Гелиотермические системы: зеркала следят за Солнцем

Солнечными коллекторы и солнечные батареи на крыше дома.

Солнечными коллекторами для систем отопления жилых домов и административных зданий сегодня никого не удивишь, но для получения технологического тепла они использовались крайне редко. Теперь ситуация начинает меняться.

Примерно половина всей потребляемой человечеством энергии уходит на производство тепла. При этом речь идет не столько об отоплении жилых и административных помещений, сколько о так называемом технологическом тепле, то есть о той тепловой энергии, которая необходима для самых разных технологических процессов - от металлургии и машиностроения до пищевой промышленности и торговли. До сих пор лучистая энергия Солнца для этих целей практически не использовалась, однако теперь ситуация постепенно начинает меняться.

Intersolar-2011

Об этом свидетельствует прошедшая в Мюнхене международная ярмарка InterSolar-2011. Там были представлены проекты, которым многие эксперты сулят большое будущее.

По мнению Штефана Фишера (Stephan Fischer), научного сотрудника Института термодинамики и теплотехники при Штутгартском университете, энергию Солнца с немалым успехом могут использовать многие отрасли: "Начиная с таких операций как промывка и сушка сельхозпродукции или гранулятов и заканчивая производством пара, подаваемого в существующие паровые сети промышленных предприятий". Примеры такого рода уже имеются. Скажем, цветочные семена перед расфасовкой и упаковкой необходимо просушить, чтобы они не проросли раньше времени.

Один из производителей семян близ баварского города Фрайзинга использует для этих целей солнечную энергию: вода, нагретая в плоских солнечных коллекторах, поступает в теплообменник и отдает тепло воздуху сушильной камеры.

Вакуумная теплоизоляция

Правда, эта технология требует относительно невысоких температур, поэтому здесь речь идет о коллекторах, практически идентичных тем, что сегодня все чаще можно увидеть на крышах частных жилых домов. Вырабатываемого таким образом тепла хватает на то, чтобы, скажем, принять душ. Однако многие отрасли промышленности нуждаются в гораздо более высоких температурах. Как тут быть? Что ж, это тоже задача решаемая, считает Штефан Фишер: "Одна из концепций предусматривает использование вакуумной теплоизоляции, снижающей конвекционные потери тепла". Принцип тот же, что в бытовом термосе: двустенная стеклянная трубка с водой, между стенками - вакуум. Но только наружная стенка трубки прозрачна, а внутренняя имеет особое покрытие, улавливающее лучистую энергию Солнца. Благодаря этому покрытию вода нагревается более эффективно, а благодаря вакууму потери тепла минимальны.

Коллекторы-концентраторы

Штефан Фишер продолжает: "Сейчас все более широкое распространение получают так называемые коллекторы-концентраторы. Они позволяют получать эксплуатационные температуры выше 200 градусов". Речь идет о конструкции, лежащей и в основе гелиотермических электростанций: трубка с теплоносителем (это может быть вода или специальное масло) помещается в оптическом фокусе длинного зеркального желоба, который в сечении имеет форму параболы. Сегодня в Европе насчитывается уже около 70 промышленных предприятий, покрывающих, по крайней мере, часть своих потребностей в технологическом тепле за счет таких параболоцилиндрических коллекторов-концентраторов.

Штефан Фишер приводит конкретный пример: "Я знаю фирму по производству зеркал, у них там и гальванические ванные, и ряд других операций, и у них там имеется паровая сеть с рабочей температурой 140 градусов и давлением 4 бара. Так вот, они там смонтировали поле коллекторов и подают получаемый с его помощью пар прямо в свою паровую сеть".

Мало Солнца

Впрочем, сама эта фирма, расположенная чуть южнее Рурской области, сетует на то, что солнечной энергии, которую аккумулируют коллекторы, ей часто не хватает. Что вполне естественно, если иметь в виду климатические реалии Центральной Европы. Не зря гелиотермические электростанции большой мощности планируется строить на севере Африки.

Чтобы повысить эффективность солнечных систем, компания isomorph в Бамберге разработала коллекторы усовершенствованной конструкции: в них лучистая энергия фокусируется двумя дюжинами зеркал, каждое из которых в любой момент оптимально ориентировано на Солнце, поворачиваясь вслед за светилом по мере его перемещения по небосводу. Высокоточное управление зеркалами осуществляется автоматизированным устройством, обеспечивающим слежение за Солнцем по двум координатам с учетом времени суток и времени года. На сегодняшний день в Германии установлено уже несколько десятков таких высокоэффективных систем.

Пиво, сыр и... битум

Правда, они производят, в основном, теплую воду для бытовых нужд, однако есть и такие, что обеспечивают теплом то или иное производство. Хельмут Хартингер (Helmut Hartinger), глава отдела сбыта компании, перечисляет: "Это фирмы по производству напитков, то есть, прежде всего, пивоварни, - там очень высокий спрос. Это производители разного рода продовольственных изделий - сыроварни, мясоперерабатывающие предприятия и так далее. Неожиданным для нас оказался запрос от фирмы, производящей битумы. Оказалось, что там требуется промежуточное хранение продукции при температуре 70 градусов. Сейчас владелец фирмы испытывает нашу установку из двух зеркал. Потом, если все пройдет удачно, он ее расширит".

Цены на гелиотермические системы промышленного назначения колеблются от десяти тысяч до нескольких сотен тысяч евро - в зависимости от размера. А вот оценить экономическую целесообразность такой инвестиции очень трудно: ведь тут играют роль многие факторы и не в последнюю очередь - будущие цены на нефть и газ.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман