Самодельный солнечный концентратор из зеркальный пленки. Солнечный концентратор своими руками

(Канада) разработала универсальный, мощный, эффективный и один из самых экономичных солнечных параболических концентраторов (CSP - Concentrated Solar Power) диаметром 7 метров, как для обычных домовладельцев, так и для промышленного использования. Компания специализируется на производстве механических устройств, оптики и электронной техники, что помогло ей создать конкурентный продукт.

По оценке самого производителя, солнечный концентратор SolarBeam 7M превосходит другие типы солнечных устройств: плоских солнечных коллекторов, вакуумных коллекторов, солнечных концентраторов типа «желоб».

Внешний вид солнечного концентратора Solarbeam

Как это работает?

Автоматика солнечного концентратора отслеживает движение солнца в 2-ух плоскостях и направляет зеркало точно на солнце, позволяя системе собирать максимальную солнечную энергию с рассвета до позднего заката. Независимо от сезона или места использования, SolarBeam поддерживает точность наведения на солнце до 0,1 градуса.

Падающие на солнечный концентратор лучи фокусируются в одной точке.

Расчеты и проектирование SolarBeam 7M

Стресс - тестирование

Для проектирования системы использовались методы 3D моделирования и программного стресс-тестирования. Тесты выполняются по методике МКЭ (анализ Методом Конечных Элементов) для расчета напряжений и перемещений деталей и узлов под воздействием внутренних и внешних нагрузок, чтобы оптимизировать и проверить конструкцию. Такое точное тестирование позволяет утверждать, что SolarBeam может работать в условиях экстремальных нагрузок от ветра и климатических условий. SolarBeam успешно прошел моделирование ветровой нагрузки до 160 км/час (44 м/с).

Стресс -тестирование соединения рамы параболического отражателя и стойки

Фотография узла крепления концентратора Solarbeam

Стресс-тестирование стойки солнечного концентратора

Уровень производства

Часто, высокая стоимость изготовления параболических концентраторов препятствуют их массовому использованию в индивидуальном строительстве. Использование штампов и больших сегментов из светоотражающего материала, сократили производственные издержки. Solartron использовал много инноваций, используемых в автомобильной промышленности, для уменьшения стоимости и увеличения объема выпускаемой продукции.

Надежность

SolarBeam был протестирован в суровых условиях севера, обеспечивает высокую производительность и долговечность. SolarBeam разработан для любых состояний погоды, в том числе высокой и низкой температуры окружающей среды, снеговой нагрузки, обледенения и сильных ветров. Система предназначена для 20 -ти и более лет эксплуатации с минимальным техническим обслуживанием.

Параболическое зеркало SolarBeam 7M способновы удержать до 475 кг льда. Это примерно равно 12,2 мм толщине ледяного покрова по всей площади 38,5 м2.
Установка штатно работает в снегопады из-за изогнутой конструкции зеркальных секторов и способности автоматически выполнять «авто очистку от снега».

Производительность (сравнение с вакуумными и плоскими коллекторами)

Q / A = F’(τα)en Kθb(θ) Gb + F’(τα)en Kθd Gd -c6 u G* - c1 (tm-ta) - c2 (tm-ta)2 – c5 dtm/dt

Эффективность для не-концентрирующих солнечных коллекторов была рассчитана по следующей формуле:

Efficiency = F Collector Efficiency – (Slope*Delta T)/G Solar Radiation

Кривая производительности для SolarBeam концентратора показывает общую высокую эффективность во всем диапазоне температур. Плоские солнечные коллекторы и вакуумированные показывают более низкую эффективность, когда требуются более высокие температуры.

Сравнительные графики Solartron и плоских/вакуумных солнечных коллекторов

Эффективность (КПД) Solartron в зависимости от разности температур dT

Важно отметить, что приведенная выше диаграмма не учитывает потери тепла от ветра. Кроме того, приведенные выше данные указывают максимальную эффективность (в полдень) и не отражает эффективность в течении для. Данные приведены для одного из самых лучших плоских и вакуумных коллекторов. В дополнение к высокой эффективности, SolarBeamTM производит дополнительно до 30% больше энергии, из-за отслеживания солнца по двум осям. В географических регионах, где преобладают низкие температуры, эффективность у плоских и вакуумированных коллекторов значительно снижается из-за большой площади поглотителя. SolarBeamTM имеет абсорбер площадью только 0,0625 м2 относительно площади сбора энергии 15,8 м2, чем достигаются низкие потери тепла.

