Ve skutečnosti existuje na světě několik podobných struktur. Začněme se solární pecí ve Francii, tj. Ve Francii.
Solární pec ve Francii je navržena tak, aby generovala a koncentrovala vysoké teploty požadované pro různé procesy.
To se provádí zachycením slunečních paprsků a soustředěním jejich energie na jednom místě. Struktura je pokryta zakřivenými zrcátky, jejich zář je tak velká, že je nemožné se na ně dívat, bolí to v očích. V roce 1970 byla tato stavba postavena, jako nejvhodnější místo byly vybrány Východní Pyreneje. A dodnes zůstává pec největší na světě.
Řadu zrcadel jsou přiřazeny funkce parabolického reflektoru a režim vysoké teploty v ohnisku může dosáhnout až 3500 stupňů. Kromě toho můžete nastavit teplotu změnou úhlů zrcátek.
Solární trouba využívající přírodní zdroj, jako je sluneční světlo, je považována za nezbytnou metodu generování vysokých teplot. A oni se zase používají pro různé procesy. Výroba vodíku tedy vyžaduje teplotu 1400 stupňů. Zkušební režimy materiálů prováděné za vysokých teplot zajišťují teplotu 2500 stupňů. Takto se testují kosmické lodě a jaderné reaktory.
Solární trouba tedy není jen úžasná budova, ale také životně důležitá a efektivní, přičemž je považována za ekologický a relativně levný způsob, jak dosáhnout vysokých teplot.
Propagační video:
Pole zrcadel funguje jako parabolický reflektor. Světlo je zaostřeno v jednom středu. A teplota tam může dosáhnout teploty, při které může být ocel roztavena.
Teplota však může být nastavena nastavením zrcadel pod různými úhly.
Například k výrobě vodíku se používají teploty kolem 1400 stupňů. Teplota 2500 stupňů - pro testování materiálů v extrémních podmínkách. Takto se například testují jaderné reaktory a kosmické lodě. K výrobě nanomateriálů se však používají teploty až 3500 stupňů.
Solární trouba je levný, efektivní a ekologický způsob generování vysokých teplot.
Na jihozápadě Francie hrozny kořeny pozoruhodně a všechny druhy ovoce dozrávají - je horké! Slunce zde mimo jiné svítí téměř 300 dní v roce, a pokud jde o počet jasných dnů, jsou tato místa možná na druhém místě za Cote d'Azur. Pokud charakterizujeme údolí poblíž Odeillo z hlediska fyziky, pak zde je síla světelného záření 800 W na 1 metr čtvereční. Osm výkonných žárovek. Málo? Dost na to, aby se kus čediče rozšířil do louže!
Pojďme pokračovat v našem turné s časopisem Onliner.by:
„Solární pec v Odeillo má kapacitu 1 megawattu, což vyžaduje téměř 3 000 metrů zrcadlové plochy,“říká Serge Chauvin, správce místního muzea sluneční energie. - Navíc musíte sbírat světlo z tak velkého povrchu do ohniska s průměrem talíře.
Heliostaty - speciální zrcadlové desky - jsou umístěny naproti parabolickému zrcátku. Je jich 63, 180 sekcí. Každý heliostat má svůj vlastní „bod odpovědnosti“- sektor paraboly, který odráží shromážděné světlo. Již na konkávním zrcadle se paprsky slunce shromažďují v ohnisku - samé troubě. V závislosti na intenzitě záření (odečet - jasnost oblohy, denní doba a roční období) mohou být teploty velmi odlišné. Teoreticky - až na 3800 stupňů Celsia, ve skutečnosti až na 3600 stupňů.
"Společně s pohybem slunce se heliostaty pohybují po obloze," zahájil exkurzi Serge Chauvin. - Každý má vzadu motor a společně jsou ovládány centrálně. Není nutné je nastavovat do ideální polohy - v závislosti na úkolech laboratoře lze stupeň v ohnisku měnit.
