Параболический солнечный коллектор


Концентрирующий параболический солнечный коллектор. Горячее водоснабжение на даче и в доме. | ДелайСам.Ру

Климат средней полосы России не балует ее жителей обилием прямого солнечного света. Абсолютно ясных солнечных дней в течении года бывает немного. В основном же как правило переменная облачность, когда солнце появляется на десяток – другой минут, а затем на это же время прячется за облаками и интенсивность солнечной тепловой энергии резко падает.

Все это крайне неблагоприятно сказывается на перспективах использования солнечной энергии для организации горячего водоснабжения на даче или в загородном доме. Солнечные коллекторы и водонагреватели традиционной конфигурации просто физически неспособны эффективно нагревать воду. Потому что они основаны на принципе непрерывной циркуляции воды из накопительного бака в солнечный коллектор и обратно. И небольшой по площади солнечный коллектор площадью в 1-2 кв. метра не способен быстро нагреть большой объем воды в несколько сот литров. Это легко доказывается простейшими расчетами.

Практически единственным выходом организовать действительно надежное горячее водоснабжение от солнечной энергии служит построение концентрирующего солнечного коллектора с малым объемом воды, нагреваемой в каждую единицу времени. Логика тут достаточно простая.

На каждый квадратный метр поверхности падает примерно 800-1000 Ватт солнечной энергии. Возьмем нижнее значение (с учетом отражения от самого солнечного коллектора, оно, увы не нулевое). Итак, теплотворность нашего «кипятильника» 800 Ватт (или 2900 КДж). Теплоемкость воды равна 4,2 Кдж/кг*град. Теперь вспомним, за какое время электрический чайник в 1,5 КВт мощности доводить те 1,5 литра воды, что в нем помещается, до кипения. За считанные минуты! А если заставить его кипятить бочку воды? Он ее только нагревать будет часа 3-4.

С другой стороны, нам не нужна целая бочка горячей воды и сразу. Нам в каждую минуту времени надо 2-3 литра всего. Умыться, посуду помыть… И напрашивается следующая схема нагревания воды. Относительно маломощным «чайником» мы быстро нагреваем 1-2 литра воды и сливаем ее в термос. Затем нагреваем следующую порцию и снова сливаем в термос и так далее. А для своих нужд мы используем ее из термоса. Т.е. делаем проточный водонагреватель с накоплением результата его работы. Такой он будет проточно-накопительный.

Такая схема значительно снижает требования по мощности собственно нагревателя и в тоже время позволит иметь достаточно большой запас горячей воды в несколько десятков литров.

Посудите сами, даже в течении 10-15 минут, когда светит солнце, мы получим около 200 Ватт-часов энергии от солнца. Это эквивалентно 720 КДж. Что позволит нагреть до 50-60 градусов примерно 4-5 литров воды (почти полведра, межлу прочим). В следующий «выход» солнца — еще 5 литров, потом еще. И так далее в течении всего дня.

Причем чем меньше будет емкость нашего нагревателя, тем эффективнее он будет использовать солнечную энергию. Он будет ухитряться выхватывать солнечное тепло даже если оно будет выскакивать всего на несколько минут! Как говорится, с паршивой овцы хоть шерсти клок. А уже если оно будет долгим, такой нагреватель превратится в кипятильник.

Сделать такой малоёмкий солнечный коллектор можно двумя способами. Первый — сделать очень плоский классический коллектор максимально большой площади. Например, толщиной в 1-2-3 см всего и площадью в 1-1,5 кв. метра. Но его емкость будет около 20-40 литров! Особо маленьким его не назвать. И что бы нагреть всю эту воду потребуется как минимум час солнца.

Второй вариант — сделать концентрирующий параболический солнечный коллектор примерно такой же площади и с емкостью 2-3 литра! Тогда вода в нем будет нагреваться всего за 5-8 минут! Всего полчаса солнца — и у нас целое ведро достаточно горячей воды! Более того, концентрирующий коллектор способен собирать и рассеянную солнечную энергию, когда лучи рассеиваются дымкой и облаками.

Теперь перейдем к конструкции. Многих пугает слово «параболический» и они думают, что сделать параболический концентратор сложно. На самом деле, сделать параболическое зеркало сможет даже школьник. К тому же концентрирующий коллектор гораздо проще даже в физическом плане. Не надо «заморачиваться» огромной и ломкой плоской «канистрой». Добиваться ее абсолютной герметичности, жесткости, обеспечивать минимальное гидродинамическое сопротивление и т.д. В параболическом солнечном водонагревателе – коллектор — простой плоский готовый металлический профиль или труба! Надо только сделать заглушки на торцы и врезать пару футорок для ввода – вывода воды. Вся остальная арматура и в в том и другом случае будет одинаковая. Само же параболическое зеркало делается из обыкновенной фанеры и оклеивается обычной бытовой фольгой для запекания. Коэффициент ее отражения ИК-лучей составляет 90-95 %!

Как рассчитать параболу.

Существует достаточно простой способ для построения параболы. На листе фанеры мы рисуем прямой угол. Затем, по одной стороне мы наносим отметки через 1 единицу измерения (например через 100 мм, на рисунке – это буквы). А по другой — через 2 единицы (т.е через 200 мм, на рисунке это цифры). Затем соединяем отметки линиями а1, б2, в3 и т.д. Образующиеся пересечения линий и дадут нам искомую параболу. Ее естественно надо сгладить при помощи лекала. И разумеется, это только половинка параболы, которая нам нужна. Вторая — зеркальное отражение.

Теперь, как может выглядеть концентрический параболический солнечный водонагреватель.

Ну примерно так.

Вода в коллектор – нагреватель поступает под небольшим давлением из напорного бака. А на выходе коллектора установлен клапан – термостат. Аналогичный по действию тому, что устанавливается в контурах охлаждения автомобилей. Т.е. он открывается тогда, когда вода нагревается до определенной температуры. Когда порция воды, находящаяся в коллекторе нагреется, термостат открывается и вода сливается в баки термосы. Как только вся горячая вода сольется и начнет идти прохладная вода, то термостат тут же закроется и коллектор начнет греть следующую порцию.

Что бы зря не пропадало место позади параболического зеркала, баки – термосы установлены в свободных нишах и тщательно теплоизолированы. Хотя, как понимаете, это всего лишь вариант их расположения. Их можно установить в любом удобном месте, но важно тщательно утеплить трубу, ведущую к ним от коллектора.

Вообще говоря, параболическое зеркало имеет не просто фокус, куда направляются все отраженные лучи, а так называемую фокальную плоскость. Потому что если лучи падают на параболическое зеркало не перпендикулярно, то и отражаться они будут не по центру параболы. Поэтому в устройствах с параболическими зеркалами делают гелиотрекеры, которые всегда поворачивают параболическое зеркало строго на солнце либо перемещают коллектор по фокальной плоскости (что на мой взгляд, проще).

В садово-дачных условиях это, к сожалению, серьезно усложняет конструкцию концентрирующего солнечного коллектора. Либо придется ставить какую то автоматику, либо самом периодически, вручную, разворачивать параболическое зеркало строго на солнце.

Определённым решением в этом случае может служить не горизонтальное, а вертикальное расположение параболического зеркала. Ведь солнце достаточно быстро перемещается по горизонтали, и очень медленно по вертикали. Поэтому, если сделать достаточно вытянутую параболу и расположить коллектор в ее фокальной плоскости, то несколько часов подряд на коллектор будет падать весь объем отраженной солнечной энергии. А регулировку по вертикали придется делать лишь раз в неделю-две, в зависимости от угла солнца над горизонтом.

Но конечно, самым эффективным решением будет изготовление гелиотрекера, поворачивающего параболическое зеркало непосредственно на солнце.

Внимание! Если вы будете реализовывать подобный проект, ни в коем случае не пробуйте температуру в зоне коллектора рукой, «на ощупь»!!! Температура в зоне нагрева достигает 200-300 градусов! Это все равно, что пробовать на ощупь спираль электроплитки. Во время моих экспериментов деревяшка, внесенная в зону нагрева бесшумно вспыхивала практически мгновенно. Довольно мистическое зрелище, кстати.

Константин Тимошенко

Задать свои вопросы и обсудить конструкцию вы можете на

delaysam.ru

Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенны

В гостях у Самоделкина! » Альтерн. энергия » Солнечная энергетика » Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенны

freefire78 15-11-2015, 08:23 24 121 Солнечная энергетика / Строим дом Эта самоделка о том, как построить солнечный водонагреватель. Правильнее назвать его параболический солнечный концентратор. Главное преимущество его в том, что зеркало отражает 90% солнечной энергии, а его параболическая форма концентрирует эту энергию в одной точке. Эта установка будет эффективно работать в большинстве районов России, вплоть до 65 градуса с.ш. Для сборки коллектора нам понадобится несколько основных вещей: сама антенна, система слежения за солнцем и теплообменник-коллектор. Параболическая антенна. Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенныМожно использовать любую антенну- железную, пластиковую или из стекловолокна. Антенна должна быть панельного типа, а не сеточная. Здесь важна площадь антенны и форма. Надо помнить, мощность нагрева = площади поверхности антенны. И что мощность, собираемая антенной диаметром 1,5 м, будет в 4 раза меньше мощности собираемой антенной с площадью зеркала 3 м.Так же понадобится поворотный механизм для антенны в сборе. Его можно заказать на Ebay или на Aliexpress. Понадобится рулон алюминиевой фольги или лавсановой зеркальной пленки, применяемой для теплиц. Клей, которым пленка будет приклеиваться к параболе.Медная трубка диаметром 6 мм. Фитинги, для подключения горячей воды к баку, к бассейну, ну или где вы будете применять эту конструкцию. Поворотный механизм слежения автор приобрел на EBAY за 30$.

Шаг 1 Переделка антенны для фокусировки солнечного излучения вместо радиоволн.

Надо всего лишь прикрепить лавсановую зеркальную пленку или алюминиевую фольгу к зеркалу антенны.Такую пленку можно заказать на Aliexpress, если вдруг в магазинах не найдете Пленка Делается это почти также просто, как и звучит. Надо только учесть, что если антенна, к примеру, диаметром 2,5 м, а пленка шириной 1 м, то не надо закрывать антенну пленкой в два прохода, будут образовываться складки и неровности, которые ухудшат фокусировку солнечной энергии. Вырезайте ее небольшими полосами и закрепляйте на антенне с помощью клея. Перед наклейкой пленки убедитесь, что антенна чистая. Если есть места, где краска вздулась- зачистите их наждачной бумагой. Вам надо выровнять все неровности. Обратите внимание, чтобы LNB-конвертор был снят со своего места- иначе он может расплавиться. После наклейки пленки и установки антенны на место не приближайте руки или лицо к месту крепления головки- вы рискуете получить серьезные солнечные ожоги.

Шаг 2 система слежения.

Как было написано выше - автор купил систему слежения на Ebay. Вы так же можете поискать поворотные системы слежения за солнцем. Но я нашел несложную схему с копеечной ценой, которая довольно точно отслеживает положение солнца. Показать / Скрыть текстСписок деталей: geliotraker.zip [93.93 Kb] (скачиваний: 429) * U1/U2 - LM339 * Q1 - TIP42C * Q2 - TIP41C * Q3 - 2N3906 * Q4 - 2N3904 * R1 - 1meg * R2 - 1k * R3 - 10k * R4 - 10k * R5 - 10k * R6 - 4.7k * R7 - 2.7k * C1 - 10n керамика * M - DC мотор до 1А * LEDs - 5mm 563nm Видео работы гелиотракера по схеме из архива[media=http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=tekVzmQx6qo] Сам можно сделать на основе передней ступицы автомобиля ВАЗ.Поворотный механизм

Кому интересно фото взято отсюда :Поворотный механизм

Шаг 3 Создание теплообменника-коллектора

Для изготовления теплообменника понадобится медная трубка, свернутая в кольцо и помещенная в фокус нашего концентратора. Но сначала нам надо узнать размер фокальной точки тарелки. Для этого надо снять LNB-конвертер с тарелки, оставив стойки крепления конвертера. Теперь надо повернуть тарелку на солнце, предварительно закрепив кусок доски на месте крепления конвертера. Подержите доску немного в этом положении, пока не появиться дым. Это займет по времени примерно 10-15 секунд. После этого отверните антенну от солнца, снимите доску с крепления. Все манипуляции с антенной, ее развороты, проводятся для того, чтобы вы случайно не засунули руку в фокус зеркала- это опасно, можно сильно обжечься. Пусть остынет. Измерьте размер сожженной части древесины- это будет размер вашего теплообменника. Размер точки фокусировки будет определять, сколько медной трубки вам понадобится. Автору понадобилось 6 метров трубы при размере пятна 13см.Поворотный механизм Я думаю, что возможно, вместо свернутой трубки можно поставить радиатор от автомобильной печки, есть довольно маленькие радиаторы. Радиатор должен быть зачерненный для лучшего поглощения тепла. Если же вы решили использовать трубку, надо постараться согнуть ее без перегибов и изломов. Обычно для этого трубку заполняют песком, закрывают с обеих сторон и сгибают на какой-нибудь оправке подходящего диаметра. Автор залил в трубку воды и положил ее в морозильную камеру, открытыми концами вверх, чтобы вода не вытекла. Лед в трубке создаст давление изнутри, что позволит избежать изломов. Это позволит согнуть трубу с меньшим радиусом изгиба. Ее надо сворачивать по конусу- каждый виток должен быть не много большего диаметра чем предыдущий. Можно спаять витки коллектора между собой для более жесткой конструкции. И не забудьте слить воду после того, как закончите с коллектором, чтобы после установки его на место, вы не обожглись паром или горячей водой

Шаг 4. Собираем все вместе и пробуем.

Установка в сбореТеперь у вас есть зеркальная парабола, модуль слежения за солнцем, помещенный в водонепроницаемый контейнер, или пластиковую емкость, законченный коллектор. Все, что осталось сделать - это установить коллектор на место и опробовать его в работе. Вы можете пойти дальше и усовершенствовать конструкцию, сделав, что-то типа кастрюли с утеплителем и одеть ее на заднюю часть коллектора. Механизм слежения должен отслеживать движение с востока на запад, т.е. поворачиваться в течение дня за солнцем. А сезонные положения светила (вверх\вниз) можно регулировать вручную один раз в неделю. Можно, конечно, добавить механизм слежения и по вертикали- тогда вы получите практически автоматическую работу установки. Если вы планируете использовать воду для подогрева бассейна или в качестве горячей воды в водопроводе- вам понадобиться насос, который будет прокачивать воду через коллектор. В случае если вы будете нагревать емкость с водой, надо принять меры, чтобы избежать закипания воды и взрыва бака. Сделать это можно используя электронный термостат, который, в случае достижения заданной температуры, будет отводить зеркало от солнца с помощью механизма слежения.

От себя добавлю, что используя коллектор зимой надо принять меры, чтобы вода не замерзла в ночное время и в ненастную погоду. Для этого лучше сделать замкнутый цикл- с одной стороны коллектор, а с другой теплообменник. Систему заполнить маслом-его можно нагреть до более высокой температуры, градусов до 300, и на морозе не замерзнет.

Источник Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

9.8

Идея

4

Описание

6.8

Исполнение

Итоговая оценка: 6.83 из 10 (голосов: 4 / История оценок)

Facebook

ВКонтакте

Twitter

ОК

47

usamodelkina.ru

Солнечный концентратор из параболической антенны

Обычная параболическая антенна для приема спутниковых сигналов. Ее задача – собрать электромагнитное излучение от спутника и сфокусировать его в точку, где находится приемник. Природа света и радиоволн одна, поэтому сможем собрать солнечные лучи, но придется поклеить всю эту поверхность большим количеством маленьких зеркал.

Солнечные печи в этом китайском магазине.

Итак, была параболическая тарелка, а получился гелиоконцентратор. Просто посмотрим, что станет со штатным приемником, который собирал радиоволны, а теперь, как солнечный концентратор, собранный из параболической антенны, будет принимать 2000 кратное солнечное излучение.

Мастера покупают изобретения в лучшем китайском интернет-магазине.

Наводим, нашу тарелку на солнце. Ого… Хорошо запекает, но к сожалению конструкция получилась не идеальной, потому что не все зайчики оказались в точке фокуса солнечной тарелки. Но приемник начал плавиться, случилось все быстро. Ну что ж, это первый случай в использовании параболических антенн, когда приемник сгорает таким прямым способом, а не от попадания молниями, не дай Бог.

Электроника для самодельщиков в китайском магазине.

Наша конструкция солнечного концентратора не идеальна, потому что не удалось собрать все 2000 солнечных зайчиков в одной точке, но даже того количества достаточно, чтобы загорелся пластик. Ну посмотрим, хватит ли, чтобы загорелся деревянный кораблик.

По поводу модели. Будем прожигать обычную фанеру, но на ней с большой достоверностью изображен древнеримский корабль, который 2000 лет назад бороздил просторы Средиземного моря.

Задача просто поставить ее просто в фокус концентратора. Так, засекаем время, начинает дымить, прошло всего 15 секунд, полминуты и верхний слой фанеры почти прогорел. Есть небольшая проблема. Дерево, когда обугливается, становится нагаром, который имеет маленькую теплопроводность, он защищает от прямого излучения. Надо просто подождать. 2 минуты уже. Начинает дымиться обратная сторона. Еще чуть-чуть и будет сквозная дырка. Прошло 4 минуты и есть сквозное отверстие, но видно, что дырка не ровная точка, а имеет вытянутую форму.

Пока солнце двигается по горизонту, солнечный зайчик точно так же скользит по поверхности. Видимо в этом есть небольшая проблема для статичных установок. Если зеркала стоят неподвижно и светят на один объект, то солнечный зайчик соответственно смещается. Может не хватить времени для того, чтобы древесина занялась. Возможно Архимед и поджигал римские судна, то скорее всего свои зеркала направлял не на дерево, а на паруса. Смотрите видео, как изготовить самодельный солнечный концентратор. В качестве основы использована параболическая антенна с радиусом нужной кривизны.

Источник: https://youtu.be/O9K7cExBFNQ

Бесплатное тепло. Солнечная параболическая печь своими руками

Приветствую, друзья! Как я уже неоднократно писал, альтернативная энергетика меня давно привлекает, и на этот раз хочу рассказать про как сделать быстро солнечную печь для приготовления пищи.

Как я уже писал, использовать солнечную энергию, переводить ее в электрическую, а потом уже в тепловую – не эффективно. Слишком большие потери сводят на нет все попытки, с помощью электричества получать тепловую энергию.

Поэтому есть масса изобретений для “перехвата” инсоляции и перевода ее в тепловую энергию – от солнечных коллекторов, до оптических солнечных печек.

Предлагаю рассмотреть простейшую печку, в которой можно даже вскипятить воду в не пасмурное время суток.

Для этого нужно взять несколько картонных коробок, или листы строительного картона, и по шаблону нарезать 12 лепестков.

По линии сгиба слегка подогнуть, и сделать отверстия по диаметру шпагата или проволоки, которую найдете.

Начинайте связывать между собой торцами лепестков совмещая отверстия. Между собой лепестки можно еще скрепить скотчем.

Наклейте фольгу изнутри. Можно использовать 5 сантиметровую алюминиевую ленту с клеевой стороной – продается в строительных магазинах по 350-400 рублей за 40 метров.

Нарежьте стеклопластиковую арматуру диаметром 6-8 мм, или возьмите , и сделайте подобие площадки, для того. чтобы можно было устойчиво поставить посуду для приготовления еды.

Для устойчивости из брусочков сделать нужно платформу. На фото ниже пример, как просто сделать из брусков регулируемую платформу – очень удобно регулировать угол наклона.

Для эффективного съема солнечной энергии каждые полчаса-час нужно перемещать линзу в сторону солнца. Зимой оптимальный угол 75-90 градусов, летом до 10-20 градусов.

zen.yandex.ru/media/podkupolom

Концентрационные технологии солнечной энергетики — CSP/STE

Технологии концентрирования солнечной энергии (CSP — Concentrated Solar Power), другое название — солнечное тепловое электричество (STE — Solar Thermal Electricity), или гелиотермальные технологии, основаны на использовании не световой силы солнечного света, а его температуры. Элементы систем, работающих с применением таких технологий, концентрируют тепловую энергию, что позволяет вырабатывать пар, который затем двигает классическую систему турбины и электрогенератора. Подобные системы могут работать без остановки в любое время дня, даже при отсутствии солнца, потому как часть энергии может в течение определенного времени сохраняться в специальном термальном хранилище и постепенно использоваться для производства энергии. Концентрационные солнечные электростанции не причиняют вреда окружающей среде и достаточно надежны, чтобы удовлетворить растущую потребность в электроэнергии по всему миру.

История технологий концентрации солнечной энергии

История термальных солнечных электростанций насчитывает уже более 100 лет. В 1890 году был изобретен паровой двигатель, работающий от коллектора, концентрирующего солнечную энергию. В 1912 году в Египте была построена первая в мире гелиотермальная электростанция мощностью 45 кВт, использовавшая вогнутые параболические коллекторы.

В конце 1970-х годов начались масштабные исследования в области концентрационных гелиотермальных технологий на основе раннее созданных вогнутых параболических коллекторов. К концу 1980-х гг. начался ввод этих технологий в коммерческую эксплуатацию. С тех пор, по мере продолжающихся исследований и изобретения новых материалов, технологии все больше совершенствуются, в ряде индустриально развитых стран (США, Япония, Испания, Италия) были построены пилотные проекты гелиотермальных станций. Компании Luz International Limited удалось совершить значительный прорыв в разработке и применении CSP технологий на ее солнечных электростациях SEGS, построенных между 1984 и 1991 годами. Это были одни из первых солнечных электростанций, разработанных, построенных, финансируемых и работающих на коммерческой основе. Электростанции SEGS, расположенные в пустыне Мохаве в Калифорнии, до сих пор успешно работают и ежегодно поставляют примерно 354 мВт энергии в энергетическую сеть штата. Этот проект и поныне является самым упоминаемым, когда речь заходит о данном типе технологий.

В настоящее время мир переживает настоящий бум проектов, основанных на гелиотермальных технологиях: по оценкам на первую половину 2010-х гг. уже строится более 5000 мВт мощностей, большая их часть в США и Испании. Лидеры на рынке концентрационной солнечной энергетики — это США, Испания и Германия. Существует три основных типа технологий CSP для строительства электростанций:

  • технология центральной башни-ресивера
  • технология вогнутых параболических коллекторов
  • солнечные генераторы на двигателях

Технология центральной башни-ресивера

Технология центральной башни-ресивера

Электростанции с центральной башней-ресивером состоят из множества рядов гелиостатов, окружающих центральную башню высотой более 100 метров. Жидкая субстанция, протекающая через башню, концентрирует в себе тепловую энергию солнечного света, с помощью нее затем генерируется пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество.

Более подробно и наглядно принцип работы системы с центральной башней-ресивером описан на странице гелиотермальной станции Gemasolar (Испания).

Технология вогнутых параболических коллекторов

Вогнутые параболические коллекторы

Системы, построенные с применением технологии вогнутых параболических коллекторов (или цилиндрических параболических коллекторов, CPC), состоят из множества отражателей с волнистой поверхностью с параболической секцией. В их центральной части расположена туба-абсорбер, по которой течет жидкость (синтетическое термомасло), поглощающая тепловую энергию солнечного света. Эта тепловая энергия, переносимая раскаленным маслом, затем используется для испарения воды и генерации пара, которые вращает турбину, вследствие чего вырабатывается электричество.

В данный момент электростанции, построенные с использованием этой технологии, показывают большую производительность, чем другие CSP-электростанции, и их сравнительно больше по всему миру. Эта технология в различных формах используется уже два десятилетия, включая девять электростанции в Калифорнии; за это время было выработано более 12 миллиардов кВт энергии. Энергоэффективность ее по статистике составляет более 14% (чистый объем производства к количеству полученного солнечного света).

Более подробно и наглядно принцип работы системы, работающей с использованием вогнутых параболических коллекторов, описан на странице гелиотермальных станций Valle 1 и Valle 2 (Испания).

Термохранилище

И та и другая описанные технологии работают совместно с системой промежуточного хранения тепловой энергии (термохранилище), что позволяет электростанции вырабатывать энергию стабильно, избегая пиков и провалов, а также дает ей возможность работать в течение определенного периода без поступления солнечного света, на внутреннем резерве.

zen.yandex.ru/media/id/5b2a95496628cb00a8197af3/

КПД можно поднять, применив трекер.

izobreteniya.net

Параболический солнечный коллектор — Ваше право

Солнечную энергию можно собирать и использовать разными способами. Один из самых простых и эффективных — зеркальный рефлектор и концентратор. Его не сложно изготовить своими руками.

Рефлектор отражает солнечные лучи и концентрирует их на ёмкости с водой. Та нагревается и вскипает, выдавая струю пара. Конструкция устройства довольно проста, главное — чтобы зеркала автоматически поворачивались на нужный угол и следили за Солнцем.

Полученный пар направляем, например, в духовой шкаф для приготовления пищи, по трубам на обогрева дома, в турбину для генерации электроэнергии, в двигатель, холодильник и т.д. На самом деле, если посмотреть на какой-нибудь производственный процесс, то почти любую его часть можно перевести на пар.

Самодельный парогенератор Solar-OSE на линейных зеркалах с управлением от платы Arduino стал одним из самых интересных экспонатов на французской конференции мейкеров POC21, посвящённой самодельным экологическим проектам.

Недавно авторы выложили в открытый доступ под лицензией Creative Commons инструкцию по сборке устройства. Такой компактный прибор на 1 кВт отлично подходит для малого бизнеса, особенно в сельской местности. Если объединить несколько модулей, то мощность повышается в несколько раз.

По оценке мейкеров, стоимость всех деталей парогенератора составит примерно $2000, но есть разные варианты экономии.

Примерное время сборки: 150 часов. Одна неделя, три человека.

В инструкции приводится полный список и размеры всех материалов, а также необходимые для работы инструменты.

m.habr.com

Параболический солнечный коллектор

Концентрирующий параболический солнечный коллектор Горячее водоснабжение на даче и в доме

Концентрирующий солнечный коллектор

Я уже много писал о возможности использования солнечных водонагревателей, но тема настолько неисчерпаема, что постоянно рождаются и новые идеи, и переосмысление уже известных в плане их практического использования на дачном участке. В данной статье хотело бы порассуждать о концентрирующем солнечном коллекторе.

На один квадратный метр поверхности, перпендикулярный лучам солнца падает 800–1000 Ватт солнечной энергии. Это известный факт. Другим фактом является то, что теплоемкость воды равна 4200 Дж/Кг*град. Т.е. если мы, допустим, хотим иметь 200 литров достаточно горячей воды (50 гр С), которая начала нагреваться с 10-15 градусов (после прохладной ночи), что бы вся семья вечером могла принять душ. Но на её нагрев придется потратить 200 л х 40 гр х 4,2 КДж = 33.600 КДж! Или примерно 9,5 КВт энергии. И это без учета теплопотерь. А с их учетом цифру можно смело почти удвоить.

Неслабо, да? Где же их взять-то, эти 15 Квт? Поскольку для получения такого количества тепла нужно иметь а) собственно солнечный коллектор площадью хотя бы 1-2 метра (что уже считается большим), б) он должен быть постоянно ориентирован на солнце (что почти невозможно), в) 10 часов «чистого» солнца (что в средней полосе редкость, обычно тут переменная облачность).

Все эти грустные факты и делают перспективу использования солнечной энергии в плане надежного получения горячей воды весьма туманными. И все заканчивается банальной черной бочкой на крыше с чуть теплой водой, и с по большей части эпизодическим ее использованием.

Но выход из этой ситуации есть, и выход реальный. Надо построить концентрирующий солнечный коллектор.

Эпизод 1. Призрак угрозы (остаться без солнечного света).

Окна моей квартиры выходят на юго-запад. Солнце в них появлялось только после обеда и растения на подоконнике постоянно испытывали нехватку света. А тут еще напротив начали дом строить. Ну все, подумал я, теперь вообще солнца и света не будет. Строили они строили, и наконец построили. И я очень этому рад, что напротив построили этот дом. Потому что уж не знаю почему, но на доме том сделали зеркальные фасады лоджий, причем слегка закругленные. И теперь солнце, пусть хоть и отраженное, но светит и в мои окна буквально с утра! И мои кактусы просто таки воспряли духом. Прямого солнца стало меньше на час, а отраженного добавилось на 5 часов! Оно отражается от зеркального остекления лоджий и светит на наш дом.

Эпизод 2. Империя наносит ответный удар. (Греки сжигают римский флот).

Слова «концентрирующий солнечный коллектор» наверняка у многих ассоциируются с высокими космическими технологиями, видятся огромные ажурные параболические отражатели, гиперболоиды инженера Гарина… И такого на дачном участке просто не осилить никогда.

А между тем, концентрирующим солнечным коллектором пользовался еще Архимед! При защите своего города Сиракузы от римского нападения с моря, он приказал солдатам отполировать свои бронзовые щиты, и выстроил их вдоль побережья. Когда к городу приблизились римские корабли, по команде Архимеда все воины начинали пускать солнечные зайчики на один из кораблей. И через несколько минут корабль загорался! А зайчики направлялись на следующий корабль. Потеряв «на ровном месте» несколько больших кораблей, римляне предпочли по-быстрому ретироваться и изменить тактику.

Возможно, это всего лишь легенда, но в Сиракузах памятник Архимеду стоит. Да и идея совершенно здравая. И все нынешние водяные гелиостанции работают именно по такому же принципу. Никто не морочится строительством гигантских параболических зеркал. Все используют маленькие дешевые плоские зеркала, которые направляют отраженные лучи на один «центральный бак». Так почему же нам не воспользоваться этой «плодотворной идеей в дебюте»? Все ведь известно, что у светлых стен домов, обращенных к югу, весна наступает на месяц раньше.

Проблема первая. Зеркала. Использовать настоящие зеркала и глупо и дорого. Тяжелые, дорогие, хрупкие… Согласно справочным данным, Коэффициент отражения ИК-лучей несущих тепло (а именно они нас и интересуют) у алюминиевой фольги равен 85-97%! (круче него только серебро). Так что нам мешает использовать обычную бытовую фольгу (для запекания). Она копейки стоит, 50 руб 5 кв. м. Для прочности надо ее на что то наклеить. Например, на листы дешевого оргалита, обрезки фанеры, и т.п. Нам большие –то куски как раз и не нужны! Нам нужно много маленьких, по 0,5 кв. метра. Не больше. И зеркало будет представлять небольшой лист оргалита или фанеры, на колышке, что бы можно было его в землю воткнуть где угодно. Стоить оно будет «пол-рубля».

Проблема вторая. Ориентация на солнце. Во «взрослых» гелиосистемах используют т.н. гелиотрекеры, системы слежения за Солнцем. Ну там то и понятно. Они не воду для душа греют, а пар для турбин, до 400 гр, между прочим. И его надо греть постоянно. Но у нас то другая задача. Нам надо нагреть 200 литров воды и по быстрому. Причем нагреть, а не вскипятить и выпарить. Нагрели — перелили в другую бочку – термос и расходуем себе потихоньку. А бочка – коллектор уж там греет как нибудь.

Давайте посмотрим, что нам будет стоить «нагреть по быстрому». Допустим, у нас есть солнечный коллектор площадью в 1 метр. На него направлены солнечные зайчики с зеркал в 5 кв метров. Пусть их эффективность 80%, т.е. наш метровый коллектор получает тепло еще с 4-х метров площади. Итого 5 кв. метров. А 5 метров нам дадут наши заветные 10-15 КВт тепла всего за 3 часа! (а не за 10). Ну а если увеличить площадь зеркал до 10 кв. метров, то хватит и 2-х часов, с запасом.

Хотя нам скорость и не так важна, важен результат. Даже если мы установим несколько зеркал, ориентированных на солнце так, что бы они отражали солнечные лучи хотя бы в течении часа – двух, мы уже поднимем эффективность солнечного водонагревателя в разы! И получение достаточного количества горячей воды станет абсолютной реальностью.

Для максимально быстрого эффекта нам, конечно, нет смысла греть всю бочку сразу. Да и емкость коллектора – приемника солнечных зайчиков будет невелика, вряд ли больше 30-50 литров (чем меньше, тем быстрее будет происходить нагрев). 5 КВт энергии «взгреют» эти 30 литров воды до 50-60 градусов меньше чем за 20 минут! После чего нам надо сразу слить ее в хорошо утепленный накопитель-термос горячей воды и расходовать по своему усмотрению. А коллектор тем временем приступит к нагреву следующей порции.

На мой взгляд, идея весьма реализуема, и главное — за небольшие деньги. В европейской части России, где нас не балует солнце, единственный способ реально получить от него тепло — это концентрация его лучей. По крайней мере, расчеты, пусть и такие примитивные прикидочные и простые, это подтверждают.

И, кстати, ничто нам не мешает использовать такие простые солнечные коллекторы для зимнего обогрева садового дома. Пусть зимой солнце нас не балует. Но начиная с февраля оно показывается все чаще и чаще. И день уже не так короток. А отдохнувшим от дачных дел за зиму дачникам не терпится открыть новый сезон. Вот тут такой концентрирующий солнечный коллектор был бы как раз кстати. Ничто не мешает установить на участке несколько щитов оклееных фольгой и направить их на дом. Пусть быстрее согреется, когда солнце светит. Только помните об Архимеде.

Концентрирующий параболический солнечный коллектор

Все это крайне неблагоприятно сказывается на перспективах использования солнечной энергии для организации горячего водоснабжения на даче или в загородном доме. Солнечные коллекторы и водонагреватели традиционной конфигурации просто физически неспособны эффективно нагревать воду. Потому что они основаны на принципе непрерывной циркуляции воды из накопительного бака в солнечный коллектор и обратно. И небольшой по площади солнечный коллектор площадью в 1-2 кв. метра не способен быстро нагреть большой объем воды в несколько сот литров. Это легко доказывается простейшими расчетами.

Практически единственным выходом организовать действительно надежное горячее водоснабжение от солнечной энергии служит построение концентрирующего солнечного коллектора с малым объемом воды, нагреваемой в каждую единицу времени. Логика тут достаточно простая.

На каждый квадратный метр поверхности падает примерно 800-1000 Ватт солнечной энергии. Возьмем нижнее значение (с учетом отражения от самого солнечного коллектора, оно, увы не нулевое). Итак, теплотворность нашего «кипятильника» 800 Ватт (или 2900 КДж). Теплоемкость воды равна 4,2 Кдж/кг*град. Теперь вспомним, за какое время электрический чайник в 1,5 КВт мощности доводить те 1,5 литра воды, что в нем помещается, до кипения. За считанные минуты! А если заставить его кипятить бочку воды? Он ее только нагревать будет часа 3-4.

Такая схема значительно снижает требования по мощности собственно нагревателя и в тоже время позволит иметь достаточно большой запас горячей воды в несколько десятков литров.

Причем чем меньше будет емкость нашего нагревателя, тем эффективнее он будет использовать солнечную энергию. Он будет ухитряться выхватывать солнечное тепло даже если оно будет выскакивать всего на несколько минут! Как говорится, с паршивой овцы хоть шерсти клок. А уже если оно будет долгим, такой нагреватель превратится в кипятильник.

Сделать такой малоёмкий солнечный коллектор можно двумя способами. Первый — сделать очень плоский классический коллектор максимально большой площади. Например, толщиной в 1-2-3 см всего и площадью в 1-1,5 кв. метра. Но его емкость будет около 20-40 литров! Особо маленьким его не назвать. И что бы нагреть всю эту воду потребуется как минимум час солнца.

Теперь перейдем к конструкции. Многих пугает слово «параболический» и они думают, что сделать параболический концентратор сложно. На самом деле, сделать параболическое зеркало сможет даже школьник. К тому же концентрирующий коллектор гораздо проще даже в физическом плане. Не надо «заморачиваться» огромной и ломкой плоской «канистрой». Добиваться ее абсолютной герметичности, жесткости, обеспечивать минимальное гидродинамическое сопротивление и т.д. В параболическом солнечном водонагревателе – коллектор — простой плоский готовый металлический профиль или труба! Надо только сделать заглушки на торцы и врезать пару футорок для ввода – вывода воды. Вся остальная арматура и в в том и другом случае будет одинаковая. Само же параболическое зеркало делается из обыкновенной фанеры и оклеивается обычной бытовой фольгой для запекания. Коэффициент ее отражения ИК-лучей составляет 90-95 %!

Как рассчитать параболу.

Существует достаточно простой способ для построения параболы. На листе фанеры мы рисуем прямой угол. Затем, по одной стороне мы наносим отметки через 1 единицу измерения (например через 100 мм, на рисунке – это буквы). А по другой — через 2 единицы (т.е через 200 мм, на рисунке это цифры). Затем соединяем отметки линиями а1, б2, в3 и т.д. Образующиеся пересечения линий и дадут нам искомую параболу. Ее естественно надо сгладить при помощи лекала. И разумеется, это только половинка параболы, которая нам нужна. Вторая — зеркальное отражение.

Ну примерно так.

Вообще говоря, параболическое зеркало имеет не просто фокус, куда направляются все отраженные лучи, а так называемую фокальную плоскость. Потому что если лучи падают на параболическое зеркало не перпендикулярно, то и отражаться они будут не по центру параболы. Поэтому в устройствах с параболическими зеркалами делают гелиотрекеры, которые всегда поворачивают параболическое зеркало строго на солнце либо перемещают коллектор по фокальной плоскости (что на мой взгляд, проще).

Определённым решением в этом случае может служить не горизонтальное, а вертикальное расположение параболического зеркала. Ведь солнце достаточно быстро перемещается по горизонтали, и очень медленно по вертикали. Поэтому, если сделать достаточно вытянутую параболу и расположить коллектор в ее фокальной плоскости, то несколько часов подряд на коллектор будет падать весь объем отраженной солнечной энергии. А регулировку по вертикали придется делать лишь раз в неделю-две, в зависимости от угла солнца над горизонтом.

Но конечно, самым эффективным решением будет изготовление гелиотрекера, поворачивающего параболическое зеркало непосредственно на солнце.

Внимание! Если вы будете реализовывать подобный проект, ни в коем случае не пробуйте температуру в зоне коллектора рукой, «на ощупь». Температура в зоне нагрева достигает 200-300 градусов! Это все равно, что пробовать на ощупь спираль электроплитки. Во время моих экспериментов деревяшка, внесенная в зону нагрева бесшумно вспыхивала практически мгновенно. Довольно мистическое зрелище, кстати.

Система следящая за солнцем для параболического концентрирующего солнечного водяного коллектора

Гелиотрекер дословно можно перевести как «отслеживатель пути солнца». На самом деле его задача не отслеживать путь солнца, быть постоянно направленным на солнце. Это весьма важно для концентрирующего коллектора, что бы обеспечить максимальную эффективность его работы.

Несмотря на несколько пугающее название, гелиотрекер не представляет из себя ничего особо сложного. Он состоит из фотоприемника, контроллера, обрабатывающего сигнал с фотоприемника и исполнительного механизма в виде 2-х двигателей с трансмиссией, поворачивающих собственно гелиоколлектор и укрепленный на нем фотоприемник.

Рассмотрим каждую из составляющих частей гелиотрекера.

Фотоприемник представляет собой небольшую плату с укрепленными на ней 4-мя фотодатчиками (фоторезисторами или фотодиодами). Все фотодатчики приспособлены воспринимать солнечный свет без выхода из строя (защищены светофильтрами). Кроме того, они все разделены между собой крестообразной перегородкой. При ориентации на солнце освещены все четыре фотодатчика. Солнце в процессе своего движения по небосводу изменит освещенность фотоприемника и 2 или 3 фотодатчика окажутся в тени. Что немедленно отследит схема управления.

Схема управления или контроллер может быть реализован в любом варианте. От дискретных элементов до программируемых микроконтроллеров. Главное что бы он обрабатывал алгоритм работы солнечного коллектора на основе данных фотоприемника.

Всего положений фотоприемника может быть 9, соответственно и команд тоже 9. На рисунке каждый фотодатчик обозначен буквой (вид со стороны солнца). Все возможные варианты освещения датчиков можно свести в такую таблицу. «1» означает что датчик освещен, «0» — что датчик в тени перегородки, команда для двигателя расположенного сзади коллектора.

В качестве исполнительного устройства лучше всего подойдут либо шаговые двигатели, не требующие никакой электроэнергии для удержания занятого положения, либо актуаторы. Актуатор это своеобразный электрический домкрат, в котором вращательное движение двигателя превращается в поступательное движение штока с одновременным увеличением усилия в сотни раз. Такие двигатели – актуаторы применяют для позиционирование параболических тарелок спутникового телевидения.

Вообще говоря, гелиотрекер можно очень сильно упростить, если принять во внимание такое допущение. Солнце совершает за сутки оборот по небосводу на 360 градусов. А вот угол наклона меняет очень и очень медленно. Если исключить из гелиотрекера вертикальную «составляющую», переведя ее на «ручное управление», то можно оставить только 2 фотодатчика. В самом деле, не составит большого труда раз в 2 недели подойти к солнечному коллектору и изменить его угол наклона соответственно нынешнему положению солнца и даже с небольшим упреждением.