Обратите внимание также, что в связи с применением двухосевой системы слежения, SolarBeamTM концентратор всегда будет работать с максимальной эффективностью. Эффективная площадь коллектора SolarBeam всегда равна фактическая площадь поверхности зеркала. Плоские (неподвижные) коллекторы теряют потенциальную энергию согласно уравнения ниже:
PL = 1 – COS i
где PL потери в энергии в %, от максимальной при смещении в градусах)

Система управления

Управления SolarBeam использует технологию «EZ-SunLock». С помощью этой технологии, система может быть быстро установлена и настроена в любой точке земли. Система слежения отслеживает солнце с точностью до 0,1 градуса и использует астрономический алгоритм. Система имеет возможность общей диспетчеризации через удаленные сети.

Нештатные ситуации, при которых «тарелка» автоматически будет припаркована в безопасное положение.

• Если давление теплоносителя в контуре упадет ниже 7 PSI
• При скорости ветра более 75км/ч
• В случае отключения электроэнергии, ИБП (источник бесперебойного питания) перемещает тарелку в безопасное положение. Когда питание возобновляется, автоматическое слежение за солнцем продолжается.

Мониторинг

В любом случае, и особенно для промышленного применения, очень важно знать состояние вашей системы для обеспечения надежности. Вы должны быть предупреждены прежде, чем возникнет проблема.

SolarBeam имеет возможность осуществлять мониторинг через удаленную панель мониторинга SolarBeam . Эта панель проста в использовании и предоставляет важную информацию о статусе SolarBeam, диагностику и информацию о производстве энергии.

Удаленная настройка и управление

SolarBeam можно дистанционно настраивать и оперативно менять установки. «Тарелкой» можно управлять дистанционно с помощью мобильного браузера или ПК, упрощающие или делающие ненужными системы управления на месте установки.

Оповещения

В случае тревоги или необходимости обслуживания, устройство посылает сообщение по электронной почте назначенному обслуживающему персоналу. Все предупреждения могут быть настроены в соответствии пользовательскими предпочтениями.

Диагностика

SolarBeam имеет возможности удаленой диагностики: температуры и давления в системе, производство энергии и т.д. С первого взгляда вы видите статус работы системы.

Отчетность и графики

В случае необходимости получения отчетов по производству энергии, они могут быть легко получены для каждой «тарелки». Отчет может быть в виде графика или таблицы.

Монтаж

SolarBeam 7М изначально был разработан для крупномасштабных CSP установок, поэтому монтаж сделали максимально простым. Конструкция позволяет быстро собрать основные компоненты и не требует оптической юстировки, что делает монтаж и запуск системы недорогим.

Время монтажа

Бригада из 3 человек, может установить один SolarBeam 7М от начала до конца в течение 8 часов.

Требования к размещению

Ширина SolarBeam 7М составляет 7 метров с 3,5 метровым отступом. При установке нескольких SolarBeam 7М, на каждую систему необходимо отвести площадь примерно 10 х 20 метров, чтобы обеспечить максимальный солнечный сбор с наименьшим количеством затенения.

Сборка

Параболический концентратор спроектирован для возможности сборки на земле с использованием механической системы подъема, что позволяет быстро и легко установить фермы, зеркальные сектора и крепления.

Области применения

Получение электроэнергии с помощью установок ORC (Organic Rankine Cycle).

Установки промышленного опреснения воды

Тепловую энергию для завода по опреснению воды может поставлять SolarBeam

В любой промышленности, где требуется много тепловой энергии для технологического цикла, таких как:

• Пищевая (варка, стерилизация, получение спирта, мойка)
• Химическая промышленность
• Пластиковая (Нагрев, вытяжка, сепарация, …)
• Текстильная (отбеливание, стирка, прессование, парообработка)
• Нефтяная (возгонка, осветление нефтепродуктов)
• И многое другое

Место установки

Подходящим местом для установки являются регионы, получающие не менее 2000 кВт*ч солнечного света на м2 в год (кВт*ч/м2/год). Наиболее перспективными производители считаю следующие регионы мира:

• Регионы бывшего Советского Союза
• Юго-Западный США
• Центральная и Южная Америка
• Северная и Южная Африка
• Австралия
• средиземноморские страны Европы
• Средний Восток
• Пустынные равнины Индии и Пакистане
• Регионы Китая

Спецификация модели Solarbeam-7M

• Пиковая мощность - 31,5кВт (при мощности 1000Вт/м2)
• Степень концентрации энергии - более 1200 раз (пятно 18см)
• Максимальная температура в фокусе - 800°С
• Максимальная температура теплоносителя - 270°С
• Эксплуатационная эффективность - 82%
• Диаметр рефлектора - 7м
• Площадь параболического зеркала - 38,5м2
• Фокусное расстояние - 3,8м
• Потребление электроэнергии сервомоторами - 48W+48W / 24В
• Скорость ветра при работе - до 75км/ч (20м/с)
• Скорость ветра (в безопасном режиме) - до 160 км/ч
• Отслеживание солнца по азимуту - 360°
• Отслеживание солнца по вертикали - 0 - 115°
• Высота опоры - 3,5м
• Вес отражателя - 476 кг
• Общий вес -1083 кг
• Размер абсорбера - 25,4 х 25,4 см
• Площадь абсорбера -645 см2
• Объем теплоносителя в абсорбере - 0,55 литра

Габаритные размеры рефлектора

Опубліковано 09.08.2013

Альтернативная энергетика интересует все большее количество великих умов. Я – не исключение. 🙂

Все началось с простого вопроса: “А можно ли бесколлекторный двигатель превратить в генератор?”
-Можно. А зачем?
-Сделать ветрогенератор.

