Природа – лучший дизайнер солнечных электростанций

Солнечные электростанции занимают очень много пространства. Они представляют собой длинные ряды фотогальванических панелей, преобразующих солнечный свет непосредственно в электричество, или параболических зеркал, концентрирующих лучи на котле, пар из которого приводит в действие турбогенераторы. Место, занимаемое этими рядами, можно было бы использовать в других целях.

Двое исследователей из Массачусетского технологического института разработали новый,  более компактный способ размещения зеркал. К своей досаде (но вполне закономерно) они обнаружили, что прототипом этой идеи является простой подсолнечник.

В своем исследовании Александр Митсос и Кори Нун исходили из того, что зеркала на существующих термальных солнечных электростанциях располагаются по принципу размещения мест в кинотеатре. Зеркала образуют концентрические полукруги, обращенные к башне, на вершине которой находится паровой котел и турбина. Однако такое расположение  приводит к тому, что некоторые зеркала загораживают соседние с ними во время изменения положения солнца (даже несмотря на то, что большинство концентраторов закреплено на кронштейнах, перемещающих их вслед за движением солнца).

Согласно отчету, опубликованному в журнале «Solar Energy», Митсос и Нун нашли способ усовершенствовать систему. Они разделили все зеркала (а точнее компьютерную модель каждого зеркала) солнечной электростанции на юге Испании на 100 кусочков. Далее компьютер подсчитал размеры энергетических потерь, вызванных неправильной ориентацией концентраторов относительно солнца или друг друга. Компьютерное моделирование позволило ученым создать усовершенствованную систему размещения зеркал.  

ПредположениеФерма

Ранее основные усилия ученых направлялись на преодоление проблемы зеркал, заслоняющих друг друга. Как правило, решалась она с помощью увеличения расстояния между концентраторами. Доктора Митсос и Нун стремились сократить пространство, занимаемое термальными гелиоустановками. Необычное решение этой загадки весьма удивило ученых. Они продемонстрировали полученные результаты своему коллеге Мануэлю Торрильону из Ахенского университета (Германия), который также распознал спиральный узор в новой системе размещения. В результате исследователи решили убедиться в своей правоте, испытав разработанную схему размещения гелиоконцентраторов на местности.

Схема  представляет собой так называемую спираль Ферма, где каждый элемент находится под углом 137° к предыдущему. Именно так располагаются цветки в ложе соцветия подсолнечника. Разместив часть зеркал на испанской гелиостанции подобным образом, ученые увеличили эффективность концентрации солнечного света и сократили площадь, занимаемую концентраторами. И хотя рост производительности был достаточно незначительным (около 0,5%), экономия места составила почти 16%.

Если солнечный свет станет одним из основных источников электроэнергии в будущем (как надеются сторонники гелиоэнергетики), потребуются значительные территории для строительства электростанций.  Сокращение необходимой территории на шестую часть станет существенным преимуществом. Новая система размещения также доказывает, что ничто не ново под солнцем.

TheEconomist(14-20 января 2012), перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.economist.com/node/21543123