Солнечный тепловой концентратор. Солнечная энергетика.
Альтернативная энергетика интересует все большее количество великих умов. Я – не исключение. 🙂
Все началось с простого вопроса: “А можно ли бесколлекторный двигатель превратить в генератор?”
-Можно. А зачем?
-Сделать ветрогенератор.
Ветряк для выработки электроэнергии – не совсем удобное решение. Переменная сила ветра, зарядные устройства, аккумуляторы, инверторы, много не копеечного оборудования. В упрощенной схеме ветряк на «отлично» справляется с подогревом воды. Ибо нагрузка – тен, а он абсолютно не требователен к параметрам подаваемой на него электроэнергии. Можно избавиться от сложной дорогой электроники. Но расчеты показали значительные затраты на конструкцию, чтобы раскрутить генератор 500 Ватт.
Мощность, которую несет в себе ветер, рассчитывается по формуле P=0,6*S*V3, где:
P – мощность, Ватт
S – площадь, м2
V – скорость ветра, м/с
Ветер, дующий на 1 м2 со скоростью 2 м/с «несет» в себе энергию 4,8 Ватт. Если скорость ветра увеличится до 10 м/с, то мощность возрастет до 600 Ватт. У самых лучших ветрогенераторов КПД 40-45%. С учетом этого для генератора мощностью 500 Ватт при ветре, скажем 5 м/с. Потребуется площадь, ометаемая винтом ветрогенератора, около 12 кв.м. Что соответствует винту диаметром почти 4 метра! Много денег – мало толку. Добавить сюда необходимость получения разрешения (ограничение по шумности). Кстати, в некоторых странах установку ветряка нужно согласовывать даже с орнитологами.
Но тут я вспомнили о Солнышке! Оно нам дарит очень много энергии. Об этом я впервые задумался после полета над замерзшим водохранилищем. Когда увидел массу льда толщиной более метра и размерами 15 на 50 километров, я подумал: “Это же сколько льда! Сколько его надо греть, чтобы расплавить!?” И все это сделает Солнце за полтора десятка дней. В справочниках можно найти плотность энергии, которая достигает поверхности земли. Цифра около 1 киловатт на метр квадратный звучит заманчиво. Но это на экваторе в ясный день. Насколько реально утилизировать солнечную энергию для хозяйственных нужд в наших широтах (центральная часть Украины), используя доступные материалы?
Какую реальную мощность, с учетом всех потерь, можно получить с оного квадратного метра?
Для выяснения этого вопроса я сделал первый параболический тепловой концентратор из картона (фокус в чаше параболы). Выкройку из секторов оклеил обычной пищевой фольгой. Понятно, что качество поверхности, да и отражающие способности фольги, очень далеки от идеала.
Но задача стояла именно “колхозными” методами нагреть определенный объем воды, чтобы выяснить какую мощность можно получить с учетом всех потерь. Выкройку можно рассчитать с помощью файла Exel ParabAnt-v2.rar который я нашел на просторах интернета у любителей самостоятельно строить параболические антенны.
Зная объем воды, её теплоемкость, начальную и конечную температуру можно рассчитать количество тепла, затраченного на ее нагрев. А, зная время нагрева, можно вычислить мощность. Зная габариты концентратора, можно определить какую практическую мощность можно получить с одного квадратного метра поверхности, на которую падает солнечный свет.
В качестве объема для воды была взята половинка алюминиевой банки, выкрашенная снаружи в черный цвет.
Емкость с водой помещается в фокус параболического солнечного концентратора. Солнечный концентратор ориентируется на Солнце.
Эксперимент №1
проводился около 7 часов утра в конце мая. Утро – далеко не идеальное время, но как раз утром в окно моей “лаборатории” светит Солнце.
При диаметре параболы 0.31 м расчеты показали, что была получена мощность порядка 13,3 Ватт. Т.е. как минимум 177 Ватт/м.кв. Тут следует отметить, что круглая открытая банка далеко не самый лучший вариант для получения хорошего результата. Часть энергии уходит на нагрев самой банки, часть излучается в окружающую среду, в том числе уносится потоками воздуха. В общем, даже в таких далеких от идеала условиях можно хоть что-то получить.
