сонячний концентратор
Ще з часів початку нашого тисячоліття, можливість і способи використання енергії сонячних променів турбували найвидатніші уми людства. Вже тоді люди прекрасно розуміли, що небесне світило по имени Солнце, є джерелом випромінювання невичерпної енергії. Однак як «приручити» і використовувати його в своїх інтересах в той далекий часом не з'ясував ніхто. Згідно що дійшли до наших днів джерелами, письменники часів античності Плутарх і Полібій, вказали, що людиною, яка першою власноруч написав креслення і зібрав працююче винахід, був Архімед.
Це був пристрій, яке за допомогою деяких пристосувань на основі оптики концентрувало випромінювання сонячної радіації в один потужний потік. Згодом винахід було застосовано для знищення імперського флоту римлян, який прибув з загарбницькими цілями.
За своєю суттю, винахід мудрого грецького інженера, яке він зібрав своїми руками - це перший створений на планеті Земля параболічний концентратор на основі сонячної енергії, принцип дії якого полягав у концентрації випромінювання в одному невеликому пучку.
В районі впливу такого пучка рівень температури міг досягати від 300 до 400 градусів Цельсія. Такий енергії, сконцентрованої на корпусі будь-якого з кораблів римського військового флоту (який на той час повністю складався з дерева), було б достатньо для займання морського судна. Сьогодні можна тільки робити припущення щодо того, яке конкретно винахід дав світові Архімед, але виходячи з сучасних знань і уявлень про технології та досягнення в даній галузі енергетики, було тільки два можливих варіанти.
Почнемо з того, що сама назва, яке отримало винахід - це сонячний концентратор, таку назву говорить за себе само.
Лінза, опукла з обох сторін - це приклад найпростішого концентратора
Це пристрій, який шляхом уловлювання сонячного випромінювання певним вигином поверхні концентрує промені в одній точці, домагаючись кратних показників збільшення енергії. Всі ми пам'ятаємо зі свого юного минулого звичайну лінзу, опуклу по обидва боки - це приклад найпростішого концентратора. У сонячну погоду, регулюючи своїми руками кут падіння випромінювання сонця, можна було випалити на дерев'яній поверхні або на папері все, що приходило в голову, будь-яку фігуру або напис.
Лінза Френеля розміром приблизно з альбомний аркуш
Такий недолік відсутній у призменного концентратора сонячного випромінювання. Крім того, це обладнання може частково концентрувати і частина дифузійного випромінювання, тим самим значною мірою збільшуючи потужність створюваного енергетичного променевого потоку. Тригранна призма, із застосуванням якої будується даний механізм, одночасно здійснює функції і ініціатора випромінювання точки концентрації променя, і прийому цього випромінювання. На додаток до всього задня грань багатогранника відображає потік енергії прийнятого передньою гранню сонячного випромінювання, а бічна грань відповідає за видачу випромінювання. В принципі роботи цього обладнання закладений механізм максимального відображає впливу на сонячні промені до моменту їх потрапляння на бічну грань.
Рефлекторний сонячний концентратор solar в порівнянні з рефракторная функціонує шляхом об'єднання енергії пучка відбитої сонячної радіації. Виходячи з форми конструкції, такі концентратори діляться на підвиди і називаються Параболоциліндричні і параболічними. Якщо розбиратися в показниках коефіцієнта корисної дії цих пристроїв, то найпотужнішим джерелом енергії буде параболічний концентратор, він видає до 10 тисяч одиниць концентрації.
Параболічний концентратор видає до 10 тисяч одиниць концентрації
Однак для створення енергетичних сонячних систем теплопостачання (особливо для опалення взимку) більшою мірою вдаються до установки Параболоциліндричні або плоских пристроїв, до того ж таку систему легко монтувати і своїми руками.
Сонячні концентратори їх практичне використання і застосування
В принципі, головна функція сонячних концентраторів будь-якої конструкції - це збір надходить від сонця випромінювання і його зосередження в одній точці. Визначити область застосування даної енергії - вибір господаря цього обладнання. Використовуючи абсолютно безкоштовну та відновлювану енергію, можна розігрівати воду для господарських потреб і потреб гігієни. Кількість води, що нагрівається буде залежати тільки від розмірів тарілки і загальної конструкції концентратора. Параболічні концентратори невеликих розмірів можуть бути використані в якості печі для приготування продуктів, яка буде працювати виключно на сконцентрованої сонячної радіації.
Взимку концентратори можна застосувати в якості додаткового джерела сонячного світла для фотоелектричних сонячних батарей, тим самим підвищуючи їх вихідну потужність в умовах нестачі сонячного випромінювання.
Параболічні концентратори можуть бути використані в якості печі для приготування продуктів
Насправді застосування в цілях підвищення ефективності кристалічних батарей - досить непогана ідея, з огляду на невисоку вартість концентраторів. Тим більше що патент на таку конструкцію вам не знадобиться. Вийде своєрідна система електропостачання homemade solar.
Можливо також застосування пристрою як автономного джерела енергії для двигуна Стірлінга (патент на такий двигун його винахідником був отриманий вже дуже давно). Концентратори групи параболічних створюють в точці збору сонячних променів температуру в діапазоні від 300 до 400 ° C.
Якщо в область концентрації променів, що йдуть від порівняно невеликої тарілки, поставити металеву підставку для посуду і помістити на неї чайник, без проблем можна закип'ятити воду без використання електрики. Розмістивши нагрівач в точці концентрації енергії, ви досить швидко розігрієте і проточну воду в досить великих обсягах для подальшого використання в господарських потребах. Чи зможете полити город, помити посуд, прийняти душ.
Розмістивши в фокусі променя правильно підібраний по потужності двигун Стірлінга, ви отримаєте невелику теплову та електричну станцію.
Двигуни Стірлінга створені для того, щоб працювати в парі з сонячним концентратором
Наприклад, одна компанія під назвою Qnergy розробила і зареєструвала патент, запустивши в серійне виробництво двигуни Стірлінга QB-3500, які створені спеціально для того, щоб працювати в парі з сонячним концентратором solar reflector. За своєю суттю такий пристрій можна вважати генератором електричного струму, де основну функцію виконує двигун Стірлінга. Відзначимо, що така система також вимагає наявності акумуляторних батарей для накопичення отриманої енергії. Така електростанція здійснює вироблення електричного струму потужністю 3500 Вт. Інвертор на виході видає стандартну напругу в 220 вольт, частотою 50 Гц. Такої потужності електричного струму вам вистачить для повного забезпечення потреб будинку, в якому проживає сім'я з чотирьох чоловік. Ефективне застосування подібних батарей і для дачного будинку. Встановлений на вашій ділянці концентратор матиме зовнішній вигляд супутникової антени, не порушуючи зовнішню естетику.
До речі, одним з виробників був зареєстрований патент пристрої, де, застосовуючи принцип роботи двигуна Стірлінга, можна створити систему, яка в своїй основі буде експлуатувати поступально-зворотний або обертальний рух (не вимагає установки акумуляторних батарей). Як приклад такої системи можна привести водяний насос для колодязя або інших цілей.
Параболічний концентратор потрібно систематично повертати за променями сонця в міру обертання землі протягом доби
Головний недолік, яким володіє параболічний концентратор - це те, що за ним треба систематично стежити, повертаючи його за променями сонця в міру обертання землі протягом доби. Там, де концентратори застосовуються на великих теплових станціях в промислових масштабах, до групи батарей додатково монтують спеціальні системи спостереження за рухом сонця. Такі системи повертають дзеркала слідом за його переміщенням. Тим самим гарантується постійний і ефективний прийом надходить сонячної радіації під найефективнішим кутом. Але застосування такого обладнання в приватному порядку, швидше за все, буде не дуже доцільним, з огляду на те, що витрати на придбання будуть значно більшими, ніж вартість стандартного рефлектора на треножном кріпленні.
Як зробити концентратор сонячного випромінювання самому?
Для вивчення даного питання можна звернутися до досвіду винахідника з Кременчука Юрія Рилова, що має патент на створену ним опалювальну систему. Вже протягом довгого часу його великий заміський будинок, загальна площа якого становить понад 400 квадратних метрів, повністю обігрівається на основі системи батарей, де теплоносій нагрівається сонячним концентратором.
Концентратор Юрія Рилова працює більш ніж в два рази ефективніше сонячних батарей
Всю систему, на яку він в результаті отримав патент, умілець розробив сам. Його концентратор працює більш ніж в два рази ефективніше сонячних батарей.
Для цього є ряд причин, одна з них - це система концентраторів, на яку винахідник отримав патент, вона акумулює енергію практично усього вступника спектра сонячної радіації. Наступна причина в тому, що система була доповнена механізмом стеження за сонцем (враховуючи область застосування обладнання в даному випадку, це може бути виправданим).
Однак з впровадженням системи в масове виробництво виникли проблеми. Під створений пристрій вже більш ніж п'ять років тому винахідником був отриманий патент Укаїни, але до теперішнього часу воно не отримало широкого промислового поширення. Це досить дивно, так як зі слів Рилова, його концентратор дозволяє обігрівати під'їзд будинку в п'ять поверхів, забезпечуючи його гарячою водою. За вісім годин роботи обладнання розігріває кубометр води. За цей же час концентратор видасть 80 кВт електроенергії. На додаток винахідник зіткнувся з проблемою захисту інтелектуальної власності на терріторііУкаіни. Займатися закріпленням права власності на свій пристрій в тих країнах, де можливо налагодити таке виробництво, треба самостійно, чиновники не допомагають отримати патент за кордоном.
Найлегший спосіб для збірки власного саморобного концентратора - це зробити його на основі старої супутникової тарілки
Отже, найлегший спосіб для збірки власного саморобного концентратора - це зробити його на основі старої супутникової тарілки. До початку збирання механізму визначитеся з цілями його застосування, після чого виберіть місце установки концентратора. Гарненько вичистіть антену і на робочу сторону прикріпіть відображає плівку.
Для рівною укладання плівки і щоб уникнути можливої появи складок, розріжте плівку на смужки, розміром не більше п'ятдесяти міліметрів. Якщо ви надумали застосовувати концентратор в ролі печі, що використовує сонячне випромінювання, буде краще, коли в центральній частині тарілки ви зробите отвір близько 70 міліметрів діаметром. Через нього пропустіть кріплення ємності з їжею. Пристосування гарантує фіксоване положення тари з розігріваються об'єктом під час розворотів пристрою за сонцем.
Якщо у вашому розпорядженні тільки тарілка з малим діаметром, тут варто нарізати стрічку смужками по 100 міліметрів. Кожну смужку необхідно клеїти окремо, уважно і акуратно вирівнюючи стики.
Саморобний сонячний концентратор, поверхня якого вкрита шматочками відбиває срібною плівки
Коли ви закінчите обклеювання відображає елементу, визначте, де знаходиться точка концентрації променів. Це треба зробити тому, що форма тарілки часто не гарантує збігу точки фокуса і місця розташування головки прийому сигналу.
Саморобна піч концентратор на сонячному випромінюванні
Для початку варто виявити місце концентрації, для цього одягніть сонцезахисні окуляри. Візьміть дерев'яну дошку і щільні рукавиці. Направте відбивач в сторону сонця і сфокусуйте спіймані промені на дошці, далі регулюйте відстань поки не отримаєте максимально ефективний, концентрований пучок енергії, робіть це до тих пір, поки не отримаєте його найменший розмір. Одягнені вами рукавиці захистять шкіру рук від сонячного опіку, якщо ви випадково підставите руки в зону фокусу променів. Після того як ви визначите точку концентрації, вам залишиться тільки зафіксувати конструкцію і закінчити її монтаж в оптимальне місце. Як кажуть в колах винахідників: «Залишається тільки отримати патент». Користуйтеся результатами своєї праці, отримуючи невичерпне і безкоштовне джерело енергії.
Двигун Стірлінга можна зібрати, використовуючи підручні, поширені матеріали
Існує безліч варіантів виготовлення концентраторів на основі сонячного випромінювання. Таким же чином ви зможете самі, використовуючи підручні, поширені матеріали, зібрати двигун Стірлінга (це дійсно можливо, хоч, на перший погляд, і здається недосяжним), а вже використовувати можливості цього двигуна для самих різних цілей ви зможете протягом тривалого часу. Всі обмеження залежать тільки від вашого терпіння і наявності фантазії.