Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

Новое является хорошо забытым старым. Эта прописная истина не обошла и сферу промышленности, где наряду с традиционными методами нагрева все чаще и чаще используется экологически чистая, а главное бесплатная, солнечная энергия.

Первое историческое упоминание о использовании тепловой энергии Солнца датируется III веком до н.э. Древнегреческий ученый Архимед создал солнечный концентратор, при помощи которого получилось с расстояния поджечь римские корабли.

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

Солнечная печь – гелиосистема, представленная параболическим зеркальным концентратором. При попадании солнечного света на изогнутую поверхность параболы разнонаправленные лучи фокусируются в одной точке.

Фокус солнечного света обладает высокой тепловой энергией. Простейшая зеркальная парабола диаметром 1 (м) способна фокусировать до 500 (Вт) тепловой энергии. Такой мощности будет достаточно, чтобы довести до кипения 1 литр воды примерно за 8 минут.

В обзоре будет рассказано про виды солнечных печей.

Сфера применения солнечных печей

У тепловой энергии, которая получена из солнечного света, есть одно важное преимущество. Тепло солнечной печи является чистым. То есть при генерации тепловой энергии нет копоти и вспомогательных химических реакций с нагревателем.

Высокая экологичность тепловой энергии солнечной печи дает возможность осуществлять выплавку особых сортов металлических сплавов. Сверхчистые сплавы позволяют сделать проводимость электрического тока максимально предсказуемой и контролируемой.

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

Чистые сплавы используются при создании электроники для «ответственного оборудования», в работе которого недопустимы погрешности и сбои. К числу такого оборудования можно причислить авиационную и космическую технику, пункты управления ядерными реакторами и прочее-прочее.

Разумеется, область применения солнечных печей не ограничивается выплавкой металлов и сплавов высокой чистоты. Тепло солнечного концентратора применимо везде, где нужен нагрев:

  1. Плавка металла
  2. Термообработка металлических заготовок
  3. Изготовление сверхпрочной керамики
  4. Кулинария
  5. Организация автономного отопления
  6. Горячее водоснабжение
  7. и т.д.

Как понятно, для работы гелиосистем нужен солнечный свет. Что касается промышленного использования солнечных печей, концентраторы обычно устанавливаются в горных или пустынных районах, где количество солнечных дней в году превышает отметку 70-80%.

Для установки солнечной печи хорошо подходят горы. Разреженный горный воздух делает горение материалов еще более чистым.

Ниже будет рассказано о том, как работает гелиосистема.

Читайте также:
Рейтинг сварочных инверторов для дома. 5 дорогих и бюджетных моделей!

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

Конструкция солнечной печи

Если говорить о научном, полупромышленном и промышленном применении солнечной печи, то используется сложный оптико-механический комплекс. Ярким примером научной и полупромышленной гелиосистемы является солнечный концентратор во французском городке Одейо.

Диаметр французского концентратора находится в пределах 50 (м). Парабола встроена в строительное сооружение, сопоставимое по размерам с 18-этажным жилищным комплексом.
Солнечная печь включает в свой состав:

  1. Концентратор
  2. Систему гелиостатов
  3. Камеру фокусировки

Гелиосистема во французском Одейо имеет высокий уровень автоматизации. На базе солнечного комплекса действует научный институт. При этом гелиосистема является открытым объектом. В среднем солнечную печь посещает около 80 000 туристов ежегодно.

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

  • Концентратор – основная часть гелиосистемы. Это парабола, поверхность которой покрыта зеркальными сегментами в виде прямоугольника. Общее количество зеркал параболы составляет 10 700 штук.

В узбекском аналоге, научный гелиокомплекс «Солнце», парабола имеет более 20 000 зеркальных вставок. При этом диаметр концентратора сопоставим с французским.

Концентратор фокусирует солнечное излучение в точку. Диаметр рабочего фокуса составляет от 1,5 до 0,2 (м). Точное значение диаметра определяется позиционированием камеры фокусировки.
Зеркальные вставки концентратора солнечной печи изготавливаются на основе алюминия. Верхний зеркальный слой создается при помощи специального напыления.

Зеркальные компоненты гелиосистемы требуют периодического обслуживания. Изношенные зеркала заменяют новыми. Они изготавливаются на предприятии при солнечном центре.

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

  • Гелиостаты – комплекс зеркал, который перенаправляет солнечные лучи в направлении параболы. Система гелиостатов французской солнечной печи имеет 63 зеркальных компонента.

Размер одного гелиостата составляет 7,5×6,5 (м). Рабочую поверхность гелиостата формируют 195 зеркальных вставок. Совокупная площадь зеркал системы гелиостатов составляет 3022 (м2).