Эксперимент №2
Для второго эксперимента была сделана парабола диаметром 0.6 м. В качестве ее зеркала использовался металлизированный скотч, купленный в строительном магазине. Его отражающие качества незначительно лучше алюминиевой пищевой фольги.
Парабола имела большее фокусное расстояние (фокус за пределами чаши параболы).
Это дало возможность спроецировать лучи на одну поверхность нагревателя и получать в фокусе большую температуру. Парабола без труда прожигает лист бумаги за несколько секунд. Эксперимент проводился около 7 часов утра в начале июня. По результатам эксперимента с тем же объемом воды и той же тарой получил мощность 28 Ватт., что соответствует примерно 102 Ватт/м.кв. Это меньше, чем в первом эксперименте. Это объясняется тем, что солнечные лучи от параболы ложилось на круглую поверхность банки не везде оптимально. Часть лучей проходили мимо, часть падали по касательной. Банка охлаждалась свежим утренним ветерком с одной стороны, в то время как подогревалась с другой. В первом эксперименте за счет того, что фокус был внутри чаши, банка прогревалась со всех сторон.
Эксперимент №3
Поняв, что достойный результат можно получить, сделав правильный теплоприемник, была изготовлена следующая конструкция: банка из жести внутри выкрашена в черный цвет имеет патрубки для подвода и отвода воды. Герметично закрыта прозрачным двойным стеклом. Термоизолирована.
Общая схема такова:
Нагрев происходит следующим образом: лучи от солнечного концентратора (1) через стекло проникают внутрь банки теплоприемника (2), где, попадая на черную поверхность, нагревают ее. Вода, соприкасаясь с поверхностью банки, поглощает тепло. Стекло плохо пропускает инфракрасное (тепловое) излучение, поэтому потери на излучение тепла минимизированы. Поскольку со временем стекло прогревается теплой водой, и начинает излучать тепло, было применено двойное остекление. Идеальный вариант, если между стеклами будет вакуум, но это труднодостижимая задача в домашних условиях. С обратной стороны банка теплоизолирована пенопластом, что также ограничивает излучение тепловой энергии в окружающую среду.
Теплоприемник (2) с помощью трубок (4,5) подключается к бачку (3) (в моем случае пластиковая бутылка). Дно бачка находится на 0.3м выше нагревателя. Такая конструкция обеспечивает конвекцию (самоциркуляцию) воды в системе.
В идеале расширительный бак и трубки должны быть тоже термоизолированы. Эксперимент проводился около 7 часов утра в середине июня. Результаты эксперимента таковы: Мощность 96.8 Ватт, что соответствует примерно 342 Ватт/м.кв.
Т.е. эффективность системы улучшилась более, чем в 3 раза только за счет оптимизации конструкции теплоприемника!
При проведении экспериментов 1,2,3 нацеливание параболы на солнце делалось вручную, «наглазок». Парабола и нагревательные элементы удерживались руками. Т.е. нагреватель не всегда был в фокусе параболы, поскольку руки человека устают и начинают искать более удобное положение, которое не всегда правильное с технической точки зрения.
Как вы могли заметить, с моей стороны были приложены усилия для обеспечения отвратительных условий для проведения эксперимента. Далеко не идеальные условия, а именно:
– не идеальная поверхность концентраторов
– не идеальные отражающие свойства поверхностей концентраторов
– не идеальное ориентирование на солнце
– не идеальное положение нагревателя
– не идеальное время для эксперимента (утро)
не смогли помешать получить вполне приемлемый результат для установки из подручных материалов.
Эксперимент №4
Далее нагревательный элемент был закреплен неподвижно относительно солнечного концентратора. Это позволило поднять мощность до 118 Ватт, что соответствует примерно 419 Ватт/м.кв. И это в утренние часы! С 7 до 8 утра!
Существуют и другие методы нагрева воды, с помощью Солнечных коллекторов. Коллекторы с вакуумными трубками дороги, а плоские имеют большие температурные потери в холодное время года. Применение солнечных концентраторов может решить эти проблемы, однако требует реализации механизма ориентирования на Солнце. В каждом способе есть как преимущества, так и недостатки.