Ветряк для выработки электроэнергии – не совсем удобное решение. Переменная сила ветра, зарядные устройства, аккумуляторы, инверторы, много не копеечного оборудования. В упрощенной схеме ветряк на «отлично» справляется с подогревом воды. Ибо нагрузка – тен, а он абсолютно не требователен к параметрам подаваемой на него электроэнергии. Можно избавиться от сложной дорогой электроники. Но расчеты показали значительные затраты на конструкцию, чтобы раскрутить генератор 500 Ватт.
Мощность, которую несет в себе ветер, рассчитывается по формуле P=0,6*S*V 3 , где:
P – мощность, Ватт
S – площадь, м 2
V – скорость ветра, м/с

Ветер, дующий на 1 м2 со скоростью 2 м/с «несет» в себе энергию 4,8 Ватт. Если скорость ветра увеличится до 10 м/с, то мощность возрастет до 600 Ватт. У самых лучших ветрогенераторов КПД 40-45%. С учетом этого для генератора мощностью 500 Ватт при ветре, скажем 5 м/с. Потребуется площадь, ометаемая винтом ветрогенератора, около 12 кв.м. Что соответствует винту диаметром почти 4 метра! Много денег – мало толку. Добавить сюда необходимость получения разрешения (ограничение по шумности). Кстати, в некоторых странах установку ветряка нужно согласовывать даже с орнитологами.

Но тут я вспомнили о Солнышке! Оно нам дарит очень много энергии. Об этом я впервые задумался после полета над замерзшим водохранилищем. Когда увидел массу льда толщиной более метра и размерами 15 на 50 километров, я подумал: “Это же сколько льда! Сколько его надо греть, чтобы расплавить!?” И все это сделает Солнце за полтора десятка дней. В справочниках можно найти плотность энергии, которая достигает поверхности земли. Цифра около 1 киловатт на метр квадратный звучит заманчиво. Но это на экваторе в ясный день. Насколько реально утилизировать солнечную энергию для хозяйственных нужд в наших широтах (центральная часть Украины), используя доступные материалы?

Какую реальную мощность, с учетом всех потерь, можно получить с оного квадратного метра?

Для выяснения этого вопроса я сделал первый параболический тепловой концентратор из картона (фокус в чаше параболы). Выкройку из секторов оклеил обычной пищевой фольгой. Понятно, что качество поверхности, да и отражающие способности фольги, очень далеки от идеала.

Но задача стояла именно “колхозными” методами нагреть определенный объем воды, чтобы выяснить какую мощность можно получить с учетом всех потерь. Выкройку можно рассчитать с помощью файла Exel который я нашел на просторах интернета у любителей самостоятельно строить параболические антенны.
Зная объем воды, её теплоемкость, начальную и конечную температуру можно рассчитать количество тепла, затраченного на ее нагрев. А, зная время нагрева, можно вычислить мощность. Зная габариты концентратора, можно определить какую практическую мощность можно получить с одного квадратного метра поверхности, на которую падает солнечный свет.

В качестве объема для воды была взята половинка алюминиевой банки, выкрашенная снаружи в черный цвет.

Емкость с водой помещается в фокус параболического солнечного концентратора. Солнечный концентратор ориентируется на Солнце.

Эксперимент №1

проводился около 7 часов утра в конце мая. Утро – далеко не идеальное время, но как раз утром в окно моей “лаборатории” светит Солнце.

При диаметре параболы 0.31 м расчеты показали, что была получена мощность порядка 13,3 Ватт . Т.е. как минимум 177 Ватт/м.кв. Тут следует отметить, что круглая открытая банка далеко не самый лучший вариант для получения хорошего результата. Часть энергии уходит на нагрев самой банки, часть излучается в окружающую среду, в том числе уносится потоками воздуха. В общем, даже в таких далеких от идеала условиях можно хоть что-то получить.

Эксперимент №2

Для второго эксперимента была сделана парабола диаметром 0.6 м . В качестве ее зеркала использовался металлизированный скотч, купленный в строительном магазине. Его отражающие качества незначительно лучше алюминиевой пищевой фольги.

