Достижения СССР: Большая Солнечная Печь в Узбекистане

Нет, это не база инопланетян и не съемочная площадка научно-фантастических фильмов. Это — Большая Солнечная Печь (БСП) мощностью 700 киловатт, расположенная в Узбекистане. Всего в мире две таких печи, вторая находится во Франции. Давайте вместе посмотрим на это уникальное сооружение.

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.

21. Вес металлических конструкций концентратора — 200 тыс. тонн. На самый верх (12 этаж) ходит грузопассажирский лифт. А вот так концентратор выглядит изнутри.

22. Южная сторона концентратора. Для защиты от солнечных лучей и температурной деформации металликонструкций концентратор закрыт специальными солнцезащитными экранами. На переднем плане простейшая экспериментальная солнечная печь собранная из стальных листов.

23. Пирометрическая лаборатория на 6 этаже концентратора. Её окна выходят на технологическую башню. Отсюда управляют работой печи.

24. На верхней отметке концентратора расположена смотровая площадка. Внизу расположен посёлок Солнце, с многоэтажными домами для сотрудников института.

25. Ещё выше красные визирные метки для юстировки всех 62 гелиостатов.

26. Отсюда же открывается обзорный вид на гелиостатное поле.

27. Матрица визирных меток.

28. Фокусное расстояние концентратора — 18 метров, именно на этом расстоянии расположена технологическая башня с печью. В нерабочем состоянии дверцы печи закрыты и принудительно охлаждаются. 

29. Лестнично-лифтовой блок на южной стороне концентратора.

30. Преимущество солнечных печей состоит в мгновенном достижении высокой температуры, позволяющей получать чистые материалы без примесей (в том числе благодаря чистоте горного воздуха). Поэтому в ней металлы и сплавы характеризуются крайне высокой чистотой и отсутствием примесей. И ещё один важный аргумент — за солнечную энергию не нужно платить.

Ну и разумеется нельзя обойти вниманием вторую Большую Солнечную Печь в мире.

Большая Солнечная Печь в Фон-Роме-Одейо (Франция)

Лаборатория Солнца была первой в мире солнечной печью с такими размерами. Её строительство было выполнено в 1962-1968 годах. Весь комплекс заработал в 1970 году. Печь состоит из параболического концентратора, с размерами 54х48 метра и 63 гелиостатов. Общая площадь отражающей поверхности концентратора всего на 10 квадратных метров меньше, чем у БСП в Паркенте, но из-за того, что весь комплекс расположен выше (на высоте 1600 метров над уровнем моря) и применены более высококачественные зеркала — максимальная мощность французской солнечной печи выше и составляет 1 Мегаватт.

БСП можно использовать для получения чистого металла циркония без каких-либо примесей. Температура плавления оксида циркония — 2700 градусов цельсия! Производительность печи в данном случае может составлять почти 2,5 тонны циркония в день.

Согласитесь, что гелиокомплексы очень похожи друг на друга.

В настоящее время в Физико-техническом институте (ФТИ) НПО «Физика-Солнце» занимаются научно-техническими разработками в области физики высоких энергий, физики полупроводников, преобразования солнечной энергии, теории твердого тела.

Когда-то здесь проводили испытания обшивки космических аппаратов и военной техники, а сейчас на базе института создана производственная линия керамических изделий, на основе материалов синтезированных в БСП. В частности это корпуса предохранителей и высоковольный фарфор. Здесь же разработаны и созданы малые солнечные печи, мощностью 1500 ватт, которые уже работают в Египте и Индии. Ещё БСП можно использовать как астрофизический инструмент для исследований звездного неба в ночное время.

Уникальная техническая база комплекса «Физика-Солнце» позволяет проводить многоцелевые наблюдения за Солнцем и заниматься не только теоретическими, но и экспериментальными исследованиями.