Солнечная энергия в каждый дом. Украинские инженеры разработали уникальную "бытовую" электростанцию

Команда украинских "энергохакеров" построила первый элемент уникальной "бытовой" солнечной электростанции мощностью 1 кВт.

Этим элементом стало зеркало Френеля диаметром 5 м и эффективной площадью 20 м кв. Зеркало концентрирует солнечные лучи на термодинамическом генераторе, который вырабатывает электрический ток.

Установка сможет обеспечить электричеством телевизор, холодильник и персональный компьютер.

Пока это не серийная электростанция, а прототип. Он призван доказать, что с помощью доступной информации, материалов и инструментов энтузиасты могут собрать "бытовой" аналог действующих на Западе солнечных электростанций промышленного масштаба.

После испытаний прототипа все чертежи и инструкция по сборке будут выложены в интернете. Каждый желающий сможет собрать установку для собственных нужд, дальнейшей оптимизации конструкции или повышения эффективности.

"Наша команда хочет показать людям, что поиски нового в энергетике не закончились, что инновации появляются не только в лабораториях крупных компаний, но и в хакерских мастерских", — говорит руководитель команды энергохакеров, называющих себя hooli, Николай Христенко.

Концентрированная энергия Солнца

Команда hooli состоит из четырех харьковчан: Николая Христенко, Максима Лосева, Юрия Карелина и Андрея Корниенко. Они победили в конкурсе SunnyDay Challenge 2016, где команды инженеров соревновались в разработке лучшей конструкции CSP-электростанции.

Такие электростанции вырабатывают электроэнергию из солнечного излучения, сконцентрированного на небольшой (по сравнению с площадью сбора солнечного излучения) поверхности.

Победитель соревнования получит приз в размере 2 500 долл. Большую часть средств призового фонда выделило посольства США. Остальные средства — Чернобыльская историческая мастерская, компания "Атмосфера", коворкинг "Платформа" и DeWALT.

Это уже второй конкурс. Первый SunnyDay Challenge прошел в 2014 году. Тогда собрались восемь команд, состоящих из 34 молодых инженеров. Они сделали небольшой солнечный концентратор, с помощью которого можно было заварить кофе.

В 2016 году организаторы повысили требования: установка должна была не просто нагревать объект, а вырабатывать электроэнергию.

Команда hooli в своей заявке утверждала, что их установка будет вырабатывать 3 кВт в час. Однако в процессе работы инженеры пришли к выводу, что для выхода на такую мощность потребуется намного больше времени.

Украинцы раскроют "секрет" Ренкина

По словам вдохновителя и организатора конкурса Андрея Зинченко, самым интересным элементом солнечной электростанции станет не концентратор, а модуль генерации. Основанный на цикле Ренкина, модуль называют "Святым Граалем" среди технологий микрогенерации.

"Для преобразования тепловой энергии солнца в механическую мы используем термодинамический цикл Ренкина. В замкнутой системе циркулирует фреон. Под воздействием солнечного излучения он испаряется и крутит турбину. Турбина вращает электрогенератор. Попадая в конденсатор, фреон переходит в жидкое состояние, цикл замыкается.

Мы работаем над конструкцией генераторного блока с самого начала проекта. Это сложная и самая интересная часть нашей дальнейшей работы", — объясняет Христенко.

Если эффективная мощность электростанции по плану составит 1 кВт, то тепловая мощность — 20 кВт.

В начале 2000-х годов генераторы, основанные на цикле Ренкина, вырабатывали 90% электроэнергии в мире. Уникальность генератора в том, что он способен вырабатывать электроэнергию, получая тепло от любого источника.

Однако главное — сейчас в мире нет открытых чертежей и инструкций по сборке микрогенератора такого типа. Украинцы могут стать первыми, кто соберет такой генератор и откроет чертежи.

"Еще одна особенность проекта солнечной электростанции в том, что она представляет собой конструктор. Его элементы можно использовать отдельно. Например, мы сможем собрать только модуль генерации и установить его там, где происходит выработка тепла. Там мы начнем вырабатывать электричество", — объясняет Зинченко.

Впрочем, основная цель проекта не столько практическая, сколько просветительская. Он призван показать и доказать, что приблизить свое домашнее хозяйство к энергонезависимости вполне реально и без приобретения дорогих технологий для альтернативной энергетики.

Еще организаторы конкурса планируют опубликовать чертежи и инструкции по сборке на международных сайтах. Они хотят привлечь международное сообщество энтузиастов к работе над дальнейшим усовершенствованием установки.

Союзниками в этом деле могут стать зарубежные университеты.

В планах "аккумуляторный термос"

Зинченко не скрывает, что даже с открытыми чертежами и инструкциями по сборке построить такую солнечную электростанцию сможет далеко не каждый.

У одного человека на это может уйти полгода даже при наличии огромного энтузиазма. Правда, одна из идей проекта как раз и заключается в том, чтобы усилиями международного сообщества упростить конструкцию и процедуру сборки.

Стоит отметить, что и сама команда hooli выбилась из графика. Первоначальной датой презентации было 30 августа, затем она сдвинулась на 18 сентября, но и сейчас готово только зеркало. Когда будет закончен весь проект, прогнозировать никто не берется. Очевидно, испытания установки начнутся не раньше апреля-мая 2017 года.

Христенко говорит, что сейчас проект находится на этапе окончания основной "металлической" конструкции и перехода к детальной отработке систем управления и генерации.

"Не могу дать никаких прогнозов по срокам, потому что для нас это SunnyDay Challenge. — говорит он. — Понятие "челлендж" содержит в себе большую долю непредсказуемости. Мы стараемся закончить проект как можно скорее".

Тем не менее, организаторы уже озвучивают дальнейшие планы. Следующий шаг — поиск решения по аккумулированию энергии. Им может стать температурный накопитель, проще говоря — огромный термос.

Все тепло с солнечного концентратора будет идти не на турбину, а в термос. Генерация электроэнергии будет осуществляться из тепловой энергии, хранимой в нем. В качестве примера применения температурного накопителя Зинченко приводит опыт Сергея Юрко из Миргорода.