Парабола имела большее фокусное расстояние (фокус за пределами чаши параболы).

Это дало возможность спроецировать лучи на одну поверхность нагревателя и получать в фокусе большую температуру. Парабола без труда прожигает лист бумаги за несколько секунд. Эксперимент проводился около 7 часов утра в начале июня. По результатам эксперимента с тем же объемом воды и той же тарой получил мощность 28 Ватт ., что соответствует примерно 102 Ватт/м.кв . Это меньше, чем в первом эксперименте. Это объясняется тем, что солнечные лучи от параболы ложилось на круглую поверхность банки не везде оптимально. Часть лучей проходили мимо, часть падали по касательной. Банка охлаждалась свежим утренним ветерком с одной стороны, в то время как подогревалась с другой. В первом эксперименте за счет того, что фокус был внутри чаши, банка прогревалась со всех сторон.

Эксперимент №3

Поняв, что достойный результат можно получить, сделав правильный теплоприемник, была изготовлена следующая конструкция: банка из жести внутри выкрашена в черный цвет имеет патрубки для подвода и отвода воды. Герметично закрыта прозрачным двойным стеклом. Термоизолирована.

Общая схема такова:

Нагрев происходит следующим образом: лучи от солнечного концентратора (1 ) через стекло проникают внутрь банки теплоприемника (2 ), где, попадая на черную поверхность, нагревают ее. Вода, соприкасаясь с поверхностью банки, поглощает тепло. Стекло плохо пропускает инфракрасное (тепловое) излучение, поэтому потери на излучение тепла минимизированы. Поскольку со временем стекло прогревается теплой водой, и начинает излучать тепло, было применено двойное остекление. Идеальный вариант, если между стеклами будет вакуум, но это труднодостижимая задача в домашних условиях. С обратной стороны банка теплоизолирована пенопластом, что также ограничивает излучение тепловой энергии в окружающую среду.

Теплоприемник (2 ) с помощью трубок (4,5 ) подключается к бачку (3 ) (в моем случае пластиковая бутылка). Дно бачка находится на 0.3м выше нагревателя. Такая конструкция обеспечивает конвекцию (самоциркуляцию) воды в системе.

В идеале расширительный бак и трубки должны быть тоже термоизолированы. Эксперимент проводился около 7 часов утра в середине июня. Результаты эксперимента таковы: Мощность 96.8 Ватт , что соответствует примерно 342 Ватт/м.кв.

Т.е. эффективность системы улучшилась более, чем в 3 раза только за счет оптимизации конструкции теплоприемника!

При проведении экспериментов 1,2,3 нацеливание параболы на солнце делалось вручную, «наглазок». Парабола и нагревательные элементы удерживались руками. Т.е. нагреватель не всегда был в фокусе параболы, поскольку руки человека устают и начинают искать более удобное положение, которое не всегда правильное с технической точки зрения.

Как вы могли заметить, с моей стороны были приложены усилия для обеспечения отвратительных условий для проведения эксперимента. Далеко не идеальные условия, а именно:
– не идеальная поверхность концентраторов
– не идеальные отражающие свойства поверхностей концентраторов
– не идеальное ориентирование на солнце
– не идеальное положение нагревателя
– не идеальное время для эксперимента (утро)

не смогли помешать получить вполне приемлемый результат для установки из подручных материалов.

Эксперимент №4

Далее нагревательный элемент был закреплен неподвижно относительно солнечного концентратора. Это позволило поднять мощность до 118 Ватт , что соответствует примерно 419 Ватт/м.кв . И это в утренние часы! С 7 до 8 утра!

Существуют и другие методы нагрева воды, с помощью Солнечных коллекторов. Коллекторы с вакуумными трубками дороги, а плоские имеют большие температурные потери в холодное время года. Применение солнечных концентраторов может решить эти проблемы, однако требует реализации механизма ориентирования на Солнце. В каждом способе есть как преимущества, так и недостатки.

Полное количество энергии солнца, которое поступает на поверхность Земли всего лишь за неделю, превышает энергию запасов нефти, урана, угля и газа во всем мире. Сберегать солнечное тепло можно различными способами. Одним из таких решений являются солнечные концентраторы. Это специальное устройство для сбора солнечной энергии, которое выполняет функцию нагрева материала-теплоносителя. Обычно применяются для отопления помещений и нужд горячего водоснабжения. Именно указанным свойством он отличается от солнечных батарей, который непосредственно производят электричество.

Устройство

Основная функция солнечного концентратора – фокусировка солнечного излучения на приемнике излучателя, который располагается на фокальной линии или в фокальной точке коллектора солнечной энергии.

Устройство солнечного концентратора предполагает наличие следующих элементов:

• Линзы или отражатели, которые применяются в качестве концентратора солнечных лучей.
• Конструкция основания, на которой крепятся линзы или отражатели.
• Тепловоспринимающий элемент, в качестве которого часто выступает солнечный коллектор.
• Трубопроводы, которые подводят и отводят теплоноситель.
• Механизм привода системы слежения. Данный механизм в большинстве случаев включает:
  — Электронный блок преобразования сигналов.
  — Датчик направления на Солнце.
  — Электродвигатель с редуктором, который поворачивает конструкцию солнечного концентратора в двух плоскостях.

В зависимости от конструкции устройство также может включать линзы Френеля, термометр, регулирующий вентиль, контур системы отопления, циркуляционный насос и ряд иных элементов.

Принцип действия

Принцип действия солнечных концентраторов кроется в фокусировке лучей солнца на емкости с теплоносителем.

Работа теплоносителя заключается в поглощении солнечной энергии. В зависимости от используемого метода концентрации энергии солнца могут применяться:

• Параболоцилиндрические концентраторы, которые фокусируют солнечное излучение на трубах с маслом или водой
• Гелиоцентрические установки башенного типа.
• Специальные параболические зеркала.

Солнечное излучение в определенных моделях концентраторов может концентрироваться:

• В фокусной точке.
• Вдоль фокальной линии, в которой находится приемник.

Все выглядит следующим образом:

• Достижение в концентраторах высоких температур обеспечивается путем отражения излучения солнца с большей поверхности на более мелкую поверхность приемника- абсорбера.
• Жидкость-теплоноситель, который проходит через приемник, максимально поглощает тепло и переносит его к потребителю.

Температура в приемнике достигает высоких значений, но концентраторы способны фокусировать лишь прямое солнечное излучение. В результате их эффективность в облачную или туманную погоду существенно снижается. Наиболее высокие показатели КПД демонстрируют в регионах с высокой степенью инсоляции, к примеру, в экваториальных или пустынных районах.

Чтобы можно было использовать солнечное излучение максимально эффективно, следует обеспечить ориентацию солнечных концентраторов в направлении солнца. С этой целью концентраторы оснащаются трекером, то есть специальной следящей системой. Она поворачивает систему прямо «лицом» к солнцу.

Одноосные следящие системы выполняют поворот системы с востока на запад. В свою очередь двуосные системы с севера на юг, чтобы ориентировать систему на Солнце круглый год.

В промышленных масштабах параболоцилиндрический зеркальный концентратор обеспечивает фокусировку солнечного излучения, обеспечивая более, чем стократную его концентрацию. Результат, жидкость нагревается практически до 400 градусов. Проходя через ряд теплообменников, жидкость вырабатывает пар, который вращает турбину парогенератора. Чтобы минимизировать тепловые потери, приемная трубка окружается прозрачной стеклянной трубкой, которая тянется вдоль фокусной линии цилиндра.

Виды

По конструктивной схеме работы концентраторы выделяют в следующие разновидности:

• Параболические солнечные концентраторы.

• Параболоцилиндрические концентраторы.

• Солнечные башни.

• Концентраторы на сферических линзах.

• Концентраторы на линзах Френеля, то есть плоских линзах.

Солнечные концентраторы также классифицируют на следующие виды:

• Сильно концентрирующие (Кс≥100) и слабо концентрирующие (Кс<100). Это зависит от уровня повышения плотности излучения, либо степени его концентрации.
• Селективные и неселективные системы, то есть по степени воздействия сконцентрированного излучения на спектральные характеристики.
• Преломляющие (линзовые) и отражающие (зеркальные) системы — по характеру взаимодействия солнечных лучей с
  оптическими элементами солнечных концентраторов.
• Без слежения, экваториальная, азимутально-зенитальная система – по схеме слежения за солнцем.
• Одно- и многоэлементные системы — по числу оптических элементов, которые последовательно участвуют в процессе концентрирования излучения.
• Со следящим приемником, со следящим отражателем – по методу слежения за солнцем.
• жидкостным или воздушно-конвективным отводом тепла – по методу отвода тепла.

Особенности

• Излучение солнца в одних концентраторах фокусируется в фокусной точке, в других — вдоль фокальной линии, где и располагается приемник. При отражении излучения с большей поверхности на меньшую, достигается высокая температура приемника, это тепло отводится теплоносителем.
• Эффективность концентраторов существенно снижается в период облачности, так как фокусируется только прямое солнечное излучение. В связи с этим подобные системы имеют высокий КПД в регионах, где особенно высок уровень инсоляции: в районе экватора и пустынях. Для повышения эффективности применения солнечного излучения, концентраторы часто оснащаются следящими системами, которые обеспечивают точную ориентацию на солнце.
• Так как стоимость солнечных концентраторов довольно высока, а следящие системы нуждаются в периодическом обслуживании, в большинстве случаев их применение ограничено промышленными системами электрической генерации. К тому же подобные установки могут применяться в гибридных системах, к примеру, в совокупности с углеводородным топливом. В этом случае аккумулирующая система обеспечит уменьшение себестоимости выдаваемого электричества.

