Як зробити сонячний концентратор своїми руками (наприклад, параболічний)

Проблема використання сонячної енергії з давніх часів займала кращі уми людства. Було зрозуміло, що Сонце - це потужне джерело дармовий енергії, але як цю енергію використовувати, не розумів ніхто. Якщо вірити античним письменникам Плутархом і Полібію, то першою людиною, практично використав сонячну енергію, був Архімед, який за допомогою винайдених їм деяких оптичних пристроїв зумів зібрати сонячні промені в потужний пучок і спалити римський флот.

По суті, пристрій, винайдене великим греком, представляло собою перший концентратор сонячного випромінювання, який зібрав сонячні промені в один енергетичний пучок. І в фокусі цього концентратора температура могла досягати 300 ° С - 400 ° С, що цілком достатньо для того, щоб запалити дерев'яні суду римського флоту. Можна тільки здогадуватися, який саме пристрій винайшов Архімед, хоча, за сучасними уявленнями, варіантів у нього було всього два.

Уже сама назва пристрою - сонячний концентратор - говорить сама за себе. Цей прилад приймає сонячні промені і збирає їх в єдиний енергетичний пучок. Найпростіший концентратор всім знаком з дитинства. Це звичайна двоопуклої лінзи, якій можна було випалювати різні фігурки, написи, навіть цілі картинки, коли сонячні промені збиралися такий лінзою в маленьку точку на дерев'яній дошці, аркуші паперу.

Ця лінза відноситься до так званих рефракторним концентраторів. Крім опуклих лінз до цього класу концентраторів відносяться також лінзи Френеля, призми. Довгофокусні концентратори, побудовані на основі лінійних лінз Френеля, незважаючи на свою дешевизну, практично використовуються дуже мало, так як мають більші розміри. Їх застосування виправдане там, де габарити концентратора не є критичними.

Рефракторний сонячний концентратор

Цього недоліку позбавлений призменний концентратор сонячного випромінювання. Більш того, такий пристрій здатне концентрувати також і частина дифузного випромінювання, що значно підвищує потужність світлового пучка. Тригранна призма, на основі якої побудований такий концентратор, є і приймачем випромінювання і джерелом енергетичного пучка. При цьому передня грань призми приймає випромінювання, задня грань - відображає, а з бічної грані вже виходить випромінювання. В основу роботи такого пристрою закладено принцип повного внутрішнього відображення променів до того, як вони потраплять на бічну грань призми.

На відміну від рефракторних, рефлекторні концентратори працюють за принципом збору в енергетичний пучок відображеного сонячного світла. За своєю конструкцією вони поділяються на плоскі, параболічні і Параболоциліндричні концентратори. Якщо говорити про ефективність кожного з цих типів, то найвищий ступінь концентрації - до 10000 - дають параболічні концентратори. Але для побудови систем сонячного теплопостачання використовуються в основному плоскі або Параболоциліндричні системи.

Параболічні (рефлекторні) сонячні концентратори

Практичне застосування сонячних концентраторів

Власне, основне завдання будь-якого сонячного концентратора - зібрати випромінювання сонця в єдиний енергетичний пучок. А вже скористатися цією енергією можна різними шляхами. Можна дармовий енергією нагрівати воду, причому, кількість нагрітої води буде визначатися розмірами і конструкцією концентратора. Невеликі параболічні пристрою можна використовувати в якості сонячної печі для приготування їжі.

Параболічний концентратор як сонячної печі

Можна використовувати їх для додаткового освітлення сонячних батарей, щоб підвищити вихідну потужність. А можна використовувати в якості зовнішнього джерела тепла для двигунів Стірлінга. Параболічний концентратор забезпечує в фокусі температуру близько 300 ° С - 400 ° С. Якщо у фокусі такого порівняно невеликого дзеркала помістити, наприклад, підставку для чайника, сковороди, то вийде сонячна піч, на якій дуже швидко можна приготувати їжу, закип'ятити воду. Поміщений в фокусі нагрівач з теплоносієм дозволить досить швидко нагрівати навіть проточну воду, яку потім можна використовувати в господарських цілях, наприклад, для душа, миття посуду.

Найпростіша схем нагріву води сонячним концентратором

Якщо у фокусі параболічного дзеркала помістити відповідний по потужності двигун Стірлінга, то можна отримати невелику теплову електростанцію. Наприклад, фірма Qnergy розробила і пустила в серію двигуни Стірлінга QB-3500, які призначені для роботи з сонячними концентраторами. По суті, правильніше було б їх назвати генераторами електричного струму на базі двигунів Стірлінга. Цей агрегат виробляє електричний струм потужність 3500 ват. На виході інвертора - стандартна напруга 220 вольт 50 герц. Цього цілком достатньо, щоб забезпечити електрикою будинок для сім'ї з 4 осіб, дачу.

До речі, використовуючи принцип роботи двигунів Стірлінга, багато умільці своїми руками роблять пристрої, в яких використовується обертальний або зворотно-поступальний рух. Наприклад, водяні насоси для дачі.

Основний недолік параболічного концентратора полягає в тому, що він повинен бути постійно орієнтований на сонці. У промислових гелієвих установках застосовуються спеціальні системи спостереження, які повертають дзеркала або Рефрактори слідом за рухом сонця, забезпечуючи тим самим прийом і концентрацію максимальної кількості сонячної енергії. Для індивідуального використання навряд чи буде доцільним застосовувати подібні стежать пристрої, так як їх вартість може значно перевищувати вартість простого рефлектора на звичайній тринозі.

Як зробити самому сонячний концентратор

Найпростіший спосіб для виготовлення саморобного сонячного концентратора - це використовувати стару тарілку від супутникової антени. Спочатку потрібно визначитися, для яких цілей буде використовуватися цей концентратор, а потім, виходячи з цього, вибрати місце установки і підготувати відповідним чином основу і кріплення. Ретельно вимити антену, висушити, на приймальню бік тарілки наклеїти дзеркальну плівку.

Для того, щоб плівка лягла рівно, без зморшок і складок, її слід розрізати на смужки шириною не більше 3 - 5 сантиметрів. Якщо передбачається використовувати концентратор як сонячної печі, то рекомендується в центрі тарілки вирізати отвір діаметром приблизно в 5 - 7 сантиметрів. Через цей отвір буде пропущений кронштейн з підставкою для посуду (конфоркою). Це забезпечить нерухомість ємності з приготовляемой їжею при повороті рефлектора на сонці.

Якщо тарілка невеликого діаметру, то рекомендується ще і смужки розрізати на шматочки довжиною приблизно по 10 см. Наклеювати кожен шматочок окремо, ретельно підганяючи стики. Коли відбивач буде готовий, його слід встановити на опору. Після цього потрібно буде визначити точку фокусу, так як точка оптичного фокуса у тарілки супутникової антени не завжди збігається з позицією приймальні головки.

Саморобний сонячний концентратор - піч

Щоб визначити точку фокусу, необхідно озброїтися темними окулярами, дерев'яною дощечкою і товстими рукавичками. Потім потрібно направити дзеркало прямо на сонце, зловити на дощечку сонячний зайчик і, наближаючи або видаляючи дощечку щодо дзеркала, знайти точку, де цей зайчик матиме мінімальні розміри - невелику точку. Рукавички потрібні для того, щоб уберегти руки від опіку, якщо вони випадково потраплять в зону дії променя. Ну, а коли точка фокусу буде знайдена, її залишиться тільки зафіксувати і монтувати необхідне обладнання.

Варіантів самостійного виготовлення сонячних концентратором існує безліч. Точно так же самому з підручних матеріалів можна змайструвати і двигун Стірлінга. А вже використовувати цей двигун можна для самих різних цілей. На скільки вистачить фантазії, бажання і терпіння.

що-б отримати точку фокусу тарілки не треба ризикувати здоров'ям, направляючи її на сонці, не будьте ідіотами. Досить в тіні або в приміщенні направити на тарілку промінь фанаріком або лампи і спокійно визначити точку аркушем паперу нічим не ризикуючи (пхати при цьому голову в зону передбачуваного фокусу і дивитися в бік тарілки все одно небезпечно -можна зору позбутися).