Tegelikult on maailmas mitmeid sarnaseid struktuure. Alustame Solar Ahjuga Prantsusmaal, s.o Prantsusmaal.
Päikeseahi Prantsusmaal on loodud mitmesuguste protsesside jaoks vajalike kõrgete temperatuuride genereerimiseks ja kontsentreerimiseks.
Seda tehakse päikesekiirte hõivamise ja nende energia koondamisega ühte kohta. Konstruktsioon on kaetud kumerate peeglitega, nende heledus on nii suur, et neid pole võimatu vaadata, see valutab silma. 1970. aastal see struktuur püstitati, kõige sobivamaks kohaks valiti Ida-Püreneed. Ja tänapäevani jääb ahi maailma suurimaks.
Peeglimassiivile on omistatud paraboolse peegeldi funktsioonid ja kõrge temperatuuri režiim fookuses võib ise ulatuda 3500 kraadini. Lisaks saate temperatuuri reguleerida, muutes peeglite nurki.
Päikeseahju, mis kasutab loodusressursse, näiteks päikesevalgust, peetakse hädavajalikuks meetodiks kõrgete temperatuuride tekitamiseks. Ja neid omakorda kasutatakse mitmesuguste protsesside jaoks. Niisiis, vesiniku tootmiseks on vaja temperatuuri 1400 kraadi. Materjalide katserežiimid, mis viiakse läbi kõrgel temperatuuril, tagavad temperatuuri 2500 kraadi. Nii katsetatakse kosmoselaevu ja tuumareaktorit.
Seega pole päikeseküttekeha mitte ainult hämmastav hoone, vaid ka elutähtis ja tõhus, samal ajal peetakse seda keskkonnasõbralikuks ja suhteliselt odavaks viisiks kõrgete temperatuuride saamiseks.
Reklaamvideo:
Peeglite massiiv toimib paraboolse reflektorina. Valgus on fokuseeritud ühte keskele. Ja sealne temperatuur võib ulatuda temperatuurini, mille juures terast saab sulatada.
Kuid temperatuuri saab reguleerida, seades peeglid erinevate nurkade alla.
Näiteks vesiniku tootmiseks kasutatakse temperatuuri umbes 1400 kraadi. Temperatuur 2500 kraadi - materjalide testimiseks ekstreemsetes tingimustes. Näiteks katsetatakse sel viisil tuumareaktoreid ja kosmoselaevu. Kuid nanomaterjalide valmistamiseks kasutatakse temperatuuri kuni 3500 kraadi.
Päikeseahi on odav, tõhus ja keskkonnasõbralik viis kõrgete temperatuuride tekitamiseks.
Prantsusmaa edelaosas viinamarjad juurduvad märkimisväärselt ja igasugused puuviljad valmivad - see on kuum! Muu hulgas paistab siin päike peaaegu 300 päeva aastas ja selge päevade arvu poolest on need kohad võib-olla ainult Cote d'Azuri järel teisel kohal. Kui iseloomustame Odeillo lähedal asuvat orgu füüsika seisukohast, siis siin on valguskiirguse võimsus 800 vatti 1 ruutmeetri kohta. Kaheksa võimsat hõõglampi. Vähe? Piisavalt, et tükk basaltit pudruks laiali laotaks!
Jätkame ringkäiku ajakirja Onliner.by abil:
“Odeillo päikeseahju võimsus on 1 megavatt ja selleks on vaja pea 3000 meetrit peegelpinda,” ütleb kohaliku päikeseenergia muuseumi hooldaja Serge Chauvin. - Pealegi peate valgust koguma nii suurelt pinnalt söögiplaadi läbimõõduga fookuspunkti.
Paraboolse peegli vastas on paigaldatud heliostaadid - spetsiaalsed peegelplaadid. Neid on 63, 180 sektsiooniga. Igal heliostaatil on oma "vastutuspunkt" - parabooli sektor, mis peegeldab kogutud valgust. Juba nõgusas peeglis kogunevad päikesekiired fookuspunkti - päris ahju. Sõltuvalt kiirguse intensiivsusest (loe - taeva selgus, kellaaeg ja aastaaeg) võivad temperatuurid olla väga erinevad. Teoreetiliselt - kuni 3800 kraadi Celsiuse järgi, tegelikkuses tõusis see temperatuurini 3600.
“Koos päikese liikumisega liiguvad heliostaadid üle taeva,” alustab Serge Chauvin oma retke. - Mõlemal on mootor taga ja koos juhitakse neid tsentraalselt. Neid ei ole vaja ideaalsesse asendisse seada - sõltuvalt labori ülesannetest võib kraad fookuspunktis olla erinev.