Особенностью гелиостатов является автоматический поворот зеркал вслед за Солнцем. В данном случае на концентратор передается стабильное солнечное излучение на протяжении всего светового дня.

Читайте также:
Лазерная очистка металла: как работает лазерный очиститель, что можно чистить лазером

При этом концентраторы способны менять угол наклона рабочей поверхности. Это позволяет регулировать степень тепловой мощности, в зависимости от выполняемой печью задачи.
Как работает гелиосистема в реальных условиях.

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

На что способна солнечная печь

Французский солнечный комплекс в Одейо позволяет обеспечить температуру в зоне фокусировки на уровне 800-3500 С. Потенциала солнечной печи хватит на плавку большей части металлов и тугоплавких сплавов:

  1. Сталь – температура плавления 1300 – 1500 С
  2. Титан – 1680 С
  3. Платина – 1770 С
  4. Цирконий – 1855 С
  5. Карбид титана – 3150 С
  6. Вольфрам – 3420 С

Разумеется, солнечный комплекс во французских Пиренеях не является промышленным объектом. В некотором роде комплекс можно рассматривать в качестве полупромышленного, с упором на научные исследования.

Но гелиокомплекс «Солнце», расположенный в Узбекистане, способен выполнять и промышленные задачи. Ежегодно узбекская солнечная печь осуществляет около 100 плавок металла. На территории узбекской гелиосистемы действует производственный центр, в котором изготавливается продукция промышленного и медицинского назначения.

Солнечные системы являются единственным источником тепловой энергии, где нагрев осуществляется моментально. Это свойство гелиосистем стало незаменимым для сферы испытаний. Гелиосистема используется для проверки на прочность ядерных реакторов и космических летательных аппаратов.

На фоне возрастающего дефицита дров в Индии вместо крематориев начали возводиться солнечные системы. С задачей кремации легко справляется рефлектор площадью 50 (м2). В данном случае пятно фокусировки позволяет создавать температуру на уровне 700 С.

Один сеанс работы солнечной печи дает возможность сэкономить 200-300 (кг) древесины.

Какие еще виды солнечных печей существуют.

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

Существуют ли компактные и мобильные солнечные печи

В последние годы широкое распространение начали получать бытовые печи на солнечной энергии. Печи для частного использования можно разделить на 2 категории:

  1. Стационарные
  2. Мобильные
Читайте также:
Особенности сварочного выпрямителя ВД-306

Домашние гелиосистемы применяются в сфере кулинарии. Среди таких печей есть немало обеззараживателей воды и пастеризаторов.

  • Стационарная солнечная печь – массивная и тяжелая парабола. Ближайшим аналогом такого концентратора является спутниковая тарелка диаметром 1,5-2 метра.

Кстати, такие печи в основном и изготавливаются из старых тарелок. Хотя могут применяться и отдельные новые заготовки.

Парабола устанавливается на держатель с поворотным механизмом. Общий вес конструкции обычно достигает 20-40 (кг).

Стационарные солнечные печи чаще всего устанавливаются на территории частного жилищного сектора. Это своего рода домашняя полевая кухня, для работы которой не требуется ни электричество, ни газ, ни дрова.

В среднем гелиосистемы стационарного типа вырабатывают тепловую мощность на уровне 700-1000 (Вт).

Солнечная печь: гелиосистемы для плавки металла, где используются печи на солнечной энергии

  • Мобильная солнечная печь – легкая и компактная гелиосистема, предназначенная в основном для туризма и кемпинга.

Походная гелиосистема повторяет конструкцию стационарных аналогов. Отличие состоит лишь в том, что туристические печи имеют удобную складную конструкцию. Они намного меньше весят и имеют компактные габариты.

Средний вес туристического концентратора составляет 3 (кг). В сложенном состоянии размеры гелиосистемы находятся в пределах 0,5×0,3×0,2 (м). Хотя размеры и масса могут быть и другими, как в большую, так и меньшую сторону.

Туристические солнечные печи хороши тем, что их можно легко использовать в тех местах, где отсутствуют дрова или строго запрещено пользоваться открытым огнем.

Переносная солнечная печь обычно вырабатывает тепловую мощность на уровне 250-500 (Вт).
Среди мобильных гелиосистем широкое распространение получили модели с цилиндрической камерой нагрева. В таких печах роль посуды играет колба из закаленного стекла с вакуумной капсулой.

Вакуумные колбы хороши тем, что их можно использовать даже в холодную пору года. Наличие вакуума делает посуду похожей на термос.

 

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Поделиться с друзьями
Добавить комментарий