Солнечный концентратор для нагрева воды своими руками

Для нагрева воды, используя энергию солнца, мы используем плоские и вакуумные солнечные коллекторы, но мало кто знает, что это не единственные способы нагрева воды, используя энергию солнца, которые обладают высоким КПД.

В разделе «солнечные печи», я уже описывал подобный концентратор, который можно сделать из спутниковой антенны предназначение которого было для приготовления еды. Но сейчас мы рассмотрим изготовление, своими руками солнечного концентратора применяя его именно для нагрева воды (горячего водоснабжения).

Основное достоинство солнечного концентратора (рефлектора) в том, что они могут достигать более высоких КПД. Фокусируя высокую плотность солнечной энергии в одной точке, они способны превращать воду в пар в считанные секунды.

Для наглядности, хочу представить к вашему вниманию видео, где продемонстрировано, как солнечный концентратор, имеющий небольшую площадь зеркала, может воспламенить дерево, расплавить свинец и т.д.

Но наряду с достоинствами у солнечного концентратора есть существенные недостатки:

1. Необходимо применять сложные системы слежения за солнцем (трекеры), которые в свою очередь не дешевые и потребляют электроэнергию.

2. Зеркало требует постоянной чистки от пыли, которая оседает на поверхность зеркала, тем самым снижая эффективность солнечного концентратора.

Для изготовления солнечного концентратора своими руками нам понадобится ненужная (старая) параболическая спутниковая антенна (неважно прямофокусная или офсетная) которая будет концентрировать солнечные лучи в одной точке.

Если лишней спутниковой антенны у вас в наличии нет, то ее можно изготовить своими руками из картона или ему подобные (для этого посетите сайты посвященные строительству спутниковых антенн). Но, разумеется эффективность будет зависеть от того на сколько точно вы изготовите параболу.

Поверхность концентратора обклеиваем зеркальной пленкой. На мой взгляд, для этих целей наиболее подходит металлизированная пленка с клейким слоем (по типу самоклеющих обоев), но можно приклеить и кусочки зеркал.

Поскольку поверхность спутниковой антенны искривлена, то, разумеется, цельный кусок приклеить не удастся и целесообразно пленку нарезать на тонкие полоски.

Таким образом, можно довольно ровно оклеить всю криволинейную поверхность.

Теперь нужно определить точку фокуса, т.е. место в которой сконцентрированы солнечные лучи. Если вы использовали спутниковую антенну, то точка фокуса будет находиться в районе крепления конвертера. Если параболу вы строили самостоятельно, то точку фокуса можно найти экспериментальным путем. Для этого концентратор устанавливается перпендикулярно солнцу, подносим кусок деревянной доски к центру и постепенно отводим от концентратора. Минимальное солнечное пятно и будет являться точкой фокуса.

Внимание. В данном месте сконцентрирована высокая энергия (в нашем случае порядка 300 градусов, но не забывайте, чем больше площадь параболы тем больше температура будет в точке фокуса) и дерево может воспламениться, поэтому используйте индивидуальные средства защиты (солнечные очки или сварочную маску и кожаные или брезентовые перчатки).

Теплоприемник можно сделать из медной трубки, обмотав вокруг 1/2″ – 3/4″ трубы. Чтобы медная трубка не сплющилась во время намотки, вовнутрь необходимо затрамбовать соль.

Чтобы использовать энергию солнца по максимуму, теплоприемник обязательно необходимо окрасить в черный цвет используя термостойкую краску.

Однако хочу отметить, что если теплоприемник не будет теплоизолирован, то он будет остывать от порывов ветра, соответственно получаем снижение КПД.

Как вариант предлагаю вот такую схему утепленного теплоприемника.

Учитывая, что в данном месте сконцентрирована высокая температура, то в качестве утеплителя необходимо использовать огнеупорные материалы, например муллитокристаллическое волокно, которое используют в газовых горнах и муфельных печах. А стекло использовать закаленное, поскольку обычное от перепадов температур может лопнуть.

Сам теплоприемник можно сделать по типу ватерблоков (радиаторов водяного охлаждения для компьютеров), только, разумеется, изготавливать необходимо исходя из размеров полученного теплового пятна.

Схема подключения солнечного концентратора, будет иметь примерно такой вид.

Разумеется, трубки и бак должны быть теплоизолированны.

поделиться с друзьями >>>

Извините, но ответ “примерно 0,8 кВт” – не о чем!
Эти 0,8 кВт вы чем получаете? Солнечным коллектором, солнечным концентратором, солнечным генератором?
Иногда лучше промолчать, чем ересь высказать!

Извините, но ваши слова тоже не о чем. Если есть что сказать, так скажите, а если нечего то могли бы и промолчать.

Я вижу вы очень хорошо разбираетесь в данной сфере поэтому вопрос адресую вам “Сколько мощность можно получить?“. Ответьте на него более детально.