А вот горизонтальное перемещение в плоскости движения солнца по небосводу придется отслеживать, но таблица получается очень простой. Соответственно простым получится и контроллер. Это будет всего пара простейших фотореле с незамысловатой коммутацией исполнительного механизма, в качестве которого может служить всего один актуатор.

Если оба датчика не освещены, то концентрирующий солнечный коллектор разворачивается на восток в ожидании восхода солнца. Если же затемнение датчиков произошло в результате непогоды, то при появлении солнца он тут же развернется на него, если солнце появилось не слишком поздно по времени.

Сектор поворота солнечного коллектора вряд ли стоит делать больше 150-180 градусов. Солнце на краях этого сектора стоит над горизонтом достаточно низко и его лучи несут уже не много тепловой энергии.

Сделав концентрический параболический солнечный коллектор оснащенный гелиотрекером можно реально получить ощутимый выигрыш в использовании солнечной энергии для обеспечения загородного дома горячей водой.

Автор: Константин Тимошенко Источник: http://delaysam.ru/

© «Энциклопедия Технологий и Методик» Патлах В.В. 1993-2007 гг.

patlah.ru

Солнечный параболический коллектор

Солнечный параболический коллектор СПК-2,СПК-4,СПК-12,СПК-15 для нагрева воды или воздуха со следящей системой — самый мощный и перспективный из всех видов солнечных коллекторов. Сложность и дороговизна производства были препятствием для массового использования. Сегодня эти трудности решены. Коллектор СПК-2 с 2-х метровым зеркалом стоит столько же, сколько плоский коллектор 2м, а производит в 2 раза больше горячей воды или воздуха.

Сравнительная характеристика

  • СПК-2 вес 15кг.;
  • работает 12 месяцев;
  • горячая вода достаточная;
  • мощность 12 квт/час;
  • продолжительность 20 лет.
  • Вариант предлагаемый конкурентами:

  • плоский (2) вес 100-140кг.;
  • работает 6 месяцев в году;
  • для семьи 5 человек;
  • продолжительность 1 год — 100% 2 год — 50% 3 год — 25%

    4 год начинает течь.

Плоский коллектор работает как фильтр и собирает в себя всю грязь и жизнь его коротка. СПК 2, 4,12,15 — обеспечивают горячей водой 70-80 градусов в течении года при наличие 2-3 часов солнца. СПК 12-15 годится для гостиниц заводов и предприятий, имеют зеркала огромной площади. СПК всегда следует за солнцем и имеет дополнительный перехватывающий сенсор. Энергетически автономен, имеет солнечный модуль, батарею 6 вольт, можно выпрямитель на 6-12 вольт DC.

www.szemr.ru

Концентрирующий параболический солнечный коллектор. Горячее водоснабжение на даче и в доме.

Климат средней полосы России не балует ее жителей обилием прямого солнечного света. Абсолютно ясных солнечных дней в течении года бывает немного. В основном же как правило переменная облачность, когда солнце появляется на десяток – другой минут, а затем на это же время прячется за облаками и интенсивность солнечной тепловой энергии резко падает.

С другой стороны, нам не нужна целая бочка горячей воды и сразу. Нам в каждую минуту времени надо 2-3 литра всего. Умыться, посуду помыть… И напрашивается следующая схема нагревания воды. Относительно маломощным «чайником» мы быстро нагреваем 1-2 литра воды и сливаем ее в термос. Затем нагреваем следующую порцию и снова сливаем в термос и так далее. А для своих нужд мы используем ее из термоса. Т.е. делаем проточный водонагреватель с накоплением результата его работы. Такой он будет проточно-накопительный.

Посудите сами, даже в течении 10-15 минут, когда светит солнце, мы получим около 200 Ватт-часов энергии от солнца. Это эквивалентно 720 КДж. Что позволит нагреть до 50-60 градусов примерно 4-5 литров воды (почти полведра, межлу прочим). В следующий «выход» солнца — еще 5 литров, потом еще. И так далее в течении всего дня.

Второй вариант — сделать концентрирующий параболический солнечный коллектор примерно такой же площади и с емкостью 2-3 литра! Тогда вода в нем будет нагреваться всего за 5-8 минут! Всего полчаса солнца — и у нас целое ведро достаточно горячей воды! Более того, концентрирующий коллектор способен собирать и рассеянную солнечную энергию, когда лучи рассеиваются дымкой и облаками.

Как рассчитать параболу.

Теперь, как может выглядеть концентрический параболический солнечный водонагреватель.

Вода в коллектор – нагреватель поступает под небольшим давлением из напорного бака. А на выходе коллектора установлен клапан – термостат. Аналогичный по действию тому, что устанавливается в контурах охлаждения автомобилей. Т.е. он открывается тогда, когда вода нагревается до определенной температуры. Когда порция воды, находящаяся в коллекторе нагреется, термостат открывается и вода сливается в баки термосы. Как только вся горячая вода сольется и начнет идти прохладная вода, то термостат тут же закроется и коллектор начнет греть следующую порцию.

Что бы зря не пропадало место позади параболического зеркала, баки – термосы установлены в свободных нишах и тщательно теплоизолированы. Хотя, как понимаете, это всего лишь вариант их расположения. Их можно установить в любом удобном месте, но важно тщательно утеплить трубу, ведущую к ним от коллектора.

В садово-дачных условиях это, к сожалению, серьезно усложняет конструкцию концентрирующего солнечного коллектора. Либо придется ставить какую то автоматику, либо самом периодически, вручную, разворачивать параболическое зеркало строго на солнце.

Внимание! Если вы будете реализовывать подобный проект, ни в коем случае не пробуйте температуру в зоне коллектора рукой, «на ощупь». Температура в зоне нагрева достигает 200-300 градусов! Это все равно, что пробовать на ощупь спираль электроплитки. Во время моих экспериментов деревяшка, внесенная в зону нагрева бесшумно вспыхивала практически мгновенно. Довольно мистическое зрелище, кстати.

Задать свои вопросы и обсудить конструкцию вы можете на Форуме сайта.

www.delaysam.ru

lubnitsa.ru


Смотрите также