Один из вопросов, который нужно решить на пути практического применения солнечных концентраторов – это снижение его парусности. Т.е. концентратор должен противостоять ветровым нагрузкам. Для снижения парусности можно использовать концентраторы, собранные из отдельных сегментов. Такие зеркальные концентраторы могут быть довольно плоскими, по сравнению с чашей параболы, а “дырчатая” структура снижает их парусность.
Читайте так же:
См. также
Парабола
Солнечная энергетика
Солнечный коллектор
Применение солнечных тепловых концентраторов:
http://ua.livejournal.com/580303.html
https://www.youtube.com/watch?v=1hPmE3Swtvw
https://www.youtube.com/watch?v=Rbjey5RGx3c
https://www.youtube.com/watch?v=M5OO3vCHRoI
https://www.youtube.com/watch?v=CgZ0N6cg-v4
P.S. Солнечная энергия – это ресурс, который еще долгое время будет оставаться бесплатным для всех жителей планеты. И сейчас каждый желающий может свободно получать ее для своих целей. Без примения дорогостоящих технологий, а используя только доступные любому человеку материалы. Что и подтвердили вышеописанные эксперименты.
Солнечная печь своими руками
Уже наступило лето и совсем скоро яркое солнце будет жарить вовсю! Самое время вспомнить науку и использовать солнечную энергию себе на благо. Одно из таких применений – это солнечная кухня.
Многие развивающиеся страны, уже не одну сотню лет варят каши без огня: первая известная солнечная печь была сделана швейцарцем по имени Хорас де Соссьюр еще в 1767 году (около 250 лет назад)! [на картинке не она]
То есть можно приготовить пищу не сжигая топливо и без электрической энергии, а используя только солнечное излучение.
Для этого нужно сконцентрировать лучи солнца, т.е. собрать их все вместе в одну точку, усилив тем самым их действие во много раз. Эту задачу выполняют так называемые оптические концентраторы, которые представляют из себя вогнутую зеркальную поверхность.
В этой статье мы расскажем о двух конструкциях солнечной печки из легкодоступных материалов, а именно из картона и алюминиевой пищевой фольги.
В основном, в мире, при использовании подобных конструкций, основной упор делается на приготовлении пищи, либо обеззараживания воды без использования огня. Сейчас солнечные кухни используются от жарких пустынь Африки до лесов Канады. В Республике Беларусь такие кухни могут реально работать примерно 5-6 месяцев в году (пока ярко светит солнце).
Модель 1. Солнечная кухня «Параболическая тарелка»
Эта конструкция представляет собой обычное вогнутое зеркало, собирающее лучи в своём фокусе. Совсем необязательно добиваться идеальной геометрии такого зеркала, т.к. в фокусе обычно расположена весьма большая по площади кастрюля.
Особенность таких кухонь является большая температура нагрева «цели». Т.е. её удобно использовать, когда нужно быстро, как на обычной плите, приготовить относительно небольшое количество пищи.
Недостатками такой конструкции являются: необходимость следить за солнцем (приходится поворачивать зеркало примерно раз в полчаса), и возможность получения ожогов глаз и рук при неосторожном обращении.
Несмотря на кажущуюся сложность изготовления отражателя, он также весьма прост и может быть изготовлен из картона и фольги. Пример и последовательность сборки одного из вариантов, показаны на рисунках ниже.
Рисунок 1. Общий вид параболического зеркала печки.
Рисунок 2. Раскройка одного из лепестков. Всего 12 шт.
1) Лепестки из картона вначале соединяют по длинной стороне.
2) Затем соединяют внутреннюю часть полученной тарелки-концентратора в кольцо и обклеивают фольгой изнутри.
3) Стягивают проволокой или веревкой основание.
4) Вот, что получается в результате (вид снаружи и изнутри).
5) Далее делаем подставку для кастрюли.
Для этого проделываем 4 отверстия в нижней части нашей печки. В эти отверстия насквозь вставляем палочки 35 см в длину.