Stavba solární pece v Odeillo začala na počátku 60. let a byla uvedena do provozu již v 70. letech. Po dlouhou dobu zůstala jediná svého druhu na planetě, ale v roce 1987 byla poblíž Taškentu postavena kopie. Serge Chauvin se usmívá: „Ano, přesně kopii.“
Mimochodem, sovětská pec zůstává i nadále funkční. Na tom však provádějí nejen experimenty, ale také provádějí některé praktické úkoly. Je pravda, že umístění pece neumožňuje dosáhnout stejných vysokých teplot jako ve Francii - v ohnisku se uzbeckým vědcům podařilo dosáhnout méně než 3 000 stupňů.
Parabolické zrcadlo se skládá z 9000 aspektů. Každý je leštěný, potažený hliníkem a mírně konkávní pro lepší zaostření. Po vybudování budovy pece byly všechny fasety nainstalovány a ručně kalibrovány - trvalo to tři roky!
Serge Chauvin nás vede na místo poblíž budovy pece. Společně s námi - skupinou turistů, kteří přijeli autobusem do Odeillo - se příliv milovníků vědecké exotiky nikdy nezastaví. Kurátor muzea se chystal předvést skrytý potenciál sluneční energie.
- Madam a monsieur, vaše pozornost! - Ačkoli Serge vypadá spíše jako vědec, vypadá spíše jako herec. - Světlo vyzařované naší hvězdou umožňuje materiálům okamžitě se zahřát, zapálit a roztavit.
Pracovník solární trouby zvedne pravidelnou větev a umístí ji do velké kádě se zrcadleným interiérem. Nalezení zaostřovacího bodu trvá Serge Chauvina pár vteřin a hůl se okamžitě rozhoří. Divy!
Zatímco francouzští prarodiče zalapali po dechu a zasténali, pracovník muzea přešel k volně stojícímu heliostatu a přesouval jej přesně tak, aby odrážené paprsky zasáhly menší kopii parabolického zrcadla nainstalovaného přímo tam. Toto je další vizuální experiment ukazující schopnosti Slunce.
- Madam a monsieur, nyní roztavíme kov!
Serge Chauvin vloží do držáku kus železa, posouvá svěrák při hledání ohniska a poté, co ho našel, se vzdálí na krátkou vzdálenost.
Slunce rychle dělá svou práci.
Kus železa se okamžitě zahřeje, začne kouřit a dokonce i jiskry a podlehne horkým paprskům. Za pouhých 10 až 15 sekund se v ní vypálí díra o velikosti 10 euro centů.
- Voila! - Serge se raduje.
Když se vracíme do budovy muzea a francouzští turisté se posadili do kinosálu, aby sledovali vědecký film o práci sluneční trouby a laboratoře, správce nám říká zajímavé věci.
- Nejčastěji se lidé ptají, proč je vše potřebné, - Serge Chauvin zvedne ruce. - Z hlediska vědy byly studovány možnosti sluneční energie, aplikované všude tam, kde je to možné. Existují však úkoly, které z hlediska rozsahu a složitosti provedení vyžadují takovéto instalace. Jak například simulovat vliv slunce na kůži kosmické lodi? Nebo zahřívání sestupné tobolky vracející se z oběžné dráhy na Zemi?
Ve speciálním žáruvzdorném kontejneru instalovaném v ohnisku solární trouby můžete takové neobvyklé podmínky znovu vytvořit bez nadsázky. Bylo například vypočteno, že obkladový prvek musí vydržet teploty 2500 stupňů Celsia - a to lze experimentálně ověřit zde v Odeillo.
Správce nás vede muzea, kde jsou instalovány různé exponáty - účastníci řady experimentů prováděných v peci. Naše pozornost je upozorněna na uhlíkový brzdový kotouč …
- Ach, ta věc je z volantu vozu Formule 1, - přikývne Sergei. - Jeho zahřívání za určitých podmínek je srovnatelné s tím, co můžeme reprodukovat v laboratoři.
Jak bylo uvedeno výše, teplota v ohnisku může být řízena heliostaty. V závislosti na provedených experimentech se pohybuje od 1400 do 3500 stupňů. Dolní mez je vyžadována pro výrobu vodíku v laboratoři, rozmezí 2200 až 3000 pro testování různých materiálů za extrémních teplot. Konečně, nad 3000 je oblast práce s nanomateriály, keramikou a tvorbou nových materiálů.