Применение

• Параболоцилиндрические солнечные концентраторы и башни оптимально работают в структуре крупных систем, соединенных с сетью электростанций, имеющих мощность 30-200 МВт.
• Системы тарельчатого типа выполнены из модулей, они могут применяться в автономных установках и группах, имеющих общую мощность в несколько мегаватт.

Параболоцилиндрические солнечные концентраторы на текущий момент являются одной из наиболее развитых солнечных энергетических технологий. Вероятнее всего, что именно они в ближайшей перспективе будут использоваться в промышленности. Благодаря эффективной теплоаккумулирующей способности станции башенного типа также могут стать станциями недалекого будущего. Благодаря модульному характеру «тарелок» они могут применяться в небольших установках.

«Тарелки» и башни позволяют обеспечить более высоких значений КПД при получении энергии меньшей стоимости. Однако это требует значительного снижения капитальных затрат. В настоящее время только параболические концентраторы уже апробированы и в скором времени будут усовершенствованы. Башенные солнечные концентраторы требуют демонстрации эксплуатационной надежности и эффективности. Для систем тарельчатого типа нужна разработка недорого концентратора и создание коммерческого двигателя.

Параболические концентраторы

Преимущества — опробованная технология.

Недостатки:

• Высокие затраты.
• Низкая температура теплоносителя.
• Нужен ультраплоский ландшафт.

Башни

Преимущества:

• Более высокая эффективность.
• Более высокая температура.
• Ниже стоимость энергии.
• Не нужен ультраплоский ландшафт.

Недостатки:

• Высокая цена.
• Малая распространенность.

Солнечные концентраторы с линейными отражателями Френеля

Преимущества:

• Низкая стоимость энергии.
• Простой дизайн.

Еще со времен начала нашего тысячелетия, возможность и способы использования энергии солнечных лучей заботили самые выдающиеся умы человечества. Уже тогда люди прекрасно понимали, что небесное светило по имени Солнце, является источником излучения неисчерпаемой энергии. Однако как «приручить» и использовать его в своих интересах в то далекое время не выяснил никто. Согласно дошедшим до наших дней источникам, писатели времен античности Плутарх и Полибий, указали, что человеком, который первым собственноручно написал чертежи и собрал работающее изобретение, был Архимед.

По своей сути, изобретение мудрого греческого инженера, которое он собрал своими руками – это первый созданный на планете Земля параболический концентратор на основе солнечной энергии, принцип действия которого состоял в концентрации излучения в одном небольшом пучке.

В районе воздействия такого пучка уровень температуры мог достигать от 300 до 400 градусов Цельсия. Такой энергии, сконцентрированной на корпусе любого из кораблей римского военного флота (который в то время полностью состоял из дерева), было бы достаточно для возгорания морского судна. Сегодня можно только делать предположения насчет того, какое конкретно изобретение дал миру Архимед, но исходя из современных знаний и представлений о технологиях и достижениях в данной области энергетики, было только два возможных варианта.

Начнем с того, что само наименование, которое получило изобретение – это солнечный концентратор, такое название говорит за себя само.

Линза, выпуклая с обеих сторон – это пример простейшего концентратора

Это устройство, которое путем улавливания солнечного излучения определенным изгибом поверхности концентрирует лучи в одной точке, добиваясь кратных показателей увеличения энергии. Все мы помним из своего юного прошлого обычную линзу, выпуклую с обеих сторон – это пример простейшего концентратора. В солнечную погоду, регулируя своими руками угол падения излучения солнца, можно было выжечь на деревянной поверхности или на бумаге все, что приходило в голову, любую фигуру или надпись.

Такая линза принадлежит к группе рефракторных концентраторов. В дополнение к выпуклым линзам, к этой же группе концентраторов относят и линзы Френеля, представляющие собой призму. Длиннофокусные концентраторы собираются с использованием так называемых линейных линз. Такие концентраторы очень недорогие и их легко собрать своими руками, не прибегая к помощи квалифицированного инженера (если вы решите это сделать, в сети закачано достаточное количество видео, запрос – homemade solar reflector). Однако в практике они используются совсем нечасто, одна из причин этого – их довольно крупные габариты. Такие концентраторы, в том числе и самодельные, применяют в тех местах, где сделать это позволяют площади и занимаемое ими пространство, не являющимися критичным для его обладателя.