Затем наклеиваем сверху вставленных палочек кусочки картона для дополнительной жесткости. Также неплохо бы закрутить на концах палочек резинку или проволоку, чтобы палочки не выскочили.
Затем прикручиваем еще две палочки изнутри поперек при помощи проволоки. Получилась подставка для кастрюли.
Наша солнечная кухня готова! Можно приступать к тестированию.
Модель 2. Панельная модель солнечной кухни
Вот такую солнечную печку продают в магазине за 86 $.
Мы же расскажем как сделать такую печку самому затратив не более 2 $.
Ниже дана выкройка одной из реальных отработанных конструкций подобных печей. Напомню, в качестве зеркала используется обычный картон с наклеенной на одну его сторону алюминиевой фольгой.
Выкройка зеркала для панельной солнечной печи.
Особенностью данной конструкции, является возможность её складывания в компактный блок размерами, примерно, 33х33 см.
Схема складывания.
А вот как печка выглядит в готовом виде.
Бонус: Подробная видео-инструкция создания солнечной печи
12.05.16г. Школа выживания — Очумелые ручки. СОЛНЕЧНАЯ ПЕЧЬ для приготовления пищи. Солнечный концентратор из фольги
Дешёвый солнечный коллектор-концентратор с вращающимся рефлектором, статья
>Содержание статьи:Микроэкономика и бесплатная солнечная энергия летом.Принцип работы простого солнечного коллектора-концентраторас вращающимся рефлектором.Детали конструкции простого солярного теплового коллектора-концентратора.
Экономичность следящего за солнцем солярного коллектора-нагревателя концентратора
Весной, летом и осенью дневной уголовой ход солнца больше 120 градусов — угла, в котором эффективно работают неподвижные наклонные солнечные коллекторы типа «плоская солнечная панель» и «вакуумные трубки». При безоблачной погоде значительную часть времени светового дня (до 2/3) прямой солнечный свет не попадает на световоспринимающие элементы конструкции. См. схемы, показанные в статье Экономическая эффективность солнечных тепловых панелей в течение летних месяцев.
Если неподвижный наклонный солнечный коллектор установлен не вблизи экватора и предназначен для получения солнечного тепла с весны до осени, и в этот период года наблюдается днём преимущественно ясная погода, то выгоднее использовать солнечный коллектор втечение всего светового дня.
Под экономичностью и дешевизной в данной статье понимается не стоимость установленной генерирующей мощности, а цена выработанной солнечной тепловой энергии. Разница этих понятий принципиальна:
- стоимость установленной мощности ($/KWatt) является потенциальной технико-экономической характеристикой, не отражающей практический экономический результат;
- цена (или себестоемость) полученной солнечной энергии ($/KWh) — энергия: киловатт-часы, мегаджоули, гигакалории — отражает практический финансовый результат, и его можно сравнивать с ценой других энергоисточников — с использованием сетевой электроэнергии, тепловых насосов, ветротурбин, кондиционеров, газа, угля, дров, мазута.
Поворачивающиеся за солнцем конструкции дороже неподвижных, поэтому в предлагаемой конструкции преобразователь солнечного света в тепло неподвижен, а для слежением за солнцем используется подвижный отражатель. Такой способ тем более эффективен, если удельная стоимость площади отражателя значительно ниже удельной стоимости солнечной панели-коллектора. Обычно удельная стоимость неподвижных солярных панелей составляет от 175 до 250 евро за квадратный метр. Стоимость одного квадратного метра подвижных параболических зеркал большой площади заведомо больше указанной удельной стоимости солнечных коллекторов. (См. также обзорную статью Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления дома.)
Поэтому в данной конструкции применён простой отражатель из алюминиевой фольги на не-жёсткой основе. Рефлектор из алюминиевой фольги имеет отражательную способность около 85 процентов, а фокус — очень неточный. Скорее можно говорить о рассеянном отраженном свете, чем о лучах в оптической системе. Но в результате приемник-преобразователь солнечного света «окружается со всех сторон» солнцем (образ из книги Дэвида Джоунса «Изобретения Дедала» — см. Список литературы).
Для эффективной работы солнечного коллектора-концентратора с рефлектором, дающим рассеянный свет, светоприёмник должен быть достаточно большим. Но и отражатель из фольги на мягкой основе стоит очень дёшево — стоимость одного квадратного метра эффективной площади (с которой «собирается» солнечный свет) составляет не более 10 евро, то есть в 17-25 раз дешевле, чем удельная цена серийно-изготавливаемых солнечных коллекторов. (Статья Оптимальная установка для летнего времени трубчатых вакуумных или плоских солнечных коллекторов-нагревателей.) Если принять, что коэффициент полезного действия мягкого зеркала составляет только 2/3, то удельная эффективная стоимость отражателя меньше удельной стоимости солнечной панели в 14 раз. Именно малая стоимость плёночных отражателей или изготовленных из фольги (тонкого металлического листа) позволяет изготавливать дешёвые солнечные коллекторы.
Если сравнивать экономическую эффективность неподвижной наклонной солярной панели и предлагаемой конструкции следящего солнечного коллектора-концентратора для местных условий, когда в период года весна-лето-осень преимущественно ясная погода, то можно ожидать, что себестоимость вырабатываемой тепловой энергии получается ниже (в среднем за период) приблизительно в 20 раз — для случая, когда эффективная площадь отражателя в 3 раза больше площади сечения приёмника энергии.)
>2008
постоянный интернет-адрес этой статьи, часть 1″Дешёвый солнечный коллектор-концентратор с вращающимся рефлектором»http://camru.org/articles/lowcost_solar_collector_concentrator_with_rotated_reflector.html
camru.org
12.05.16г. Школа выживания — Очумелые ручки. СОЛНЕЧНАЯ ПЕЧЬ для приготовления пищи: wod_1958
Как известно, поток тепла, что посылает нам солнце, весьма велик, даже в средней полосе летом он легко достигает одного киловатта на квадратный метр. Киловатт – это примерно, как комфорка электропечки. И грех пропадать без дела такому количеству энергии.В данном обзоре, хочется обратить внимание самодельщиков на то, как с помощью простейших материалов и конструкций можно изготовить реально работающие солнечные печи в которых можно готовить еду, сушить грибы, или, например, получать тепло для работы термогенератора на элементах Пельтье.
В основном, в мире, при использовании подобных конструкций, основной упор делается на приготовлении пищи, либо обеззараживания воды без использования огня. Но что мешает применить всё это и для других целей.
Не стоит также думать, что все подобные конструкции были придуманы для жарких стран и работают только там. Ничего подобного. Первые (упоминаемые) солнечные печи были изобретены Хорасом де Соссьюр, швейцарским натуралистом ещё в 1767 году. Сейчас же солнечные кухни используются от жарких пустынь Африки до лесов Канады. >P> В средней полосе России такие кухни могут реально работать примерно 5…6 месяцев в году, однако, в некоторых районах Сибири, где континентальный климат обеспечивает ясное небо в течение многих дней, до 300 дней в году. Т.е. пока солнце светит.
Конструкции.
Какие конструкции солнечных печей существуют в настоящее время? Основных типов три:
1. Коробочные.2. С зеркалом-концентратором.3. Комбинированные.
Коробочная солнечная печь.
Солнечная печь с концентратором.
Комбинированная конструкция солнечной печи.
Все эти конструкции могут быть легко изготовлены с помощью подручных материалов – картона, фольги, клея и т.п. На примерах ниже всё это будет хорошо видно.
Коробочные солнечные печи.
Представляют собой теплоизолированную коробку, чаще всего из обычного картона, верх которой покрыт прозрачным стеклом или пластиком. К такой коробке для увеличения сбора тепла часто добавляют один или несколько зеркал-отражателей.
Такие нагреватели используются в основном для относительно медленного приготовления больших объемов пищи.
Коробочные солнечные печи
Собственно, конструкция явна видна на снимках. Как дополнение можно отметить, что:
1. Внутренние стенки ящика также должны быть покрыты фольгой, т.е. иметь хорошее отражение.
2. Кастрюля же, наоборот, должна хорошо поглощать лучи, т.е. быть черной, например, закопчёной.