Päikeseahju ehitamine Odeillo algas 60ndate alguses ja telliti kasutusele juba 70ndatel. Pikka aega jäi see ainsaks omataoliseks planeedil, kuid 1987. aastal püstitati koopia Taškendi lähedale. Serge Chauvin naeratab: "Jah, täpselt koopia."
Nõukogude ahi, muide, jääb ka tööks. Selle peal ei teosta nad aga mitte ainult katseid, vaid täidavad ka praktilisi ülesandeid. Tõsi, ahju asukoht ei võimalda saavutada sama kõrgeid temperatuure kui Prantsusmaal - fookuspunktis õnnestub Usbeki teadlastel saada alla 3000 kraadi.
Paraboolne peegel koosneb 9000 tagast. Mõlemad on poleeritud, alumiiniumkattega ja parema fookuse saavutamiseks veidi nõgusad. Pärast ahjuhoone ehitamist paigaldati ja kalibreeriti kõik tahud käsitsi - selleks kulus kolm aastat!
Serge Chauvin viib meid ahjuhoone lähedal asuvale platsile. Koos meiega - turistide seltskonnaga, kes saabusid Odeillo bussiga - ei peatu teadusliku eksootika austajate voog kunagi. Muuseumi kuraator näitas päikeseenergia varjatud potentsiaali.
- Proua ja monsieur, teie tähelepanu! - Ehkki Serge näeb rohkem välja nagu teadlane, näeb ta rohkem välja nagu näitleja. - Meie tähe kiirgav valgus võimaldab materjalidel neid koheselt kuumutada, süttida ja sulatada.
Päikesekollatöötaja korjab tavalise oksa ja asetab selle peegelpildiga sisemisse suurde kaussi. Fookuspunkti leidmine võtab Serge Chauvinilt mõne sekundi ja kepp süttib hetkega. Imelised!
Sel ajal, kui Prantsuse vanavanemad jauravad ja urisevad, läheb muuseumitöötaja üle iseseisva heliostaati ja liigutab seda täpselt nii, et peegeldunud kiired tabasid sinna otse paigaldatud paraboolipeegli väiksemat koopiat. See on veel üks visuaalne eksperiment, mis näitab päikese võimeid.
- Proua ja monsieur, nüüd sulatame metalli!
Serge Chauvin seab hoidikusse rauatüki, liigutab vise fookuspunkti otsimisel ja pärast selle leidmist liigub väikese vahemaa kaugusel.
Päike teeb kiiresti oma töö.
Tükk rauda soojeneb koheselt, hakkab suitsetama ja tekitab isegi sädemeid, imbudes kuumade kiirte kätte. Vaid 10–15 sekundiga põletatakse selles 10-eurose sendi suurune auk.
- Voila! - rõõmustab Serge.
Kui naaseme muuseumihoonesse ja prantsuse turistid istuvad kinosaalis, et vaadata teaduslikku filmi päikeseahju ja labori töödest, räägib majahoidja meile huvitavaid asju.
- Kõige sagedamini küsivad inimesed, miks seda kõike vaja on, - viskab Serge Chauvin käed üles. - Teaduse seisukohast on päikeseenergia võimalusi uuritud ja rakendatud võimaluse korral igapäevaelus. Kuid on ülesandeid, mis oma ulatuse ja täitmise keerukuse tõttu nõuavad selliseid installeerimisi. Näiteks kuidas simuleerida päikese mõju kosmoselaeva nahale? Või soojendage orbiidilt Maale naasvat laskumiskapslit?
Spetsiaalses tulekindlas anumas, mis on paigaldatud päikeseahju fookuspunkti, saate sellised, liialduseta, ebaterved tingimused uuesti luua. On näiteks arvutatud, et fassaadielement peab vastu pidama temperatuurile 2500 kraadi Celsiuse järgi - ja seda saab empiiriliselt testida siin Odeillo linnas.
Majahoidja viib meid läbi muuseumi, kuhu on paigaldatud erinevad eksponaadid - osalejad arvukates ahjus tehtud katsetes. Meie tähelepanu juhib süsinikpiduriketas …
- Oh, see asi on vormel-1 auto rooli taga, - noogutab Serge. - Selle kuumutamine teatud tingimustel on võrreldav sellega, mida saame laboris paljundada.
Nagu eespool mainitud, saab temperatuuri fookuspunktis reguleerida heliostaatide abil. Sõltuvalt läbiviidud katsetest varieerub see vahemikus 1400 kuni 3500 kraadi. Alumine piir on vajalik vesiniku tootmiseks laboris, vahemik 2200 kuni 3000 mitmesuguste materjalide katsetamiseks äärmuslikes kuumuse tingimustes. Lõpuks on üle 3000 töövaldkond nanomaterjalide, keraamika ja uute materjalide loomine.
“Odeillo ahi ei täida praktilisi ülesandeid,” jätkab Serge Chauvin. - Erinevalt Usbeki kolleegidest ei sõltu me oma majandustegevusest ja tegeleme eranditult teadusega. Meie klientide seas pole mitte ainult teadlased, vaid ka erinevad osakonnad, näiteks kaitsevaldkond.
Peatume lihtsalt keraamilise kapsli juures, mis osutub drooni laeva kereks.
"Sõjaosakond ehitas siia, Odeillo lähedale orgu, omaenda praktiliste vajaduste jaoks väiksema läbimõõduga päikeseahju," räägib Serge. - seda võib näha mägitee mõnel lõigul. Kuid teaduslike katsete pärast pöörduvad nad ikkagi meie poole.
Juhendaja selgitab, mis on päikeseenergia eelis teiste ees teaduslike ülesannete täitmisel.
- Esiteks paistab päike tasuta, - painutab ta sõrmi. - Teiseks aitab mägiõhk eksperimente läbi viia puhtal kujul - ilma lisanditeta. Kolmandaks, päikesevalgus võimaldab materjale kuumutada palju kiiremini kui mis tahes muu paigaldus, mis on mõne eksperimendi jaoks äärmiselt oluline.
On uudishimulik, et ahi võib töötada peaaegu aastaringselt. Serge Chauvini sõnul on optimaalne kuu katsete läbiviimiseks aprill.
- Aga kui vaja, sulatab päike turistidele mõeldud metallitüki isegi jaanuaris, - muigab majahoidja. - Peaasi, et taevas on selge ja pilvitu.
Selle ainulaadse labori olemasolu vaieldamatud eelised on selle täielik avatus turistidele. Aastas tuleb siia kuni 80 tuhat inimest ja see teeb teaduse populariseerimiseks täiskasvanute ja laste seas palju rohkem kui kool või ülikool.
Font Romeu Odeillo on tüüpiline pastoraalne Prantsuse linn. Selle peamine erinevus tuhandetest teistest on igapäevaelu ja teaduse müsteeriumi kooseksisteerimine. 54-meetrise peegelparabooli taustal - mägipiimalehmad. Ja pidev kuum päike.
Liigume nüüd teise hoone juurde.
Osa Viktor Borisovi fotodest.
45 kilomeetrit Taškentist Parkinti rajoonis Tien Shani jalamil 1050 meetri kõrgusel merepinnast on ainulaadne struktuur - nn suur päikeseahi (BSP) mahutavusega tuhat kilovatti. See asub Usbekistani Vabariigi Teaduste Akadeemia Materjaliteaduse Instituudi MTÜ Füüsika Päike territooriumil. Selliseid pliite on maailmas ainult kaks, teine asub Prantsusmaal.
"BSP pandi tööle Nõukogude Liidu ajal 1987. aastal," ütleb MTÜ Füüsika-Solntse materjaliteaduse instituudi teaduse sekretär Mirzasultan Mamatkassymov, Ph. D. - Selle ainulaadse objekti säilitamiseks eraldatakse riigieelarvest piisavalt vahendeid. Instituudi kaks laborit asuvad meie riigis, neli Taškendis, kus asub peamine teaduslik baas, kus uuritakse uute materjalide keemilisi ja füüsikalisi omadusi. Oleme nende sünteesi protsessis. Katsetame nende materjalidega, jälgides sulamisprotsessi erinevatel temperatuuridel.
BSP on keeruline optilis-mehaaniline kompleks automaatsete juhtimissüsteemidega. Kompleks koosneb heliostaati väljast, mis asub mäe küljel ja suunab päikesekiired paraboloidide kontsentraatorisse, mis on hiiglaslik nõgus peegel. Selle peegli fookuses luuakse kõrgeim temperatuur - 3000 kraadi Celsiuse järgi!
Heliostaadi väli koosneb kuuekümnest kahest astmelisest heliostatist. Need annavad kontsentraatori peegelpinnale valgusvoo, mis võimaldab Päikest kogu päeva jooksul pidevalt jälgida. Iga seitsme ja poole, kuue ja poole meetri pikkune heliostaat koosneb 195 lamedast peeglielemendist, mida nimetatakse "tahkudeks". Heliostaadi välja peegelduspind on 3022 ruutmeetrit.
Kontsentraator, kuhu heliostaadid suunavad päikesekiiri, on tsükloopia struktuur, nelikümmend viis meetrit kõrge ja viiskümmend neli meetrit lai.
