К активным тепловым солнечным системам относятся плоские, а также параболические зеркальные концентраторы с одной и двумя степенями свободы и со специальными приводами, позволяющими, системе «следить» за положением солнца на небосводе (рис. 10).
Параболические прямоугольные концентраторы (рис. 10, а) имеют одну степень свободы. Данные системы способны концентрировать солнечные лучи на плоском или трубчатом теплообменнике, зачерненном снаружи. На поверхности теплообменника достигается уровень температур до 300° С. Если через пего пропускать воду, то полученный пар может использоваться для вращения электрогенератора и других механизмов, например водяных насосов.
Более сложной и дорогостоящей солнечной системой являются круглые параболические зеркала — концентраторы с двумя степенями свободы, фокусирующие солнечные лучи в одной точке (рис. 10,б). В таких концентраторах температура нагреваемого объекта поднимается выше 1000° С. Подобные концентраторы применяются в лабораториях и в некоторых случаях в промышленных условиях в целях получения сверхчистых сплавов. Так, в Физико-техническом институте им. С. В. Стародубцева АН УзССР разработаны и созданы параболические концентраторы, позволяющие достичь температуру 4000° С, при которой возможно получение металлокерамических сплавов.
Рис. 10. Принципиальные схемы „следящих” солнечных систем
Простейшие параболические солнечные системы используются также в бытовых условиях — для приготовления пищи и кипячения воды. Эти устройства, получившие название «солнечные кухни», распространены в отдаленных районах, куда затруднен подвоз топлива. В связи с удорожанием энергии некоторые зарубежные фирмы начали серийное производство таких кухонь для пользования ими в летнее время в пригородах и в сельской местности.
Активные солнечные тепловые системы находят все большее применение и в крупномасштабной энергетике. В настоящее время построено несколько крупных тепловых солнечных электростанций в различных странах мира. Солнечные ТЭС действуют по следующему принципу: на вершине башни устанавливается водяной котел, над которым при помощи системы зеркал фокусируются солнечные лучи, разогревающие котел до температуры выше 200° С. Получаемый в котле пар подается на турбину, которая, в свою очередь, вращает энергогенератор. Для повышения эффективности станции зеркальные отражатели снабжаются «следящей» за солнцем системой.
В 1985 г. осуществлен пуск солнечной ТЭС мощностью 5 МВт па берегу Апшатского озера в Крыму. Станция имеет башню высотой 70 м с водяным котлом на ее вершине. Солнечные лучи будут концентрироваться на стенках котла при помощи 1600 зеркал площадью 25 м2 каждое. Зеркала размещаются в чашеобразной выемке диаметром 500 м, в центре которой и устанавливается башня. Каждое из зеркал по специальной программе с помощью вычислительного комплекса «следит» за солнцем, двигаясь синхронно со светилом по двум осям — вертикальной и горизонтальной, В схему солнечной ТЭС входит также тепловой аккумулятор — резервуар, вмещающий 400 т воды с начальной температурой 300° и конечной 120° С. Такие температуры в аккумуляторе поддерживаются с помощью высокого давления.
Крымская станция экспериментальная. На ней будут отрабатываться режимы работы, проверяться оборудование, различные механизмы. Результаты исследований лягут в основу строительства более крупных электростанций, до 300 МВт.
Электроэнергия, получаемая на солнечных ТЭС, обходится в несколько раз дороже, чем электричество, вырабатываемое на традиционных электростанциях, и этот фактор является серьезным препятствием для широкого внедрения таких установок.
