Когда речь заходит о гелиоэнергетике, практически всегда имеется в виду одно из двух: либо небольшие плоские солнечные коллекторы, устанавливаемые, как правило, на крышах домов и служащие для отопления и горячего водоснабжения, либо крупные солнечные электростанции промышленного типа на основе так называемых параболоцилиндрических концентраторов, призванные снабжать энергией целые регионы.

А где же золотая середина? И вот теперь немецкие инженеры взялись за разработку гелиосистем среднего размера для обеспечения теплом отдельных промышленных предприятий.

Коллектор Френеля вместо параболоцилиндрического концентратора

Ведь дело в том, что две трети всей потребляемой в промышленности энергии расходуется на производство тепла. Тепло необходимо чуть ли не для каждой стадии технологического цикла, будь то химические реакции или физические процессы. Инженеры фирмы Mirroxx из Фрайбурга уверены, что значительную часть потребности в этом тепле удастся покрыть за счет энергии солнечного излучения.

С этой целью они разработали свою собственную модификацию коллектора Френеля, названного так по имени французского физика Огюстена Френеля (Augustin Fresnel), одного из создателей волновой теории света. Это сооружение представляет собой набор плоских отражателей длиной четыре метра и шириной полметра. Физик Кристиан Цалер (Christian Zahler), глава фирмы Mirroxx, поясняет: "Мы расположили множество таких зеркал рядом друг с другом параллельно земле. Каждое из зеркал может с помощью небольшого электродвигателя поворачиваться вокруг продольной оси так, чтобы все зеркала вместе образовывали своего рода вытянутый желоб, фокусирующий отраженный солнечный свет на одной прямой. В нашем случае эта прямая пролегает на высоте четыре метра над зеркальным полем. Там расположена трубка с теплоносителем".

Вода или масло?

Иными словами, речь идет о миниатюрном варианте параболоцилиндрического конденсатора, но не сплошного, не цельнометаллического, а образованного отдельными длинными и узкими отражателями. Вся конструкция отчасти напоминает лежащие на земле жалюзи, в которых положение ламелей регулируется компьютером так, чтобы отраженные солнечные лучи разогревали циркулирующий в трубке теплоноситель.

Если это вода, то ее температура может достигать 200 градусов - этого вполне достаточно для технологических процессов, потребляющих примерно треть всего тепла, расходуемого в промышленности. Если же в качестве теплоносителя использовать масло, то рабочую температуру на выходе коллектора Френеля можно довести до 400 градусов.

"Если говорить об установке такого коллектора Френеля на крыше, то у нее есть ряд бесспорных преимуществ, - говорит Кристиан Цалер. - Например, благодаря тому, что отражатели узкие и расположены параллельно крыше, эта конструкция имеет гораздо меньшую парусность, чем параболоцилиндрический концентратор".

Сегодня на основе параболоцилиндрических концентраторов планируется построить целый ряд крупных солнечных электростанций на юге Европы и на севере Африки. Но если в Испании, не говоря уже про Сахару, под такую электростанцию легко найти участок площадью в несколько гектаров, то на крышах фабричных зданий места крайне мало, и уже хотя бы поэтому коллекторы Френеля больше подходят для такого использования.

Однако этим их преимущества не исчерпываются, - говорит Кристиан Цалер: "Коллекторы Френеля позволяют получать более высокую пиковую мощность. А ещё они обеспечивают более равномерное распределение нагрузки на кровлю, что, конечно, очень важно. Большинство параболоцилиндрических концентраторов монтируются на огромных бетонных фундаментах. Мы же обходимся без них".

Начало положено...

В жаркий солнечный день изделия фрайбургских инженеров вырабатывают до 500 ватт тепловой энергии с квадратного метра площади. Пилотные установки, сооруженные в Италии, Испании и Тунисе, свидетельствуют о том, что система функционирует надежно.

Скажем, в Севилье такой коллектор площадью в 350 квадратных метров вот уже более двух лет поставляет тепло для специальных термохимических холодильных установок в здании местного университета.

"В мире очень много регионов - будь то Индия или части Южной и Северной Америки, - где возведение таких установок себя, безусловно, оправдывает, - поясняет Кристиан Цалер. - И есть очень много отраслей промышленности, нуждающихся в тепловой энергии именно в таком температурном диапазоне - грубо говоря, от 150 до 400 градусов. Это и пищевая промышленность, и химическая, и текстильная, фармацевтическая, - список можно продолжать до бесконечности. Именно они с танут, как мы надеемся, нашими заказчиками в ближайшие годы".

Правда, тут многое будет зависеть от мировых цен на традиционные энергоносители - нефть и газ. Ведь чем дороже обходится потребителю сжигание ископаемых углеводородов, тем быстрее амортизируются его инвестиции в гелиоустановку.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева