Концентраторы солнечной энергии. Как построить солнечный концентратор своими руками из подручных средств, бесплатное руководство от GoSol (видео) - ЭкоТехника Концентратор солнца своими руками

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 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.

Очень давно хотелось изготовить солнечный параболический концентратор. Прочитав массу литературы по изготовлению формы для параболического зеркала, я остановился на простейшем варианте - спутниковой тарелке. Спутниковая тарелка имеет параболическую форму, которая собирает отраженные лучи в одной точке.

За основу присмотрел Харьковские тарелки "Вариант". По приемлимой для меня цене мог приобрести только 90 сантиметровое изделие. Но цель моего опыта - высокая температура в фокусе. Для достижения хороших результатов необходима площадь зеркала - чем больше, тем лучше. Поэтому тарелка должна быть 1,5м, а лучше 2м. В ассортименте Харьковского производителя есть данные размеры, однако изготовлены они из алюминия, и соответственно цены заоблачные. Пришлось нырнуть в интернет, в поисках б/у изделия. И вот в Одессе, строители разбирая какой-то объект, предложили мне спутниковую тарелку размерами 1,36м х 1,2м., изготовленную из пластика. Немного не дотягивала до моих пожеланий, однако цена была хорошей, и я заказал одну тарелку.

Получив через пару дней тарелку, обнаружил, что изготовлена она в США, имеет мощные ребра жесткости (я переживал, достаточно ли крепкий корпус, и не поведет ли его после наклейки зеркал), и крепкий механизм ориентирования с множеством настроек.

Также приобрел зеркала, толщиной 3мм. Заказал 2 кв.м. - немного с запасом. Зеркала продаются в основном толщиной 4 мм., нашел троечку, чтобы легче было нарезать. Размер зеркал для концентратора решил сделать 2 х 2 см.

После сбора основных комплектующих приступил к изготовлению подставки для концентратора. Нашлось несколько уголков, кусочков труб и профильков. Нарезав по размерам, сварил, зачистил и покрасил. Вот что получилось:

Итак, изготовив подставку, принимаюсь за нарезку зеркал. Зеркала получил размерами 500 х 500 мм. Первым делом разрезал пополам, а потом сеткой 2 х 2 см. Перепробовал кучу стеклорезов, однако сейчас найти в магазинах, хоть что-то толковое, не представляется возможным. Новый стеклорез режет идеально 5-10 раз, и все.... После этого можно сразу выкидывать. Возможно есть какие-то профессиональные, но покупать их надо не в строительных магазинах. Поэтому, если кто-то соберется сделать концентратор из зеркал, вопрос о порезке зеркал самый трудный!

Зеркала нарезаны, тренога готова, приступаю к поклейке зеркал! Процесс долгий и нудный. У меня количество зеркал на готовом концентраторе получилось 2480 штук. Клей выбрал неправильный. Купил специальный клей для зеркал - держит хорошо, но он густой. При наклейке, выдавливая капельку на зеркало и прижимая потом к стенке тарелки, есть вероятность неравномерно прижать зеркало(где-то сильнее, где-то слабее). От этого зеркало может быть приклеено не плотно, т.е. будет направлять свой лучик солнца не в фокус, а около него. А если фокус будет размыт - высоких результатов ждать нечего. Забегая вперед, скажу, что у меня фокус получился размытым (из чего делаю вывод о том, что необходимо было применить другой клей). Хоть и результаты опыта порадовали, но фокус был размером приблизительно около 10 см, а вокруг еще размытое пятно еще по 3-5 см. Чем меньше фокус, тем точнее фокусировка лучей, тем соответственно будет выше температура. На поклейку зеркал у меня ушло почти 3 полных дня. Площадь нарезанных зеркал составила около 1,5кв.м. Был брак, вначале, пока не приспособился - много, позже существенно меньше. Бракованные зеркала составили, наверное, не более 5 %.

Солнечный параболический концентратор готов.