3. Должна быть хорошая термоизоляция стенок ящика, чтобы тепло не уходило наружу, как сквозь стенки, так и в щель между верхним стеклом и стенками.
В качестве термоизоляции обычно используют картон, бумагу или другие естественные материалы, которые бы не выделяли вредных веществ при нагревании.
Температура в подобной печи может достигать 150…170 гр.С. Но даже с картонной коробкой бояться возгорания не стоит, т.к. температура для этого недостаточна.
Долговечность таких картонных конструкций может быть весьма высокой – до 10 лет.
Пример более основательной конструкции.
Солнечные кухни с параболическим концентратором.
Эти плиты представляют собой обычное вогнутое зеркало, собирающее лучи в своём фокусе. Совсем необязательно добиваться идеальной геометрии такого зеркала, т.к. в фокусе обычно расположена весьма большая по площади кастрюля.
Особенность таких кухонь является большая температура нагрева «цели». Т.е. её удобно использовать, когда нужно быстро, как на обычной плите, приготовить относительно небольшое количество пищи.
Недостатками такой конструкции являются: необходимость следить за солнцем (приходится поворачивать зеркало примерно раз в полчаса), и возможность получения ожогов глаз и рук при неосторожном обращении.
Несмотря на кажущуюся сложност
Самодельный солнечный концентратор из зеркальный пленки
Огромное количество свободной энергии солнца, воды и ветра и многого другого из того, что может дать природа, люди используют давно. Для кого-то это хобби, а кто-то не может выжить без приспособлений, которые могут извлекать энергию “из воздуха”. Например в африканских странах солнечные батареи давно стали спасительным спутником для людей, в засушливых деревнях внедряются системы орошения на солнечных батареях, устанавливаются “солнечные” насосы на колодцы и др.
Солнечные печи в этом китайском магазине.
В европейских странах солнце не светит столь ярко, но лето довольно жаркое, и очень жаль, когда дармовая энергия природы пропадает зря. Существуют удачные разработки печей на солнечной энергии, но в них используются цельные или сборные параболические зеркала. Это во-первых дорого, во-вторых утяжеляет конструкцию и поэтому не всегда удобно в эксплуатации, например, когда требуется малый вес готового концентратора.
Интересную модель самодельного параболического солнечного концентратора создал талантливый изобретатель.
Для ее изготовления не нужны зеркала, поэтому она очень легкая и не будет тяжелым грузом в походе.
Для создания самодельного солнечного концентратора на основе пленки требуется совсем немного вещей. Все они продаются на любом вещевом рынке.
1. Самоклеющаяся зеркальная пленка. Она имеет ровную блестящую поверхность и поэтому является прекрасным материалом для зеркальной части солнечной печи.
3. Тонкий шланг и герметик.
Как сделать солнечную печь?
Сначала из древесно-стружечной плиты нужного вам размера электролобзиком вырезаются два кольца, которые надо приклеить друг к другу. На фото и видео фигурирует одно кольцо, но автор указывает, что позднее он добавил второе кольцо. По его словам, можно было бы ограничиться одним, но пришлось увеличить пространство для формирования достаточной вогнутости параболического зеркала. В противном случае фокус луча будет располагаться слишком далеко. Под размер кольца вырезается круг из оргалита для формирования задней стенки солнечного концентратора.
Кольцо следует приклеить к оргалиту. Обязательно хорошо все промажьте герметиком. Конструкция должна быть полностью герметичной.
Поверх кольца натяните зеркальную пленку.
Откачайте воздух из корпуса установки и таким образом сформируйте сферическое зеркало. Шланг загните и зажмите прищепкой.
Сделайте удобную подставку для готового концентратора. Энергии данной установки достаточно, чтобы расплавить алюминиевую банку.
Внимание! Параболические солнечные отражатели могут быть опасными и могут при неосторожном обращении привести к ожогам и повреждениям глаз!
Использован материал с сайта забацай.ру. Как сделать солнечную батарею – тут.
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.
| Параметр | SolarBeamTM | Heliodyne | Viessmann 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
Габаритные размеры рефлектора
Стоимость установки на заводе изготовителе Solartron Energy Systems Inc. (Канада) 17300 USD.
