Приручение жёлтой звезды

Ещё в середине XX века учёные изобрели первые солнечные батареи, чтобы преобразовывать свет в электрический ток. Они были маломощными и очень дорогими. Прошло почти 70 лет, батареи улучшились, и всё же этот способ использования энергии солнца не стал достаточно дешёвым и эффективным.

Солнечные панели на орбите

На электричестве сегодня работают почти все механизмы и приборы, окружающие нас дома и на работе. Но вдали от городских электросетей необходимы автономные источники энергии. Поэтому весь научный мир в последние десятилетия упорно стремится развивать альтернативную энергетику, использующую возобновляемые ресурсы. Самым экологически чистым и долговечным ресурсом является солнце, которое будет светить еще миллиарды лет, давая неисчерпаемую бесплатную энергию.

Однако, несмотря на все усилия, удобных и доступных источников энергии для массового употребления создать так и не удалось.

К примеру, солнечные панели, основанные на фотоэффекте, распространились уже давно, но их КПД пока невысок – 20 процентов, в лучшем случае 25. К тому же они все еще очень дорогие, практически не окупаются, и добровольцев, применяющих их, находится меньше, чем хотелось бы. Поэтому хозяйства, устанавливающие у себя солнечные станции, получают от государства льготы и субсидии, и эту политику проводят даже в тех странах, где много солнечных дней. Сегодня в массовом масштабе панели применяются лишь в космических программах – на Международной космической станции, метеоспутниках и других космических аппаратах, являясь на орбите главным и надежным источником энергии.

Товар массового спроса

Внести свой вклад в решение задач солнечной энергетики взялся первокурсник «Бауманского» Егор Устинов. Он подал заявку на участие в конкурсе «УМНИК» Фонда содействия инновациям. В нашем регионе этот конкурс проводит АИРКО – Агентство инновационного развития Калужской области. Студент в этом году окончил школу № 50, где хорошо учился, участвовал в олимпиадах по физике и математике, активно занимался спортом, заслужив звание кандидата в мастера по фехтованию. Теперь он обучается на кафедре «Технологии машиностроения».

В его проекте преобразование лучистой энергии в электричество основано не на фотоэлементах, а на использовании парогенерации воды: вода, нагретая солнцем до парообразного состояния, подается на турбину, которая вращает генератор электрического тока.

Подобные генераторы в мире уже работают, но, как и другие солнечные установки, из-за дороговизны не могут конкурировать с традиционными электростанциями и не приобрели широкой популярности. Хотя потенциал у них внушительнее, чем у других солнечных установок, расчеты показывают, что их КПД способен достигать фантастической цифры – 75 процентов от мощности
солнечного излучения!

Секрет состоит в том, что вода нагревается не в большом котле, а в системе капилляров, и в каждом из них крохотный объем воды быстро превращается в пар. Капилляров множество, они собраны в большой пучок. Например, для десяти литров жидкости требуется в общей сложности 65 метров тонких трубок (диаметром 0,3 мм). Световой луч фокусируется на них с помощью системы линз, поворачивающихся вслед за солнцем. Полученный поток пара, имеющий значительную скорость, направляется на турбину.

Кажется, принцип устройства достаточно прост. Что еще требуется? Требуется его удешевить и оптимизировать конструкцию. Сейчас разработчики рассматривают трубки из титановых сплавов – титан имеет высокую коррозионную стойкость, и на нем не образуется осадка. Но это дорогой материал, поэтому необходимо найти другой, дешевле. В свое время Эдисон перебрал тысячи материалов, улучшая электрическую лампочку, изобретенную Лодыгиным. В итоге ему понадобилось пять лет кропотливых исследований, чтобы найти нужную нить накаливания и создать лампочку, пригодную для массовой продажи. Солнечный парогенератор тоже ждет от разработчиков научно-технического подвига.

Фамильное дело

Студент Егор УСТИНОВ, несмотря на молодость, уже опубликовал (в соавторстве) статью о солнечной генерации в журнале ВАК и к своему проекту относится с оптимизмом. Его отец, Игорь Устинов, кандидат технических наук, является доцентом кафедры «Технологии машиностроения» КФ МГТУ им. Н.Э.Баумана, имеет более двухсот научных исследований, публикаций и монографий, а также полтора десятка изобретений. В последние три года обратил особое внимание на солнечную энергетику. Неудивительно, что сын последовал его примеру. 

– Я заинтересовался, чем занимается мой отец, в 7-м или 8-м классе, – рассказывает Егор. – Мне хочется воплотить в жизнь принцип использования солнца для получения электричества, применяя парогенерацию. Потребуется серьезный патентный поиск, чтобы понять, что сделано в мире, принимать участие в научных фестивалях и конкурсах по этой теме, чтобы довести идею до результата, хотя бы лабораторного образца. Моя цель – доказать возможность создания дешевой и эффективной солнечной установки, которая пригодна стать товаром массового спроса.

В Крыму солнца больше

В процессе обсуждения выяснилось, что у проекта уже появился потенциальный заказчик. Это здравница в Крыму. Там заинтересовались солнечным парогенератором и для начала готовы его использовать в солярии для лечебных целей.

Фото из архива Егора Устинова.