Американо-израильской фирмой «ЛУЗ» были разработаны и стали серийно выпускаться станции мощностью 80 МВт. С 1984 по 1991 гг. в Калифорнийской пустыне было построено девять станций общей мощностью 354 МВт. При строительстве десятой станции в 1992 г. фирма обанкротилась, после чего несколько раз меняла владельца. В феврале 2005 г. все станции, кроме двух первых, были куплены одной из крупнейших фирм-производителей генераторов для ветроэнергетических установок.
Станции фирмы «ЛУЗ» были модульного типа и состояли из параболоцилиндрических зеркал длиной 50 м, расположенных рядами через 7 м. Солнечное излучение фокусировалось на приемнике, представлявшем собой находящуюся в фокальной линии зеркала трубку с поглощающим покрытием. Внутри приемника помещалось минеральное масло, которое нагревалось до температуры 300-390°С. Теплоноситель поступал в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором. Стоимость электроэнергии, получаемой на таких станциях, ненамного превышала стоимость электроэнергии тепловых станций. Таким образом, впервые была показана возможность создания солнечных станций, работающих по термодинамическому циклу и производящих электроэнергию, сравнимую по стоимости с электроэнергией, вырабатываемой станциями на других видах топлива.
В станциях с параболоцилиндрическими отражателями, в отличие от станций башенного типа, нет центрального приемника, но получаемое от солнца тепло используется для работы одной тепловой машины. Вместе с тем существует возможность создания станций модульного типа, в которых электроэнергия производилась бы тепловыми двигателями относительно небольшого размера с использованием тепла, собираемого с помощью сравнительно небольших отражательных систем. Поскольку в этом случае конструкция имеет небольшие размеры, процесс слежения за солнцем упрощается. Основная проблема при создании таких станций заключается в разработке подходящих тепловых двигателей.
Одним из направлений создания таких двигателей была разработка двигателя Стирлинга, который мог бы работать в составе солнечных станций.
Двигатель Стирлинга представляет собой машину, в которой рабочее тело (гелий или водород) постоянно находится в замкнутом пространстве внутри двигателя. Одна область цилиндра двигателя нагревается, а другая охлаждается. В рабочем цилиндре расположены два поршня — рабочий и вспомогательный. С помощью вспомогательного поршня рабочее тело переводится либо в нагреваемую область, либо в охлаждаемую. В нагреваемой части газ расширяется и совершает работу, сдвигая рабочий поршень. Когда рабочий поршень достигает мертвой точки, с помощью вспомогательного поршня рабочее тело переводится в охлаждаемую область, при этом давление газа падает, и рабочий поршень возвращается в исходное положение.
Двигатель Стирлинга, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, называют двигателем внешнего сгорания, поскольку тепло к нему подводится извне. Двигатели Стирлинга могут использовать жидкое топливо, которое сгорает вне двигателя, однако они могут работать от тепла любого происхождения, и поэтому рассматриваются как возможный вариант тепловых машин для солнечных станций.
В последние два десятилетия интерес к двигателям Стирлинга возродился. Были разработаны и построены двигатели Стирлинга, работающие на подводных лодках в качестве основных двигателей. Многими фирмами проводятся работы по созданию двигателей Стирлинга для солнечных станций (рис. 3).
Примером перспективности создания солнечных станций с двигателями Стирлинга может служить следующая информация. Крупная компания из штата Калифорния (США) 11 августа 2005 г. заключила контракт с фирмой Stirling Energy System, Inc., разрабатывающей модульные установки к солнечным станциям, на строительство солнечной станции мощностью 500 МВт.
Станция состоит из группы модульных установок, расположенных на площади 1823 га. Отдельный модуль содержит зеркальный параболический отражатель, состоящий из 82 прямоугольных частей, т.е. параболическое зеркало как бы разрезано вертикальными и горизонтальными линиями. Очевидно, это сделано для того, чтобы уменьшить ветровую нагрузку. Параболический отражатель крепится на трубчатой конструкции и закреплен на вертикальной штанге диаметром 457 мм. Вся конструкция управляется по двум координатам при слежении за солнцем. В фокусе отражателя на кронштейне закреплен двигатель Стирлинга таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. Диаметр параболического зеркала — более 11 м. В качестве рабочего тела в двигателе используется водород. Электрическая мощность каждого модуля — 25 кВт.
Первая станция мощностью 1 МВт должна быть построена в начале 2007 г. Она будет состоять из 40 модулей. Установка 20000 модулей для станции мощностью 500 МВт начнется в 2008 г. Станция будет расположена в 112 км от Лос-Анджелеса.
В настоящее время на полигоне компании в Нью-Мексико работают шесть таких модулей, которые успешно прошли испытания в течение 26000 часов.
Подписанный контракт является самым крупным коммерческим договором на строительство солнечных станций. Производимая станцией электроэнергия будет стоить меньше 10 центов за 1 кВт • ч.
Таким образом, учитывая сказанное выше, можно сделать следующее заключение о состоянии направления преобразования солнечного излучения в тепло и перспективах его использования.
Преобразование солнечного излучения в тепло с помощью плоских солнечных коллекторов для бытовых нужд становится обычной практикой для многих районов мира.
Использование тепла, получаемого с помощью солнечных коллекторов, для промышленных целей находится в начальном состоянии, однако существуют соответствующие технологии и условия для успешного развития данного направления
Получение тепла от солнечного излучения и преобразование его в электричество по термодинамическому циклу, начавшееся в 70-х гг., начинает постепенно выходить из застоя, наблюдавшегося в последнее десятилетие, и имеет хорошие перспективы с появлением новых технологий.