Peab märkima, et päikeseahjude eeliseks, võrreldes muud tüüpi ahjudega, on kõrge temperatuuri saavutamine silmapilkselt, tänu millele on võimalik saada puhtaid lisandeid sisaldavaid materjale (tänu ka mägiõhu puhtusele). Neid kasutatakse nafta ja gaasi tootmiseks, tekstiilitööstuses ja paljudes muudes tööstusharudes.
Peeglitel on teatud kasutusiga ja varem või hiljem need ei õnnestu. Oma töökodades valmistame uusi peegleid, mis asendavad vanu. Neid on ainult kontsentraadis 10700 ja heliostaatides 12090. Peeglite valmistamise protsess toimub vaakumpaigaldistes, kus kasutatud peeglite pinnale pihustatakse alumiiniumi.
Ferghana. Ru: - Kuidas lahendada spetsialistide leidmise probleem, kas lõppude lõpuks voolasid nad pärast liidu lagunemist välismaale?
Mirzasultan Mamatkassymov: - Paigaldamise ajal 1987. aastal töötasid siin Venemaa ja Ukraina spetsialistid, kes koolitasid meie oma. Tänu oma kogemustele on meil nüüd võimalus iseseisvalt koolitada selle valdkonna spetsialiste. Noored tulevad meie juurde Usbekistani Riikliku Ülikooli füüsikaosakonnast. Pärast ülikooli lõpetamist olen siin töötanud alates 1991. aastast.
Ferghana. Ru: - Kui vaadata seda suurejoonelist konstruktsiooni, õrnu metallkonstruktsioone, justkui hõljuks õhus ja toetaks samal ajal kontsentraatori "soomust", tulevad meelde ulmefilmide kaadrid …
Mirzasultan Mamatkassymov: - Noh, minu elu jooksul pole keegi proovinud neid ainulaadseid "maastikke" kasutades ulme tulistada. Tõsi, Usbeki popstaarid tulid oma klippe filmima.
Mirzasultan Mamatkassymov:- Täna sulatame pulbrist alumiiniumoksiidist pressitud briketid, mille sulamistemperatuur on 2500 kraadi Celsiuse järgi. Sulamisprotsessi ajal voolab materjal allapoole kaldu tasapinda ja tilgub spetsiaalsesse alusesse, kus moodustuvad graanulid. Need saadetakse BSP lähedal asuvasse keraamikatöökoda, kus neid jahvatatakse ja kasutatakse mitmesuguste keraamiliste toodete valmistamiseks, alates väikestest lõngatootjatest tekstiilitööstuses kuni õõneste keraamiliste kuulideni, mis meenutavad piljardisaali. Kuule kasutatakse nafta- ja gaasitööstuses ujukitena. Samal ajal väheneb õlihoidlates suurtes konteinerites hoitavate naftasaaduste aurustumine 15-20 protsenti. Viimastel aastatel oleme neid ujukite tootnud umbes kuussada tuhat.
Valmistame isolaatoreid ja muid tooteid elektritööstusele. Neid iseloomustab suurem kulumiskindlus ja tugevus. Lisaks alumiiniumoksiidile kasutame ka tulekindlamat materjali - tsirkooniumoksiidi sulamistemperatuuriga 2700 kraadi.
Sulamisprotsessi üle kontrollib nn nägemissüsteem, mis on varustatud kahe spetsiaalse telekaameraga. Üks neist kannab pildi otse eraldi monitori, teine arvutisse. Süsteem võimaldab teil nii sulamisprotsessi jälgida kui ka mitmesuguseid mõõtmisi teha.
Tuleb lisada, et BLB-d kasutatakse ka universaalse astrofüüsikalise instrumendina, mis avab võimaluse tähistaeva uurimiseks öösel.
Lisaks ülalnimetatud töödele pöörab instituut suurt tähelepanu meditsiiniseadmete valmistamisele, mis põhinevad funktsionaalsel keraamikal (steriliseerijatel), abrasiivmaterjalidel, kuivatidel ja paljul muul. Selliseid seadmeid on edukalt rakendatud meie vabariigi meditsiiniasutustes, aga ka sarnastes asutustes Malaisias, Saksamaal, Gruusias ja Venemaal.
Paralleelselt arendas instituut väikese energiatarbega päikeseenergia seadmeid. Näiteks on instituudi teadlased loonud poolteise kilovatti võimsusega päikeseahjud, mis paigaldati Tabbini metallurgiainstituudi (Egiptus) territooriumile ja Hyderabadis (India) asuvasse rahvusvahelisse metallurgiakeskusesse.