Такой недостаток отсутствует у призменного концентратора солнечного излучения. Кроме того, это оборудование может частично концентрировать и часть диффузионного излучения, тем самым в значительной мере увеличивая мощность создаваемого энергетического лучевого потока. Трехгранная призма, с применением которой строится данный механизм, одновременно осуществляет функции и инициатора излучения точки концентрации луча, и приема этого излучения. В дополнение ко всему задняя грань многогранника отражает поток энергии принятого передней гранью солнечного излучения, а боковая грань отвечает за выдачу излучения. В принципе работы этого оборудования заложен механизм максимального отражающего воздействия на солнечные лучи до момента их попадания на боковую грань.

Рефлекторный солнечный концентратор solar в сравнении с рефракторными функционирует путем объединения энергии пучка отраженной солнечной радиации. Исходя из формы конструкции, такие концентраторы делятся на подвиды и называются параболоцилиндрическими и параболическими. Если разбираться в показателях коэффициента полезного действия этих устройств, то самым мощным источником энергии будет параболический концентратор, он выдает до 10 тысяч единиц концентрации.

Параболический концентратор выдает до 10 тысяч единиц концентрации

Однако для создания энергетических солнечных систем теплоснабжения (особенно для отопления зимой) в большей степени прибегают к установке параболоцилиндрических или плоских устройств, к тому же такую систему легко монтировать и своими руками.

Солнечные концентраторы их практическое использование и применение

В принципе, главная функция солнечных концентраторов любой конструкции – это сбор поступающего от солнца излучения и его сосредоточение в одной точке. Определить область применения данной энергии – выбор хозяина этого оборудования. Используя совершенно бесплатную и возобновляемую энергию, можно разогревать воду для хозяйственных нужд и нужд гигиены. Количество нагреваемой воды будет зависеть только от размеров тарелки и общей конструкции концентратора. Параболические концентраторы небольших размеров могут быть использованы в качестве печи для приготовления продуктов, которая будет работать исключительно на сконцентрированной солнечной радиации.

Зимой концентраторы можно применить в качестве дополнительного источника солнечного света для фотоэлектрических солнечных батарей, тем самым повышая их выходную мощность в условиях недостатка солнечного излучения.

Параболические концентраторы могут быть использованы в качестве печи для приготовления продуктов

На самом деле применение в целях повышения эффективности кристаллических батарей – довольно неплохая идея, учитывая невысокую стоимость концентраторов. Тем более что патент на такую конструкцию вам не понадобится. Получится своеобразная система электроснабжения homemade solar.

Возможно также применение устройства как автономного источника энергии для двигателя Стирлинга (патент на такой двигатель его изобретателем был получен уже очень давно). Концентраторы группы параболических создают в точке сбора солнечных лучей температуру в диапазоне от 300 до 400 °C.

Если в область концентрации лучей, идущих от сравнительно небольшой тарелки, поставить металлическую подставку для посуды и поместить на нее чайник, без проблем можно вскипятить воду без использования электричества. Разместив нагреватель в точке концентрации энергии, вы довольно быстро разогреете и проточную воду в достаточно больших объемах для дальнейшего использования в хозяйственных нуждах. Сможете полить огород, помыть посуду, принять душ.

Разместив в фокусе луча правильно подобранный по мощности двигатель Стирлинга, вы получите небольшую тепловую и электрическую станцию.

Двигатели Стирлинга созданы для того, чтобы работать в паре с солнечным концентратором

К примеру, одна компания под названием Qnergy разработала и зарегистрировала патент, запустив в серийное производство двигатели Стирлинга QB-3500, которые созданы специально для того, чтобы работать в паре с солнечным концентратором solar reflector. По своей сути такое устройство можно считать генератором электрического тока, где основную функцию выполняет двигатель Стирлинга. Отметим, что такая система также требует наличия аккумуляторных батарей для накапливания полученной энергии. Такая электростанция осуществляет выработку электрического тока мощностью 3500 Вт. Инвертор на выходе выдает стандартное напряжение в 220 вольт, частотой 50 Гц. Такой мощности электрического тока вам хватит для полного обеспечения нужд дома, в котором проживает семья из четырех человек. Эффективно применение подобных батарей и для дачного дома. Установленный на вашем участке концентратор будет иметь внешний вид спутниковой антенны, не нарушая внешнюю эстетику.

Кстати, одним из производителей был зарегистрирован патент устройства, где, применяя принцип работы двигателя Стирлинга, можно создать систему, которая в своей основе будет эксплуатировать поступательно-возвратное или вращательное движение (не требует установки аккумуляторных батарей). Как пример такой системы можно привести водяной насос для колодца или других целей.