Действительно, уж лучше промолчать чем нести ересь .

При чем здесь ссылка на расчеты по солнечным батареям к солнечному концентрату для нагрева воды (где “нагрузкой” является вода)?

Мало того, к вашему сведению, КПД солнечных батарей не более 25%.

Приведу наглядный пример. Солнечная батарея состоит из множества солнечных элементов /solar_panel_parametri.php , так вот, солнечный элемент из монокристалла разметом 156х156мм, по паспорту вырабатывает максимум 4,3Вт. На один квадратный метр понадобится примерно 42 элемента. Дальше банальная математика 42 элемента умножаем на мощность 4,3 получаем мощность солнечной батареи размером 1 кв.м – 180,6Вт (это грубый расчет).

Пойдем от обратного, если производители монокристаллических солнечных элементов утверждают, что КПД элементов составляет в среднем 20%, то, при 100% КПД эта батарея могла бы вырабатывать 906Вт (разумеется при условии подключении равной нагрузки).

А теперь давайте разберем, о чем я говорил ранее “К сожалению, больше чем дает нам солнце получить не получиться. А солнце нам дает примерно 0,8 кВт энергии на кв.м.“

Поток солнечной энергии на квадратный метр, называется инсоляцией и измеряется она в Вт*ч/кв.м. (Вт это единица измерения не только электрической мощности, но и тепловой, потока звуковой энергии и т.д.).

Но я сознаюсь, что я немного не точно сказал. В разных регионах уровень инсоляции разный и составляет он в среднем 07-1,9кВт*ч/м.кв. Вот вам картинка для наглядности

Это последствия ухудшающегося образования в нашей стране. Прав много у детей, а знаний мало. Вот и спорят.

Вы всё верно указали и эффективность можно было повысить, в холодно время, соорудив вокруг строение из стеклопакетов.
Что уж говорить про параболический концентратор, если простая стена полусфера, окрашенная в тёмный цвет, способная локально менять микроклимат, прямо на открытом воздухе.
а по утверждению моих знакомых ёмкость, помещённая в тройной стеклянный куб, спокойно закипает.

В Европе уже давно пришли к заключению, что строить солнечные батареи лучше по принципу параболлы, а вместе облучателя подводить охлаждение, занимает мало места, греет попутно воду и коэффициент выше.

Концентраторы солнечной энергии

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.

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

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

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.

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.

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.

В случае тревоги или необходимости обслуживания, устройство посылает сообщение по электронной почте назначенному обслуживающему персоналу. Все предупреждения могут быть настроены в соответствии пользовательскими предпочтениями.

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.

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.

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.

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

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

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.

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.

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.

В случае тревоги или необходимости обслуживания, устройство посылает сообщение по электронной почте назначенному обслуживающему персоналу. Все предупреждения могут быть настроены в соответствии пользовательскими предпочтениями.

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.

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.

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.

Десять вариантов применения снега и льда

Если бы у вас спросили, как можно использовать снег и лед, что бы вы ответили?

Большинство, наверняка, вспомнят про занятия спортом и различные зимние забавы. Но на самом деле эти природные формы воды имеют куда больше способов применения. Снег и лед могут нас накормить, обогреть и помочь по хозяйству.

Итак, с помощью льда и снега можно:

1. Получить питьевую воду

Если вы когда-либо будете нуждаться в питьевой воде, то лежащий на земле снег может вам пригодиться. Чтобы сделать питьевую воду из снега, недостаточно его просто растопить. Сначала стоит убедиться, что снег на выбранном участке чистый, без палок и прочего мусора. Как только вы его соберете, вам нужно растопить его, смешав с очищенной водой.
Затем вам понадобится сетчатый фильтр для удаления нежелательных токсинов. После этого воду надо вскипятить. Если вы в походе, можно использовать кастрюли, костер и какую-нибудь тканевую вещь в качестве фильтра. Полученную воду важно поместить туда, где она не замерзнет. Например, положить рядом с телом.

2. Развести огонь

Удивительно, но с помощью льда можно «приручить» противоположную ему огненную стихию. В этом случае лед будет действовать как увеличительное стекло. Подобным образом разводят костер с помощью лупы, когда под рукой нет спичек.
Итак, чтобы получить огонь изо льда, вам понадобится тонкая прозрачная льдинка, которую можно найти на замерзшей воде. Затем надо держать этот кусочек льда так, чтобы солнечный свет сфокусировался в том месте, где вы хотите развести огонь. В качестве начального топлива можно использовать траву или ветки.
Еще стоит обратить внимание на кривизну вашей ледяной линзы, от которой зависит степень увеличения преломляемых лучей. Индекс преломления для стекла составляет 1,5–1,9, для льда — 1,3. Чтобы компенсировать разницу, кривизна ледяной линзы должна обеспечивать достаточное увеличение.

