отработанных зеркал напыляется алюминий.

Фото 17.

Фергана.Ру: - Как вы решаете проблему поиска специалистов, ведь после развала Союза происходил их отток за рубеж?

Мирзасултан Маматкасымов: - В момент запуска установки в 1987 году здесь работали специалисты из России, Украины, которые обучали наших. Благодаря нашему опыту теперь мы имеем возможность готовить специалистов в этой области самостоятельно. Молодежь приходит к нам с физического факультета Национального университета Узбекистана. Сам я после окончания университета работаю здесь с 1991 года.

Фергана.Ру: - Когда взираешь на это грандиозное сооружение, на ажурные металлические конструкции, как бы парящие в воздухе и при этом поддерживающие «броню» концентратора, в памяти всплывают кадры научно-фантастических фильмов…

Мирзасултан Маматкасымов: - Ну, на моем веку снимать научную фантастику, используя эти уникальные «декорации», здесь пока никто не пытался. Правда, приезжали звезды узбекской эстрады, чтобы снимать свои клипы.

Фото 18.

Мирзасултан Маматкасымов: - Сегодня мы будем плавить брикеты, спрессованные из порошкообразного оксида алюминия, температура плавления которого составляет 2500 градусов по Цельсию. В процессе плавки материал стекает с наклонной плоскости и капает в специальный поддон, где образуются гранулы. Их отправляют в керамический цех, расположенный неподалеку от БСП, где измельчают и применяют для изготовления различных керамических изделий, начиная от мелких нитеводителей для текстильной промышленности и заканчивая полыми керамическими шарами, внешне напоминающими бильярдные. Шары используются в нефтегазовой промышленности в качестве поплавков. При этом с поверхности нефтепродуктов, хранящихся в больших емкостях на нефтебазах, испарение уменьшается на 15-20 процентов. За последние годы мы изготовили около шестисот тысяч таких поплавков.

Фото 19.

Для электротехнической промышленности мы изготавливаем изоляторы и другие изделия. Они отличаются повышенной износостойкостью и прочностью. Кроме оксида алюминия мы также используем более тугоплавкий материал — оксид циркония с температурой плавления 2700 градусов по Цельсию.

Контроль за процессом плавки осуществляется так называемой «системой технического зрения», которая оснащена двумя специальными телекамерами. Одна из них непосредственно передает изображение на отдельный монитор, другая — на компьютер. Система позволяет как наблюдать за процессом плавки, так и проводить различные измерения.

Фото 20.

Следует добавить, что БСП используют и как универсальный астрофизический инструмент, открывающий возможности проведения исследований звездного неба в ночное время.

Кроме вышеперечисленных работ в институте большое внимание уделяется изготовлению медицинского оборудования на базе функциональной керамики (стерилизаторы), абразивных инструментов, сушилок и многого другого. Такое оборудование успешно внедрено в медицинские учреждения нашей республики, а также в аналогичные учреждения Малайзии, Германии, Грузии и России.

Параллельно в институте были разработаны солнечные установки малой мощности. Так, например, учеными института созданы солнечные печи мощностью полтора киловатт, которые были установлены на территории Таббинского института металлургии (Египет) и в Международном металлургическом центре в Хайдарабаде (Индия).

Фото 21.

Фото 22.

Фото 23.

Фото 24.

Фото 25.

Фото 26.

Фото 27.

Фото 28.

Фото 29.

Фото 30.

Фото 31.

Фото 32.

Фото 33.

Фото 34.

Фото 35.

Фото 36.

Фото 37.

Фото 38.

Фото 39.

Фото 40.

Фото 41.

Фото 42.