Параболический концентратор нужно систематически поворачивать за лучами солнца по мере вращения земли в течение суток

Главный недостаток, которым обладает параболический концентратор – это то, что за ним надо систематически следить, поворачивая его за лучами солнца по мере вращения земли в течение суток. Там, где концентраторы применяются на крупных тепловых станциях в промышленных масштабах, к группе батарей дополнительно монтируют специальные системы слежения за движением солнца. Такие системы поворачивают зеркала вслед за его перемещением. Тем самым гарантируется постоянный и эффективный прием поступающей солнечной радиации под самым эффективным углом. Но применение такого оборудования в частном порядке, скорее всего, будет не очень целесообразным, ввиду того, что затраты на приобретение будут значительно большими, чем стоимость стандартного рефлектора на треножном креплении.

Как сделать концентратор солнечного излучения самому?

Для изучения данного вопроса можно обратиться к опыту изобретателя из Владивостока Юрия Рылова, имеющего патент на созданную им отопительную систему. Уже на протяжении долгого времени его большой загородный дом, общая площадь которого составляет более 400 квадратных метров, полностью обогревается на основе системы батарей, где теплоноситель разогревается солнечным концентратором.

Концентратор Юрия Рылова работает более чем в два раза эффективней солнечных батарей

Всю систему, на которую он в результате получил патент, умелец разработал сам. Его концентратор работает более чем в два раза эффективней солнечных батарей.

Для этого есть ряд причин, одна из них – это система концентраторов, на которую изобретатель получил патент, она аккумулирует энергию практически всего поступающего спектра солнечной радиации. Следующая причина в том, что система была дополнена механизмом слежения за солнцем (учитывая область применения оборудования в данном случае, это может быть оправданным).

Однако с внедрением системы в массовое производство возникли проблемы. Под созданное устройство уже более чем пять лет назад изобретателем был получен патент Российской Федерации, но до настоящего времени оно не получило широкого промышленного распространения. Это довольно странно, так как со слов Рылова, его концентратор позволяет обогревать подъезд дома в пять этажей, обеспечивая его горячей водой. За восемь часов работы оборудование разогревает кубометр воды. За это же время концентратор выдаст 80 кВт электроэнергии. В дополнение изобретатель столкнулся с проблемой защиты интеллектуальной собственности на территории России. Заниматься закреплением права собственности на свое устройство в тех странах, где возможно наладить такое производство, надо самостоятельно, чиновники не помогают получить патент за границей.

Самый легкий способ для сборки собственного самодельного концентратора – это сделать его на основе старой спутниковой тарелки

Итак, самый легкий способ для сборки собственного самодельного концентратора – это сделать его на основе старой спутниковой тарелки. До начала сборки механизма определитесь с целями его применения, после чего выберите место установки концентратора. Хорошенько вычистите антенну и на рабочую сторону прикрепите отражающую пленку.

Для ровной укладки пленки и во избежание возможного появления складок, разрежьте пленку на полоски, размером не больше пятидесяти миллиметров. Если вы надумали применять концентратор в роли печи, использующей солнечное излучение, будет лучше, когда в центральной части тарелки вы проделаете отверстие около 70 миллиметров диаметром. Через него пропустите крепление емкости с пищей. Приспособление гарантирует фиксированное положение тары с разогреваемым объектом во время разворотов устройства за солнцем.

Если в вашем распоряжении только тарелка с малым диаметром, здесь стоит нарезать ленту полосками по 100 миллиметров. Каждую полоску необходимо клеить отдельно, внимательно и аккуратно выравнивая стыки.

Когда вы закончите оклейку отражающего элемента, определите, где находится точка концентрации лучей. Это надо сделать потому, что форма тарелки зачастую не гарантирует совпадения точки фокуса и места расположения головки приема сигнала.

Самодельная печь концентратор на солнечном излучении

Для начала стоит выявить место концентрации, для этого оденьте солнцезащитные очки. Возьмите деревянную доску и плотные варежки. Направьте отражатель в сторону солнца и сфокусируйте пойманные лучи на доске, далее регулируйте расстояние пока не получите максимально эффективный, концентрированный пучок энергии, делайте это до тех пор, пока не получите его самый малый размер. Одетые вами варежки предохранят кожу рук от солнечного ожога, если вы случайно подставите руки в зону фокуса лучей. После того как вы определите точку концентрации, вам останется только зафиксировать конструкцию и закончить ее монтаж в оптимальное место. Как говорят в кругах изобретателей: «Остается только получить патент». Пользуйтесь результатами своего труда, получая неиссякаемый и бесплатный источник энергии.

Двигатель Стирлинга можно собрать, используя подручные, распространенные материалы

Существует множество вариантов изготовления концентраторов на основе солнечного излучения. Таким же образом вы сможете сами, используя подручные, распространенные материалы, собрать двигатель Стирлинга (это действительно возможно, хоть, на первый взгляд, и кажется недостижимым), а уж использовать возможности этого двигателя для самых разных целей вы сможете на протяжении длительного времени. Все ограничения зависят только от вашего терпения и наличия фантазии.