Солнечные концентраторы

Солнечный концентратор

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.

Солнечный концентратор

Это было устройство, которое посредством неких приспособлений на основе оптики концентрировало излучение солнечной радиации в один мощный поток. Впоследствии изобретение было применено для уничтожения имперского флота римлян, прибывшего с захватническими целями.

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.

Линза Френеля размером примерно с альбомный лист

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.

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.

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.

Самодельный солнечный концентратор, поверхность которого покрыта кусочками отражающей серебряной плёнки

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.

Читайте также:  Электрическая дуга и ее характеристики

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.

Источник: https://SolntsePek.ru/solnechnyj-kipyatilnik/solnechnyj-koncentrator.html

Недорогой серийный солнечный концентратор для домохозяйств

Компания Solartron Energy Systems Inc.

  (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.

Отслеживание солнца в двух плоскостях

Падающие на солнечный концентратор лучи фокусируются в одной точке.

Как работает солнечный концентратор?

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 параболического зеркала

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.

Снеговая, ледовая нагрузка

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)

Сравнение было основано на SRCC данных от SolarBeam концентратора, Heliodyne и Viessmann.

  • Heliodyne модель GOBI 406 002 — плоский солнечный коллектор
  • Viessmann модель Vitisol 300T SP3 (3m2) — вакуумный солнечный коллектор

Анализ производительности и эффективности рассчитывался при различных показателях разницы температур dT: 0, 10, 30, 50, 60 градусов Цельсия (разница температур между наружным воздухом и температурой теплоносителя). Входные данные.

ПараметрSolarBeamTMHeliodyneViessmann MFG
Площадь коллектора 15,8м2 15,8м2 15,8м2
G Солнечная радиация 1000Вт  1000Вт 1000Вт
F Эффективность 0,73 0,768 0,509
Kθb(θ) 1 Наклон 4,03  Наклон 1,09
K1 Фактор 1    1    1
dT различные  различные  различные
Эффективность различная  различная  различная
С1 0,733  Q  8313.96 Вт  Q  7008.88 Вт
С2 0,0204   SRCC #  2006006A  SRCC #  2005020B
С3 0 —
С4 0 —
С5 0 —
С6 0,085 —

Следующее уравнение используется для расчета производительности тепла  SolarBeam коллектора в соответствии с требованиями SRCC.

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)

Процент потерь энергии в неподвижных солнечных коллекторах в зависимости от угла отклонения от нормали

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.

Схема удаленного управления и диспетчеризации SolarBeam

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.

Панель мониторинга Solarbeam

Панель настроек Solarbeam

Панель аварийных сообщений Solarbeam

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 двигателя Стирлинга.

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

Внешний вид промышленных установок генерации электроэнергии ORC

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
Читайте также:  Материалы с высоким сопротивлением, сплавы с большим удельным сопротивлением

Габаритные размеры рефлектора

Стоимость установки на заводе изготовителе Solartron Energy Systems Inc. (Канада) 17300 USD.

Источник: http://www.joule-watt.com/concentrated-solar-thermal-power-csp/nedorogoj-serijnyj-solnechnyj-kontsentrator-dlya-domohozyajstv/

Концентраторы солнечной энергии

Проблема использования солнечной энергии с древних времен занимала лучшие умы человечества. Было понятно, что Солнце – это мощнейший источник даровой энергии, но как эту энергию использовать, не понимал никто.

Если верить античным писателям Плутарху и Полибию, то первым человеком, практически использовавшим солнечную энергию, был Архимед, который с помощью изобретенных им неких оптических устройств сумел собрать солнечные лучи в мощный пучок и сжечь римский флот.

В сущности, устройство, изобретенное великим греком, представляло собой первый концентратор солнечного излучения, который собрал солнечные лучи в один энергетический пучок.

И в фокусе этого концентратора температура могла достигать 300°С — 400°С, что вполне достаточно для того, чтобы воспламенить деревянные суда римского флота.

Можно только догадываться, какое именно устройство изобрел Архимед, хотя, по современным представлениям, вариантов у него было всего два.

Уже само наименование устройства – солнечный концентратор – говорит само за себя. Этот прибор принимает солнечные лучи и собирает их в единый энергетический пучок.

Самый простой концентратор всем знаком из детства.

Это обычная двояковыпуклая линза, которой можно было выжигать различные фигурки, надписи, даже целые картинки, когда солнечные лучи собирались такой линзой в маленькую точку на деревянной доске, листе бумаги.

Эта линза относится к так называемым рефракторным концентраторам. Кроме выпуклых линз к этому классу концентраторов относятся также линзы Френеля, призмы.

Длиннофокусные концентраторы, построенные на основе линейных линз Френеля, несмотря на свою дешевизну, практически используются очень мало, так как обладают большими размерами.

Их применение оправдано там, где габариты концентратора не являются критичными.

Рефракторный солнечный концентратор

Этого недостатка лишен призменный концентратор солнечного излучения. Более того, такое устройство способно концентрировать также и часть диффузного излучения, что значительно повышает мощность светового пучка.

Трехгранная призма, на основе которой построен такой концентратор, является и приемником излучения и источником энергетического пучка. При этом передняя грань призмы принимает излучение, задняя грань – отражает, а из боковой грани уже выходит излучение.

В основу работы такого устройства заложен принцип полного внутреннего отражения лучей до того, как они попадут на боковую грань призмы.

В отличие от рефракторных, рефлекторные концентраторы работают по принципу сбора в энергетический пучок отраженного солнечного света. По своей конструкции они подразделяются на плоские, параболические и параболоцилиндрические концентраторы.

Если говорить об эффективности каждого из этих типов, то наивысшую степень концентрации – до 10000 – дают параболические концентраторы.

Но для построения систем солнечного теплоснабжения используются в основном плоские или параболоцилиндрические системы.

Параболические (рефлекторные) солнечные концентраторы

Практическое применение солнечных концентраторов

Собственно, основная задача любого солнечного концентратора – собрать излучение солнца в единый энергетический пучок. А уж воспользоваться этой энергией можно различными путями.

Можно даровой энергией нагревать воду, причем, количество нагретой воды будет определяться размерами и конструкцией концентратора.

Небольшие параболические устройства можно использовать в качестве солнечной печи для приготовления пищи.

Параболический концентратор в качестве солнечной печи

Можно использовать их для дополнительного освещения солнечных батарей, чтобы повысить выходную мощность. А можно использовать в качестве внешнего источника тепла для двигателей Стирлинга. Параболический концентратор обеспечивает в фокусе температуру порядка 300°С – 400°С.

Если в фокусе такого сравнительно небольшого зеркала поместить, например, подставку для чайника, сковороды, то получится солнечная печь, на которой очень быстро можно приготовить пищу, вскипятить воду.

Помещенный в фокусе нагреватель с теплоносителем позволит достаточно быстро нагревать даже проточную воду, которую затем можно использовать в хозяйственных целях, например, для душа, мытья посуды.

Простейшая схем нагрева воды солнечным концентратором

Если в фокусе параболического зеркала поместить подходящий по мощности двигатель Стирлинга, то можно получить небольшую тепловую электростанцию. Например, фирма Qnergy разработала и пустила в серию двигатели Стирлинга QB-3500, которые предназначены для работы с солнечными концентраторами.

В сущности, правильнее было бы их назвать генераторами электрического тока на базе двигателей Стирлинга. Этот агрегат вырабатывает электрический ток мощностью 3500 ватт. На выходе инвертора – стандартное напряжение 220 вольт 50 герц.

Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить электричеством дом для семьи из 4 человек, дачу.

Кстати, используя принцип работы двигателей Стирлинга, многие умельцы своими руками делают устройства, в которых используется вращательное или возвратно-поступательное движение. Например, водяные насосы для дачи.

Основной недостаток параболического концентратора заключается в том, что он должен быть постоянно ориентирован на солнце.

В промышленных гелиевых установках применяются специальные системы слежения, которые поворачивают зеркала или рефракторы вслед за движением солнца, обеспечивая тем самым прием и концентрацию максимального количества солнечной энергии.

Для индивидуального использования вряд ли будет целесообразным применять подобные следящие устройства, так как их стоимость может значительно превышать стоимость простого рефлектора на обычной треноге.

Как сделать самому солнечный концентратор

Самый простой способ для изготовления самодельного солнечного концентратора – это использовать старую тарелку от спутниковой антенны.

Вначале нужно определиться, для каких целей будет использоваться этот концентратор, а затем, исходя из этого, выбрать место установки и подготовить соответствующим образом основание и крепления.

Тщательно вымыть антенну, высушить, на приемную сторону тарелки наклеить зеркальную пленку.

Для того, чтобы пленка легла ровно, без морщин и складок, ее следует разрезать на полоски шириной не более 3 – 5 сантиметров.

Если предполагается использовать концентратор в качестве солнечной печи, то рекомендуется в центре тарелки вырезать отверстие диаметром примерно в 5 – 7 сантиметров.

Через это отверстие будет пропущен кронштейн с подставкой для посуды (конфоркой). Это обеспечит неподвижность емкости с приготовляемой едой при повороте рефлектора на солнце.

Если тарелка небольшого диаметра, то рекомендуется еще и полоски разрезать на кусочки длиной примерно по 10 см. Наклеивать каждый кусочек отдельно, тщательно подгоняя стыки.

Когда отражатель будет готов, его следует установить на опору.

После этого нужно будет определить точку фокуса, так как точка оптического фокуса у тарелки спутниковой антенны не всегда совпадает с позицией приемной головки.

Самодельный солнечный концентратор – печь

Чтобы определить точку фокуса, необходимо вооружиться темными очками, деревянной дощечкой и толстыми перчатками.

Затем нужно направить зеркало прямо на солнце, поймать на дощечку солнечный зайчик и, приближая или удаляя дощечку относительно зеркала, найти точку, где этот зайчик будет иметь минимальные размеры – небольшую точку.

Перчатки нужны для того, чтобы уберечь руки от ожога, если они случайно попадут в зону действия луча. Ну, а когда точка фокуса будет найдена, ее останется только зафиксировать и монтировать необходимое оборудование.

Вариантов самостоятельного изготовления солнечных концентратором существует множество. Точно так же самому из подручных материалов можно смастерить и двигатель Стирлинга. А уж использовать этот двигатель можно для самых различных целей. На сколько хватит фантазии, желания и терпения.

Источник: http://solarb.ru/kontsentratory-solnechnoi-energii

Концентратор солнечной энергии

Крупнейшие месторождения полезных топливных ископаемых, такие как нефтяные на Аравийском полуострове, угольные в Донбассе, Кузбассе, Руре и другие месторождения многие годы, если не дольше, обеспечивают человечество энергией.

Кроме уже разведанных запасов таких ископаемых существуют и не разведанные, которые оцениваются на основе тех или иных научных данных. А солнечная энергия согревающая Землю всего за три недели оказывается равной всем запасам топливных ископаемых на нашей планете.

Поэтому все чаще люди задумываются об альтернативных источниках энергии.

Как применить энергию Солнца?

Как уже используемых органических ископаемых сейчас и в прошлом, так и предполагаемых неразведанных. Но солнечное излучение неравномерно распределяется на поверхности Земли, поскольку зависит от времени дня.

Также оно рассеяно в пределах контура нашей планеты.

Однако, несмотря на упомянутое даже совсем небольшой солнечный концентратор, которым может стать увеличительное стекло, позволяет достигать температуру в сотни градусов по Цельсию.

Эффективность использования излучения Солнца зависит только от погоды и конструкции концентратора. Чем больше его поверхность, освещаемая солнечными лучами, и чем меньше размеры солнечного пятна от них при отражении или преломлении, тем более высокая температура получается в этом пятне. При этом потери энергии происходят в воздухе и в материале концентратора.

На основе эффекта отражения площадь освещаемая Солнцем получается намного больше, по сравнению с тем, что можно сделать с использованием линз. Поэтому современные солнечные концентраторы это зеркала разнообразной конструкции.

Чтобы собрать много солнечной энергии зеркал требуется большое число. По этой причине сложно использовать фокусирующие вогнутые зеркала. Получится слишком дорогая конструкция. Проще изготовить много небольших плоских зеркал.

Башня с зеркалами

Каждое из них будет создавать пятно света размерами с зеркало. Они будут примерно одинаковыми в широком диапазоне расстояний от отражателя.

Система управления положением зеркала в зависимости от движения светила по небу будет удерживать световое пятно на одном и том же месте. Такое зеркало называется как «гелиостат».

Высокая температура, получаемая от совмещения отражений от огромного числа зеркал, используется для получения пара из воды. То есть, схема точно такая же, как на тепловых электростанциях.

Но при этом никакое топливо не расходуется. А наиболее мощная из подобных электростанций называется «Айванпа».

Она расположена в США неподалёку от города Лас – Вегас и вырабатывает почти 400 мегаватт в час электроэнергии солнечным калифорнийским днём. В её составе 350 тысяч гелиостатов.

Размеры каждого из них подобны воротам стандартного гаража. Они разделены на три группы по числу парогенераторов, установленных на вершинах башен (изображения ниже).

Теплообменник в фокусе

Существует ещё одна разновидность уже функционирующих электростанций с использованием солнечных концентраторов иной конструкции в виде жёлобов параболической формы.

Они нагревают теплоноситель до температуры, которая делает возможным получать перегретый водяной пар. То есть почти до 400 градусов по Цельсию.

Этот теплоноситель циркулирует по трубе расположенной в фокусе жёлоба (на изображении далее).

Напрямую нагревать воду вместо теплоносителя нельзя – перегретый пар должен быть получен вблизи турбины для наиболее высокой эффективности преобразования энергии пара в механическую энергию турбины.

Но солнечный концентратор в виде жёлоба содержит лишнее звено в цепи преобразования энергии солнце>теплоноситель>вода-пар>турбина. Цепь преобразования солнце>вода-пар>турбина в концентраторе с башней получается более эффективной.

Поэтому вся установка занимает меньше места.

Двигатель Стирлинга с солнечным подогревом

Самая высокая температура при наименьшей по площади отражающей поверхности солнечного концентратора получается в фокусе тарельчатой конструкции.

Эта конструкция может состоять или из одного большого отражателя или из нескольких небольших круглых вогнутых зеркал. Несколько небольших зеркал намного проще изготовить и транспортировать чем одно большое зеркало.

Читайте также:  Обслуживание комплектных распределительных устройств

Но при одинаковых внешних размерах несколько зеркал имеют меньшую суммарную отражающую поверхность и менее эффективны, чем одно большое зеркало.

Но при своей большой единичной эффективности тарельчатые концентраторы сложно объединить в одно целое с целью увеличения мощности.  Причина этого в существовании фокуса в каждом отражателе.

Если основываться на конструкции с башней, в которой применяются сотни тысяч относительно небольших плоских зеркал, вогнутых зеркал потребуется примерно столько же.

Но при этом надо изготовить их так, чтобы фокусное расстояние было разным.

Потребуется изготовить по нескольку тысяч групп отражателей с одной и той же формой вогнутости в группе. Но при этом каждая из групп будет отличаться друг от друга. Также невозможно объединить тарельчатые концентраторы при помощи теплоносителя.

Расстояние между фокусами каждого зеркала слишком велико и теплоноситель будет остывать при перемещении между ними.

По этим двум перечисленным причинам каждый тарельчатый концентратор делается мини — электростанцией на основе небольшого двигателя Стирлинга.

Этот двигатель вместе с турбиной и генератором размещается в каждом тарельчатом зеркале вблизи его фокуса с парогенератором. Объединяются в единую систему такие мини – электростанции электрически.

Такое техническое решение обеспечивает самый большой КПД из всех солнечных концентраторов. Он составляет почти тридцать процентов.

Мощность каждого электрогенератора установленного в концентраторе тарельчатого типа составляет 10 – 25 киловатт.

Достижения и перспективы использования солнечных концентраторов

К сожалению, так же как и для парусных судов для солнечных концентраторов важна погода. В этом заключён самый главный недостаток использования сил ветра и солнца.

Даже пролёт реактивного самолёта и след в небе, который остаётся на несколько часов заметно отражается на работе солнечных концентраторов, уменьшая их теплоотдачу.

Поэтому строительство таких электростанций требует мест с большим количеством солнечных дней, которые стабильно повторяются из года в год.

Но даже в средних широтах летом и в другие месяцы солнечные дни можно использовать с пользой для своего хозяйства, подзаряжаясь от солнечного света. Для этого в частном доме или на даче наилучшим будет тарельчатый солнечный концентратор. Его надо всего лишь поставить на солнечное место.

Больше ничего делать не нужно. А в последнее время появились новые конструкции солнечных «тарелок», которые очень удобны в личном пользовании. Они собираются из мелких деталей вместо одного большого зеркала. Такая конструкция делает их лёгкими и «не сдуваемыми» под действием сильного ветра.

Такие установки являются эффективным дополнением для домашней энергетики. В дальнейшем по мере неотвратимого роста цен на газ и электричество их использование будет расширяться всё больше.

Посмотрите также статью про изготовление солнечной батареи своими руками.

Источник: http://podvi.ru/interesnoe/solnechnyj-koncentrator.html

В открытом доступе появилась инструкция по изготовлению солнечного концентратора

Специально для тех, кто пока не решился перевести свой дом на альтернативные источников энергии, или для кого это очень дорого, проектная группа EnergyTorrent разработала и недавно представила в открытом доступе чертежи и техническую документация для сбора эффективного солнечного концентратора.

Как известно, традиционный солнечный концентратор позволяет получать высокотемпературное тепло для обогрева и горячего водоснабжения дома.

Кроме того, с некоторыми изменениями в конструкции устройство может вырабатывать и электричество.

Теперь собрать свой собственный солнечный концентратор может любой желающий, скачав довольно подробные инструкции с EnergyTorrent Wiki, а также закупив необходимые материалы и инструменты (которые также перечислены в инструкции).

Концентратор Diversity, построенный на основе использования линзы Френеля, способен нагревать центральную область до 260 градусов по Цельсию. Его технические характеристики таковы:

— диаметр: 1,5 метра; — общая площадь: 1,76 кв. метров; — эффективная площадь сбора солнечного излучения: 1,39 кв. см; — общая площадь отражения: 1,64 кв. см;

— фокусное расстояние: 1 метр.

Проектная группа EnergyTorrent опубликовала все необходимые CAD-файлы, которые, кстати, могут быть изменены под конкретные требования.

Например, пользователь самостоятельно может изменить размер концентратора или фокусное расстояние солнечного концентратора Diversity, для этого ему, правда, нужно овладеть основами работы в программе Rhinoceros CAD и установить некоторые дополнительные плагины. Однако, все внесенные изменения никак не отразятся на работоспособности устройства.

Стоит отметить, что как сам проект солнечного концентратора, так и инструкции по его изготовлению были разработаны в 2014 году во время солнечного хакатона SunnyDay, организованного EnergyTorrent среди молодых программистов и полностью посвященного солнечным концентраторам.

Ну а в настоящее время проектная группа занята организацией нового хакатона, который станет продолжением прошлогоднего мероприятия, но уже на международном уровне, с привлечением заинтересованных команд программистов с разных стран для разработки более мощного солнечного коллектора.

Проведение SunnyDay-2015 запланировано на 15 – 20 августа 2015 года.опубликовано econet.ru

фотоматериал: cleantechnica.com

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Источник: https://econet.ru/articles/69960-v-otkrytom-dostupe-poyavilas-instruktsiya-po-izgotovleniyu-solnechnogo-kontsentratora

Солнечные концентраторы нового поколения – путь к энергетической независимости

Государство может считаться энерго-независимым если его граждане тоже будут энерго-независимыми. Раньше всех это осознали в Германии, и само государство начало помогать своим гражданам, обретать энергетическую независимость.

А тех, кто сомневается, или еще не определились, энергетический кризис, своими крепко замороженными до абсолютного нуля руками, неуклонно и убедительно подталкивает к этой единственно правильной мысли.

Недавно в научно–производственном предприятии «Syneko» разработаны и запатентованы концентраторы солнечной энергии, которые обладают настолько уникальными свойствами, что открывают совершенно новые горизонты применения солнечной энергии в нашей повседневной жизни.

Какие же это свойства? Во-первых, преодолено главное препятствие на пути широкого использования солнечных концентраторов — это их большая парусность.

Разработанные нами сегментированные концентраторы абсолютно ветропрозрачные, так как составлены из большого количества узких полосок отражающего материала, между которыми имеются большие промежутки свободного пространства, в котором есть где разгуляться ветру.

Это снимает ограничения на размер концентратора, существенно снижает требования к несущим конструкциям, как самого концентратора, так и системы слежения за положением солнца.

В результате, концентратор превращается в легкую, изящную и ажурную конструкцию, которая может служить даже архитектурным украшением здания или придомовой территории, придавая футуристические и фантастические мотивы окружающему ландшафту.

Солнечный концентратор для экспериментов по термоакустике.

Во вторых, расположение фокальной области (области максимальной концентрации энергии) не зависит от положения солнца на небесной сфере. Т.е.

, в отличие от всех других разновидностей концентраторов, у которых фокальная область движется вслед за солнцем, и, как следствие, необходимо перемещать и приемник энергии, сегментированные концентраторы создают абсолютно неподвижную фокальную область.

Это обстоятельство в корне меняет философию построения гелиосистем. Теперь к приемнику тепловой энергии не предъявляются никакие особые требования и снимаются все ограничения. Приемник может быть любым!

Отсюда следствие: солнечный концентратор можно рассматривать как универсальный источник тепловой энергии, к которому, как в розетку, можно подключить любую нагрузку, будь то паровой котел, двигатель Стирлинга, печь по отжигу керамики или выпечки пирогов.

Другими словами, имея один солнечный концентратор и набор сменных блоков, «заточенных» на выполнение разных задач, мы не просто существенно расширяем сферу использования солнечной энергии, а расширяем ее до уровня ограниченного только нашей фантазией.

В-третьих, экологическая и пожарная безопасность. Особенностью разработанных концентраторов является то, что фокальная область, в которой сосредоточена вся собранная энергия, ни при каких обстоятельствах не может выйти за пределы концентратора. И, естественно, не может нанести вред ни птицам, ни животным, ни человеку, ни окружающим предметам.

Даже на элементы самого концентратора эта область попасть не может. Это связано с тем, что фокальная область формируется из большого количества маленьких солнечных «зайчиков», которые могут сойтись только в одном единственном месте, при соблюдении одного единственного условия – точного наведения концентратора на солнце.

Во всех остальных случаях это обычные безобидные солнечные «зайчики».

Универсальный мобильный солнечный концентратор мощностью 3 кВт.

Легкость и воздушность конструкции концентраторов позволяет им быть мобильными. Теперь солнечную энергию в прямом смысле можно завезти в любое место, и использовать там, где это необходимо и наиболее удобно. И это под силу даже пятикласснику.

В условиях постоянно растущих цен на энергоносители, наиболее востребованным применением концентраторов является отопление помещений и горячее водоснабжение.

С этой задачей наши концентраторы справляются более эффективно, чем коллекторы на вакуумных трубках, так как постоянно направлены на солнце и собирают энергию от восхода до заката.

Но поступают запросы и на такие, на первый взгляд экзотические применения, как, например, солнечная стиральная машина или солнечная посудомоечная машина, солнечный холодильник и кондиционер. И все это возможно реализовать благодаря уникальным свойствам сегментированных концентраторов.

Экспериментальный образец солнечного кипятильника.

А теперь о главном: о самой свежей нашей разработке, успешно прошедшей лабораторные испытания. Это солнечно-ветровая установка, которая представляет собой гибрид-трансформер. Днем при наличии солнца она работает как концентратор и нагревает воду в бойлере, а на ночь изменяет свою геометрию, и превращается в ветро-электрогенератор и начинает заряжать аккумулятор.

Если наутро солнце не покажется, то она и дальше будет находиться в режиме ветроустановки. И даже всю зиму может пережить в «личине» ветряка, а с появлением первых погожих дней начнет превращаться в солнечный концентратор. Причем, это не сумма двух разных устройств на одном фундаменте, а именно трансформер, так как каждый элемент устройства выполняет по две функции.

Поэтому затраты материалов и, естественно, стоимость будут примерно в 2 раза меньше, чем отдельно построенные ветряк и концентратор. Совместное использование солнечной и ветровой энергии позволяет существенно сгладить сезонные колебания в поступлении энергии и вплотную приблизиться к режиму полноценного круглогодичного автономного энергообеспечения, т.е., к энергетической независимости.

Ко всем, кто уже ощутил холодное дыхание кризиса, мы обращаемся с призывом, включится в борьбу за свою энергетическую независимость. На уровне дома, квартиры, коттеджа, дачи, мастерской, гаража, теплицы. Переходя на альтернативные источники энергии, вы избавляете себя от необходимости оплачивать холодные батареи и сидеть при свечах во время веерных отключений.

При этом вы помогаете еще и своей стране вырваться из крепких газовых объятий северного «брата». Вообще говоря, мы купаемся в море бесплатной энергии. Только солнце в пределах Украины на каждый квадратный метр в течение года посылает от 1100 до 1500кВт*часов тепловой энергии. Это больше, чем в Германии, и грех не воспользоваться таким подарком природы.

Солнечный водонагреватель балконного типа производительностью 50 литров/день.

Источник

__________________________________________________________

Источник: http://www.ekopower.ru/solnechnyie-kontsentratoryi-novogo-poko/

Ссылка на основную публикацию