При замерах, максимальная температура в фокусе концентратора составила не менее 616,5 градусов. Солнечные лучи помогли поджечь деревянную доску, расплавить олово, свинцовый грузик и алюминиевую пивную банку. Эксперимент я проводил 25 августа 2015 года в Харьковской области, пгт.Новая Водолага.

В планах на следующий год (а может быть получится и в зимний период) приспособить концентратор для практических потребностей. Возможно для нагрева воды, возможно для выработки электроэнергии.

В любом случае, всем нам природа дала мощнейший источник энергии, надо только научиться им пользоваться. Энергия солнца в тысячи раз перекрывает все потребности человечества. И если человек сможет взять хотя-бы малую часть этой энергии, то это будет величайшим достижением нашей цивилизации, благодаря которому мы сохраним нашу планету.

Ниже представлен ролик, в котором вы увидите процесс изготовления солнечного концентратора на основе спутниковой тарелки, и опыты, которые с помощью концентратора получилось сделать.

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.

Изобретение относится к концентраторам солнечной энергии, в частности к надувным пленочным рефлекторам медицинского и бытового назначения. Солнечный рефлектор содержит прозрачный и металлизированный слои полимерной пленки. Слои герметично скреплены (сварены) по двум окружностям, при этом получившаяся наружная камера при заполнении ее воздухом через штуцер служит для сохранения формы окружности, а внутренняя окружность при ее заполнении воздухом через другой штуцер приобретает форму линзы и металлизированная поверхность ее служит вогнутым зеркалом. Разная степень наполнения внутренней камеры позволяет изменять фокусное расстояние. Устройство снабжено тремя выступами и с отверстиями для крепления рефлектора и покачивания его при использовании в медицинских целях. Изобретение должно обеспечить упрощение конструкции солнечного рефлектора с одновременным уменьшением потери энергии, возможность его широкого использования в медицине (лечение концентрированным солнечным светом) и в быту как нагревательного прибора. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2244884

Изобретение относится к концентраторам солнечной энергии, в частности к надувным пленочным рефлекторам медицинского и бытового назначения.

Известен аналог-гелиоконцентратор О.С.Назарова, описание к авторскому свидетельству №1812538 МПК F 24 J 2/18, G 02 B 5/13, опубликованное в бюллетене №16, 1993 г., автор Назаров О.С. Сущность изобретения: вогнутое зеркало выполнено в виде надувного тела из эластичных пленок - прозрачной и пленки с отражающим покрытием со стороны прозрачной пленки, соединенных друг с другом по краям элементом крепления, выполненным в виде жесткого кольца, а отверстие в вогнутом зеркале герметично закрыто оправой с прозрачным элементом, выполненным из высокотемпературного материала, прикрепленной к пленке с отражающим покрытием и элементу крепления, в фокусе расположено рассеивающее зеркало.

Недостатки данного аналога: повторное отражение солнечного света, что усложняет конструкцию и приводит к потере энергии.

Наиболее близким аналогом является солнечный рефлектор Бухмана, описание: Б.П.Вейнберг “Желтый уголь”, Л., 1929, с.16: “Гелиоконцентратором служит рефлектор, сложное параболическое зеркало из 25 кусков плоского посеберенного стекла, вставленных в переплетения деревянной рамы. Тем самым достигается концентрация солнечных лучей в один фокус. Рефлектор устанавливается на треугольную подставку, которая может поворачиваться по вертикальной оси, а рефлектор с зеркалами - по горизонтальной”.

Недостатки данной конструкции - громоздкость и стационарность, невозможность широкого использования в быту.

Технический результат - упрощение конструкции солнечного рефлектора с одновременным уменьшением потери энергии, возможность его широкого использования в медицине (лечение концентрированным солнечным светом) и в быту как нагревательного прибора.

Заявляемый надувной солнечный рефлектор изготовлен из двух слоев полимерной пленки, один из которых прозрачный, а другой металлизирован, слои пленки герметично скреплены (сварены) по двум окружностям, внутренняя окружность при ее заполнении воздухом приобретает форму линзы и металлизированная поверхность ее служит вогнутым зеркалом, при заполнении наружной камеры воздухом через отдельный штуцер она выполняет роль надувного каркаса, т.е. конструкция не содержит жестких деталей, она сворачивается (накручивается на цилиндрическую основу) для легкости хранения и транспортировки. Разная степень наполнения воздухом внутренней камеры позволяет изменять фокусное расстояние. В сравнении с аналогами предложенная конструкция отличается простотой и портативностью, что дает возможность использовать ее в быту. Рефлектор содержит два герметично закрывающихся штуцера.