3. Построить убежище

Оказывается, лед может вас не только обогреть, но и обеспечить крышей над головой. Инуиты вот уже тысячи лет строят себе убежища изо льда и снега под названием иглу.
Чтобы построить иглу, надо собрать снег в плотную куполообразную конструкцию, а затем выкопать проход внутрь. Инуиты работают вместе, так как эта работа требует больших усилий.
Известно, что волки делают себе убежища из снега в арктических регионах. Они копают снег вверх и в ширину настолько, чтобы поместиться внутрь. Ключ к выживанию в таком укрытии — его размер. Вы должны помещаться внутри, но объем холодного воздуха, проникающего с улицы, должен быть таким, чтобы не охлаждать ваше тело.

4. Полить растения

Когда растение перенасыщено влагой, оно не может поглощать кислород, что приводит к его гибели. Недостаток влаги имеет аналогичные последствия. Чтобы растение могло жить, ему нужна комбинация кислорода и воды. Температура воды также важна при поливе растений. Если она слишком горячая или холодная, это может погубить растение. Чем же тут могут помочь снег и лед?
В отличие от холодной воды, лед и снег тают медленно, постепенно проникая в почву. Это позволяет избежать резких перепадов температуры и перенасыщения влагой, которое бывает при избыточном поливе.
Чтобы полить растение с помощью льда или снега, рекомендуют сделать пальцами углубления в почве и поместить туда 1-3 кубика льда.

5. Сделать музыкальные инструменты

Музыкальные инструменты тоже могут быть сделаны из льда! Каждый год это зрелище демонстрируется на фестивале Ice Music в Норвегии. Скульпторы используют настоящий лед для создания всевозможных инструментов — от ледяных труб до гитар.
Как вы можете себе представить, эти ледяные инструменты звучат немного иначе, чем обычные. Их звучание также меняется, когда лед начинает таять. Волшебную атмосферу фестиваля дополняют снежно-ледяные пейзажи, на фоне которых играют музыканты.

6. Повысить экономичность и экологичность кондиционера

В течение последних 12 лет американская компания Ice Energy использует лед для уменьшения расходов на кондиционирование. Ice Energy создала кондиционер, который производит лед, а затем использует его для охлаждения дома или другого здания.
В таком кондиционере есть специальная секция, в которой производится лед, когда устройство используется наименее активно, например, ночью. Затем, когда кондиционер снова включают, запасы льда высвобождаются.
Ледяные кондиционеры используют батарею, стоимость которой наполовину меньше литиевых, а большая часть их выбросов происходит из льда. Благодаря этому они позволяют снизить затраты на электричество и уменьшить загрязнение воздуха.

7. Удалить прилипшую жвачку

Жевательная резинка может стать настоящим кошмаром, если запутается в волосах, прилипнет к одежде или обуви. Если жвачку отмывают водой, она отстает, когда становится влажной и тяжелой. Снег и лед способны на большее. Кубик льда может ее фактически заморозить, если держать его достаточно долго. Как только жвачка замерзнет, можно попробовать ее снять, только аккуратно, чтобы ничего не повредить.

8. Приготовить мороженое

Мороженое существует уже сотни лет, и его происхождение напрямую связано со снегом. Римляне были первыми, кто придумал, как использовать снег в качестве угощения. Снег привозили в города с гор. Затем с помощью деревянных инструментов формировали снежные порции и добавляли сироп.
В 1919 году была изобретена первая машина для приготовления мороженого. Устройство позволяло быстрее колоть и размельчать лед. Такие машины начали появляться на ярмарках, фестивалях и в магазинах. С тех пор многое изменилось, как в производстве, так и в рецептуре, но началось все с обычного снега.

9. Пожить в ледяной гостинице

В Швеции есть настоящий отель, частично сделанный из льда, который так и называется «Ледяной отель» (англ. Ice Hotel). Конструкция выполнена из стали, а некоторые части — из смеси снега и льда.
На территории отеля есть теплые и холодные номера. В холодных стены, пол и потолок покрыты льдом. Даже мебель в них снежно-ледяная. Чтобы не замерзнуть ночью в ледяной комнате, на кроватях предусмотрены толстые матрасы с большим количеством одеял.

10. Убрать вмятины на автомобиле

Сухой лед отличается ото льда, который мы привыкли видеть на улице. Обычный лед состоит из замороженной воды, а сухой — из замороженной двуокиси углерода. Сухой лед не имеет жидкого состояния, а переходит непосредственно из твердого в газообразное. Поэтому, когда он нагревается, то начинает дымиться.
Сухой лед можно использовать для научных экспериментов, охлаждения пищевых продуктов и даже для устранения вмятин на вашем автомобиле. Если положить сухой лед на металлический предмет, то металл будет сжиматься. В результате вмятина может уменьшиться или совсем исчезнуть.