Солнечные кухни и печи

По-видимому, самым простым способом непосредственного применения солнечной энергии является приготовление пищи - процесс, который всегда требует больших затрат энергии и человеческих, усилий. Один из вариантов конструкции солнечной печи показан на рис. 23. Такая простая печь быстро нагревается и позволяет приготовить пищу за несколько часов. Затраты энергии на приготовление пищи (около 300 ^Вт*ч/_кг) обычно не превышают количества энергии, идущей на нагревание самой печи. Если печь защищена от ветра, равновесная температура устанавливается в ней в течение часа.

Рис. 23. Солнечная кухня типа 'горячий ящик'

Для более быстрого приготовления пищи и осуществления таких требующих высокой температуры процессов, как, например, жарение, солнечные печи снабжаются параболическими рефлекторами. Конструкции, подобные изображенным на рис. 24, с диаметром зеркала около 1,5 м испытывали в различных частях земного шара. Эффективный коэффициент концентрации таких систем с краевым углом 30° (даже при плохо обработанной поверхности зеркала) достигает 500-1000. В тропических условиях мощность, получаемая в фокусе такого устройства, составляет 0,5-1,0 кВт. Тень, отбрасываемая на зеркало сосудом для приготовления пищи диаметром около 15 см, весьма незначительна, но тем не менее несколько раз в течение часа необходимо регулировать положение зеркала относительно солнца. Однако эта операция очень проста - она сводится к тому, чтобы поддерживать положение тени от сосуда в центре зеркала,- и осуществление ее доступно как ребенку, так и старику.

Рис. 24. Солнечная кухня с параболическим зеркалом

При использовании такого рода устройств для научных исследований ориентировку зеркал следует производить более тщательно. Для получения очень высоких температур обычно используют несколько больших параболических зеркал, установленных так, что они имеют общий фокус. В системах, состоящих из нескольких зеркал, дополнительно устанавливается плоское зеркало, так называемый гелиостат, с помощью которого следят за кажущимся движением Солнца и направляют солнечные лучи на неподвижные зеркала. Параболическое зеркало является здесь частью стационарного лабораторного устройства с фиксированным фокусом, которое позволяет проводить различные эксперименты, требующие высокой температуры. Такого рода исследования проводятся в лаборатории солнечной энергии Французского национального научно-исследовательского центра, расположенного в Западных Пиренеях вблизи границы с Испанией. В этой лаборатории с помощью солнечной печи с зеркалом диаметром около 10 м, установленной на горе Луис, впервые были проведены работы по очистке особо тугоплавких металлов. Теперь вместо этой лаборатории в районе Одейо создана новая печь, на которой установлено параболическое зеркало диаметром порядка 50 м. Оно изготовлено из 8000 небольших зеркал, каждое из которых имеет вогнутую форму. Формируя в фокальной плоскости изображение солнца в виде круга диаметром примерно 50 см, эта гигантская система обеспечивает мощность до 1200 кВт. Такая система позволяет производить очистку особо тугоплавких веществ в больших масштабах. Для нее были разработаны специальные вращающиеся тигли с водяным охлаждением, вмещающие одновременно сотни килограммов исследуемых материалов. Под действием сфокусированного солнечного излучения материал в центре фокального пятна расплавляется, расширяясь при этом, но в то же время благодаря вращению тигля удерживается в нем. В таких условиях плавление центральной части материала осуществляется в отсутствие контакта со стенками тиглей, что возможно только в солнечной печи. Таким способом были получены в значительных количествах наиболее тугоплавкие материалы, точки плавления которых достигают 3000° С. К их числу относятся соединения, имеющие большое экономическое значение, например окислы кремния и циркония. Благодаря тугоплавкости и химической стойкости эти материалы находят широкое применение в некоторых отраслях современного производства, где их химическая чистота имеет особое значение.

Крупнейшая в мире солнечная печь, Одейо, Франция