Новые признаки - отсутствие жестких деталей, что делает конструкцию портативной и простой в изготовлении и использовании.

Фиг.1 - вид сбоку.

Фиг.2 - вид сверху.

Сущность изобретения - солнечный рефлектор содержит прозрачный 1 и металлизированный 2 слои полимерной пленки. Слои герметично скреплены (сварены) по двум окружностям 3 и 4, при этом получившаяся наружная камера 5 при заполнении ее воздухом через штуцер 6 служит для сохранения формы окружности, а внутренняя окружность 7 при ее заполнении воздухом через другой штуцер 8 приобретает форму линзы и металлизированная поверхность ее служит вогнутым зеркалом. Разная степень наполнения внутренней камеры позволяет изменять фокусное расстояние. Устройство снабжено тремя выступами 9 с отверстиями 10 для крепления рефлектора и покачивания его при использовании в медицинских целях.

Рефлектор устанавливается так, чтобы полностью освещаться солнцем. Параллельные лучи солнечного света, падая под углом, близким к прямому, на вогнутое параболическое зеркало, образованное металлизированной пленкой, собираются в фокальное пятно, направляемое на тело больного или другой объект нагрева. При медицинском использовании воздействие импульсное, т.е. рефлектор постоянно покачивается, заставляя фокальное пятно скользить по нужному участку тела больного и не допуская перегрева. Импульсное воздействие инфракрасной (тепловой) и видимой частей солнечного спектра оказывает сосудорасширяющее и стимулирующее действие, проникает вглубь тела человека на 4-5 см, усиливает прилив крови, что улучшает обмен в тканях. Лечебный сеанс не превышает 15 минут, в течение которых 2-3 раза производится корректировка наводки фокального пятна. По завершении сеанса из рефлектора выпускается воздух и он складывается до дальнейшего использования.

Опыт использования - значительное улучшение состояния или полное извлечение у 80% пациентов с бронхиальной астмой, трофическими язвами, заболеваниями периферической нервной системы, полиартритами, простудными и кожными заболеваниями. Курс лечения - не более 30 сеансов по 15 минут, не требуются медикаменты, электроэнергия и сложное медицинское оборудование. При использовании рефлектора как нагревательного прибора возможно получение мощности в летнее время в средних широтах до 1кВт/м 2.

Перечень позиций

1 - прозрачный слой полимерной пленки

2 - металлизированный слой полимерной пленки

3 - наружная окружность сварки

4 - внутренняя окружность сварки

5 - получившаяся наружная камера (каркас)

6 - штуцер для заполнения наружной камеры

7 - внутренняя камера (линза)

8 - штуцер для заполнения внутренней камеры

9 - выступы для крепления рефлектора

10 - отверстия для крепления рефлектора

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Надувной солнечный рефлектор, включающий два слоя полимерной пленки, один из которых прозрачный, а другой металлизированный, два герметично закрывающихся штуцера, отличающийся тем, что слои полимерных пленок сварены по двум окружностям, при этом полученная наружная камера при заполнении ее воздухом выполняет роль каркаса.

Вдохновением для постройки этого агрегата послужила программа "Разрушители легенд" на канале Дискавери . В этой программе "разрушители" проверяли миф о том, как Архимед сжег Римский флот с помощью зеркал. Дважды этот миф был разрушен. Но тем не менее построить простое фокусирующее зеркало, способное поджечь доску или приготовить обед, можно.

Для этого потребуется совсем немного.

1. Самоклеющаяся зеркальная пленка (можно купить в магазинах торгующими обоями). Пленка для окон не подойдет.

2. Лист ДСП и такой же оргалита.

3. Тонкий шланг и герметик.