Читайте также:
Новый солнечный концентратор из пленочных труб
Экология потребления. Наука и техника: Австрийская компания HELIOVIS предлагает более дешевую и менее ресурсоемкую технологию с использованием перерабатываемых пластиковых пленок в качестве сырья.
Солнечные системы концентрирующего типа (CSP) используют зеркала и стекло для концентрации солнечной энергии на небольших участках и преобразуют ее в электричество. Они установили новый стандарт с точки зрения низкого углеродного следа для солнечной энергии, но до сих пор применяемая технология, известная как параболические желоба, является сравнительно ресурсо- и энергоемкой.
Австрийская компания HELIOVIS предлагает более дешевую и менее ресурсоемкую технологию с использованием перерабатываемых пластиковых пленок в качестве сырья. И она вошла в число первых, кто использовал средства SME Instrument (новый инструмент поддержки малых и средних инновационных компаний) для строительства своей электростанции.
Сегодня существует много способов получения энергии за счет концентрации солнечного излучения и, возможно, наиболее узнаваемой формой является «солнечная башня», включающая сотни гелиостатов (двухосевых отражателей), которые направляют солнечный свет на тепловой приемник на вершине башни, и которая больше всего подвергается претензиям со стороны «солнечных скептиков» из-за вреда птицам. В то же время, параболические системы фокусируют солнечный свет на приемнике намного ближе, чем солнечные башни, нагревая трубку внутри желоба для сбора тепловой энергии, что позволяет избежать проблем с птицами.
Новое решение в CSP имеет некоторое сходство с системами на параболических желобах, поскольку в нем также используется концентрация солнечного света на центральном тепловом приемнике, но технология Heliovis в первую очередь направлена на то, чтобы избавиться от высоких издержек. Свернутую систему HELIOtube можно перевозить в стандартном контейнере, а трубы надувать на месте. Это обеспечивает значительные конкурентные преимущества в материалах, производстве, логистике и затратах на установку.
Как заявляют разработчики, технология HELIOtube, основанная на системе из пластиковых пленок вместо жестких параболических зеркал, обойдется примерно на 55% дешевле, в сравнении с традиционными параболическими концентраторами, при этом позволяет сократить выбросы CO2 на 40% за счет легких и перерабатываемых материалов.
Надувные цилиндрические концентраторы длиной 220 м можно легко транспортировать в стандартном контейнере, а затем разворачивать на территории солнечных электростанций. Они способны обеспечить стократную концентрацию света и нагревают теплоноситель до температуры 400-600° С, чего вполне достаточно для питания вырабатывающих электричество паровых турбин.
Внутри трубы создаются две воздухонепроницаемые камеры, а зеркальная пленка сохраняет небольшой перепад давления между ними. Весь цилиндр поддерживается алюминиевыми фермами и стальным каркасом. Жидкий теплоноситель, проходящий через приемник, может затем напрямую подавать тепло или использоваться для выработки пара.
В июне компания запустила «первое промышленное применение этой технологии» с использованием коммерчески доступных пластиковых пленок. HELIOVIS открыла пилотный проект в Испании, где 1 мегаваттная 200-метровая система шириной 9 метров поставила мировой рекорд по использованию однородного зеркала площадью 1600 м2. Новая гелиосистема также включает элементы теплового хранения энергии, которые обеспечивают выделение тепла после наступления темноты, поставляя его в грибные теплицы. Ожидается, что HELIOtube сэкономит фермерам десятки тысяч литров дизельного топлива.
HELIOVIS AG – частная акционерная компания со штаб-квартирой в Австрии, основанная в 2009 году австрийским изобретателем Йоханнесом Хёфлером и швейцарским экспериментальным и квантовым физиком Феликсом Тифенбахером. За последние семь лет HELIOVIS разработала технологию HELIOtube и создала профессиональную команду из 25 международных специалистов. В настоящее время HELIOVIS активно работает на Ближнем Востоке, в Северной Африке, Европе, США и Австралии. опубликовано econet.ru
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet
Как сделать солнечный концентратор своими руками (например, параболический)
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.
