Концентраторы — это оптические устройства, повышающие плот­ность потока солнечного излучения. Для высокотемпературных установок, или «солнечны* печей» повышение плотности излучения на приемнике, приводит к созданию температур 3000°С и выше, что позволяет вести син­тез всех тугоплавких материалов.

Для солнечных электростанций с тепловыми циклами преобразова­ния энергии концентраторы позволяют создать температуры, необходимые для получения пара с определёнными параметрами.

Для фотоэлектричества концентраторы решают следующие задачи:

— повышают КПД преобразования излучения солнечными элемен­тами (СЭ), и это фундаментальное свойство концентрированного излуче­ния описано в [1, 2];

— повышают КПД преобразования за счёт комбинированного одно­временного использования электричества и тепла;

— снижают установленную стоимость солнечных установок за счёт уменьшения количества дорогостоящих СЭ.

В книге отражён сорокапятилетний опыт работы авторов по созда­нию концентраторов и различных устройств с их использованием, таких как солнечные высокотемпературные установки, фотоэлектрические моду­ли, солнечные тепловые коллекторы.

Книга может быть использована как учебное пособие для студентов и аспирантов по специальностям «Энергоустановки на основе возобнов­ляемых видов энергии», «Солнечные энергетические установки», а также представляет интерес для научных работников, инженеров и техников, за­нимающихся вопросами исследований, проектирования, изготовления и испытаний солнечных концентраторов и солнечных энергетических уста­новок. Книга будет полезна широкому кругу читателей, интересующихся проблемами развития солнечной энергетики.

Глава 1 посвящена разработке и изготовлению солнечных высоко­температурных установок, в том числе технологии изготовления точных параболоидных концентраторов методом центробежной отливки полимер­ных форм и изготовления по ним гальванопластических копий. Кроме того, здесь рассмотрены другие методы изготовления высокопотенциальных концентраторов.

Главы 2-9 посвящены, в основном, концентраторам, применяемым для создания фотоэлектрических модулей. Большое внимание уделено раз­работке и исследованию новых типов низкопотенциальных концентрато­ров, которые могут работать в стационарном режиме круглый год.

Главы 10-13 посвящены вопросам создания концентрирующих устройств для солнечных станций с тепловыми циклами преобразования энергии.

В главе 10 проанализирована работа существующих электростанций с тепловыми циклами, показано, что использование простых оптических схем для станций башенного типа и для параболоцилиндрических солнеч­ных электростанций (СЭС) является источником проблем этих станций, не вышедших на уровень рентабельности. Авторы не ставят свой задачей при­низить научные и технические достижения в области создания этих СЭС, а хотят лишь продемонстрировать, что выбранные оптические схемы не яв­ляются единственными. Возможны другие варианты создания мощных СЭС с иными оптическими схемами, которые даже в предварительном рас­смотрении показывают более высокие характеристики.

Варианты новых концентрирующих схем приведены в главах 11 — 13. В процессе разработки этих схем была выдвинута концепция создания солнечных станций «закрытого типа», в которых все оптические и механи­ческие устройства находятся в закрытом помещении с режимом «чистой атмосферы», а солнечное излучение проникает через прозрачные покрытия. По мнению авторов идея является плодотворной, поскольку решает многие проблематичные вопросы эксплуатации существующих СЭС, а именно старения и коррозии материалов, ветровых нагрузок, очистки от загрязне­ния. Предложенные варианты не решили проблему создания таких типов станций до конца, но определили перспективные направления исследований.

В главе 13 приведен вариант станции, которую можно было бы реа­лизовывать в настоящее время без риска неудачи, т. к. схемы линз Френеля со световодами в настоящее время прекрасно исследованы с положитель­ным результатом.

Глава 14 посвящена вопросам расчёта технико-экономического эф­фекта станций с концентраторами.

Немного об истории использования концентраторов в России.

В 1741 г. М. В. Ломоносов предложил многолинзовую солнечную печь [3]. Указывая на трудности изготовления больших линз и зеркал, при­менявшихся ранее для концентрации солнечных лучей, он написал: «Я счёл на благо по мере сил моих уничтожить каким-либо способом упомянутые трудности и попытаться увеличить зажигательную силу этих приборов, которые прославлены столькими работниками, двинувшими вперед естест­вознание, и которые, я не сомневаюсь, придут на помощь в химических работах, требующих сильного огня». Он описал предложенную им концен­

трирующую систему, состоящую из 8 стеклянных линз и 8 плоских зеркал, которые были установлены на «подвижном столике» для того, чтобы «лучи Солнца, непрерывно меняющие место, одинаково отражались зеркалами и преломлялись в линзах, а общий фокус неизменным оставался во время любого длительного опыта».

В 1890 г. профессор В. К. Церасский провёл опыты по расплавлению многих металлов и металлоидов с помощью концентрированных солнеч­ных лучей [4].

В 1928 г. в журнале «Вестник знания» профессор В. П. Вейнберг опубликовал анализ состояния гелиотехники в мире и предложил солнеч­ную установку для орошения степей Средней Азии [5].

В 1959 г. вышла первая аналитическая работа, посвященная исполь­зованию концентраторов солнечного излучения [6].

Впервые в СССР в 1970-х годах д. т.н. Б. В. Тарнижевским была раз­работана солнечная фотоэлектрическая установка с концентраторами и использована для водоподъемного комплекса в пустынях Туркмении.

Книга не претендует на освещение всех направлений отечественной солнечной энергетики. В ней рассматриваются работы, в которых авторы принимали непосредственное участие или выступали в роли заказчиков.

Вопросы общего содержания, посвященные использованию солнеч­ной энергии, изложены в следующих работах авторов книги [7 — 10].

Мы благодарны всем коллегам и сотрудникам, принимавшим уча­стие в работах.

Авторы с благодарностью и уважением отмечают вклад советских и российских ученых в развитие солнечной энергетики с концентраторами солнечного излучения: В. М. Андреев, Р. Р. Апариси, В. В. Афян, В. А. Баум, В. К. Баранов, А. В. Вартанян, В. А. Грилихес, Р. А. Захидов, А. И. Кулагин, Н. С. Лидоренко, Д. И. Тепляков и др.