"Trouba v Odeillo nesplňuje praktické úkoly," pokračuje Serge Chauvin. - Na rozdíl od našich uzbeckých kolegů nezávisíme na vlastních ekonomických činnostech a zabýváme se výhradně vědou. Mezi naše zákazníky patří nejen vědci, ale také různá oddělení, například obrana.
Zastavíme se jen u keramické tobolky, která se ukáže jako trup lodi.
"Válečné ministerstvo zde postavilo solární pec menšího průměru pro své vlastní praktické potřeby v údolí poblíž Odeillo," říká Serge. - Je vidět z některých úseků horské cesty. Ale pro vědecké experimenty se stále k nám obracejí.
Vedoucí vysvětluje, jaká je výhoda sluneční energie oproti jakékoli jiné při plnění vědeckých úkolů.
- Za prvé, slunce svítí zdarma, - ohýbá prsty. - Za druhé, horský vzduch přispívá k provádění experimentů v „čisté“formě - bez nečistot. Zatřetí, sluneční světlo umožňuje zahřívání materiálů mnohem rychleji než jakákoli jiná instalace, což je pro některé experimenty nesmírně důležité.
Je zvláštní, že trouba může fungovat téměř celý rok. Podle Serge Chauvina je optimálním měsícem pro provádění experimentů duben.
- V případě potřeby však slunce roztaví kus turistů i v lednu, - správce se usmívá. - Hlavní věc je, že obloha je jasná a bez mračna.
Jednou z nesporných výhod samotné existence této jedinečné laboratoře je její úplná otevřenost turistům. Ročně sem přijede až 80 tisíc lidí, a to mnohem více popularizuje vědu mezi dospělými a dětmi než škola nebo univerzita.
Font Romeu Odeillo je typické francouzské pastorační město. Jeho hlavním rozdílem od tisíců dalších je soužití tajemství každodenního života a vědy. Na pozadí 54 metrů zrcadlové paraboly - horské dojnice. A stálé horké slunce.
Nyní pojďme do jiné budovy.
Část fotografií Viktora Borisova.
Čtyřicet pět kilometrů od Taškentu, v okrese Parkent, na úpatí Tien Shan, v nadmořské výšce 1050 metrů nad mořem, je jedinečná stavba - tzv. Velká sluneční trouba (BSP) s kapacitou tisíc kilowattů. Nachází se na území Ústavu materiálových věd NPO "Fyzika-Slunce" Akademie věd Republiky Uzbekistán. Na světě jsou jen dvě taková kamna, druhá je ve Francii.
"BSP byl uveden do provozu během Sovětského svazu v roce 1987," říká Mirzasultan Mamatkassymov, vědecký tajemník Ústavu materiálových věd NPO Physics-Solntse, Ph. D. - Na zachování tohoto jedinečného objektu je ze státního rozpočtu přiděleno dostatečné množství prostředků. U nás se nacházejí dvě laboratoře ústavu, čtyři v Taškentu, kde se nachází hlavní vědecká základna, kde se studují chemické a fyzikální vlastnosti nových materiálů. Jsme v procesu jejich syntézy. Experimentujeme s těmito materiály a sledujeme proces tavení při různých teplotách.
BSP je komplexní opticko-mechanický komplex s automatickými řídicími systémy. Komplex se skládá z heliostatického pole umístěného na straně hory a směrujícího sluneční paprsky do paraboloidního koncentrátoru, což je obrovské konkávní zrcadlo. V ohnisku tohoto zrcadla se vytvoří nejvyšší teplota - 3000 stupňů Celsia!
Heliostatové pole se skládá z šedesáti dvou rozložených heliostatů. Poskytují zrcadlovému povrchu koncentrátoru světelný tok v režimu nepřetržitého sledování Slunce po celý den. Každý heliostat, měřící sedm a půl po šesti a půl metrech, se skládá z 195 plochých zrcadlových prvků nazývaných „fasety“. Odrazná plocha heliostatického pole je 3022 metrů čtverečních.
Koncentrátor, do kterého heliostaty směřují sluneční paprsky, je cyklopeanská struktura vysoká čtyřicet pět metrů a široká padesát čtyři metrů.
Je třeba poznamenat, že výhodou solárních pecí je ve srovnání s jinými typy pecí okamžité dosažení vysoké teploty, což umožňuje získat čisté materiály bez nečistot (díky čistotě horského vzduchu). Používají se pro ropu a plyn, textilní průmysl a řadu dalších průmyslových odvětví.
Zrcátka mají určitou životnost a dříve či později selhávají. V našich dílnách vyrábíme nová zrcadla, která nahrazují ta stará. Je jich 10700 pouze v koncentrátoru a 12090 v heliostatech. Proces výroby zrcadel probíhá ve vakuových zařízeních, kde se na povrch použitých zrcadel stříká hliník.
Ferghana. Ru: - Jak vyřešíte problém s hledáním odborníků, koneckonců po rozpadu Unie, odletěli do zahraničí?
Mirzasultan Mamatkassymov: - V době instalace v roce 1987 zde pracovali odborníci z Ruska a Ukrajiny, kteří školili naše. Díky našim zkušenostem máme nyní možnost školit specialisty v této oblasti sami. Mladí lidé k nám přicházejí z fyzického oddělení Národní univerzity v Uzbekistánu. Po maturitě jsem zde pracoval od roku 1991.
Ferghana. Ru: - Když se podíváte na tuto velkolepou strukturu, na jemné kovové struktury, jako by se vznášely ve vzduchu a zároveň podporovaly „brnění“koncentrátoru, přicházejí na mysl rámce sci-fi filmů …
Mirzasultan Mamatkassymov: - No, v mém životě se nikdo nepokoušel střílet sci-fi pomocí této jedinečné „scenérie“. Je pravda, že uzbecké popové hvězdy přišly natočit své klipy.
Mirzasultan Mamatkassymov:- Dnes roztavíme brikety lisované z práškového oxidu hlinitého, jehož teplota tání je 2500 stupňů Celsia. Během procesu tavení materiál teče dolů po nakloněné rovině a kape do speciální misky, kde se tvoří granule. Jsou zasílány do keramické dílny poblíž BSP, kde jsou rozemleté a používané k výrobě různých keramických výrobků, od malých podavačů nití pro textilní průmysl až po duté keramické koule připomínající kulečníkové místnosti. Míče se v ropném a plynárenském průmyslu používají jako plováky. Současně se vypařování z povrchu ropných produktů skladovaných ve velkých kontejnerech v ropných skladech snižuje o 15–20 procent. V posledních letech jsme vyrobili asi šest set tisíc těchto plaváků.
Vyrábíme izolátory a další výrobky pro elektrotechnický průmysl. Vyznačují se zvýšenou odolností proti opotřebení a pevností. Kromě oxidu hlinitého používáme také žáruvzdornější materiál - oxid zirkoničitý s teplotou tání 2700 stupňů Celsia.
Řízení procesu tavení se provádí pomocí tzv. „Systému vidění“, který je vybaven dvěma speciálními televizními kamerami. Jeden z nich přímo přenáší obraz na samostatný monitor, druhý do počítače. Systém umožňuje sledovat proces tavení a provádět různá měření.
Je třeba dodat, že BLB se také používá jako univerzální astrofyzikální nástroj, který otevírá možnost provádět v noci studování hvězdné oblohy.
Kromě výše uvedených prací ústav věnuje velkou pozornost výrobě zdravotnických zařízení založených na funkční keramice (sterilizátory), brusných nástrojích, sušičkách a mnohem více. Takové zařízení bylo úspěšně implementováno ve zdravotnických zařízeních naší republiky i v podobných zařízeních v Malajsii, Německu, Gruzii a Rusku.
Souběžně s tím ústav vyvinul nízkoenergetické solární instalace. Vědci ústavu například vytvořili solární pece s kapacitou jednoho a půl kilowattu, které byly instalovány na území Tabbinova institutu metalurgie (Egypt) a Mezinárodního metalurgického centra v Hajdarábádu (Indie).