Солнечный концентратор, который плавит метал в домашних условиях

Солнечный концентратор для нагрева воды

Самые популярные способы использования солнечной энергии для нагрева воды, это создание плоских или вакуумных солнечных коллекторов. Однако существуют еще способы с довольно высоким показателем КПД, которые помогают использовать энергию солнца для нагрева воды. В этой статье будет рассмотрен один из таких способов, а именно создание солнечного концентратора для горячего водоснабжения.

Для создания системы нагрева воды при помощи солнечного рефлектора автору понадобились следующие материалы:
1) параболическая спутниковая антенна
2) зеркальная пленка
3) медная трубка
4) соль
5) черная термостойкая краска
6) муллитокристаллическое волокно

Рассмотрим основы системы и этапы создания солнечного концентратора.
Главным плюсом подобной системы является более высокая производительность: качественные рефлекторы фокусируют высокую плотность солнечных лучей в одной точке, что позволяет превращать воду в пар в считанные секунды.

Для демонстрации наглядной мощности подобных систем рекомендую ознакомиться со следующим видео материалом:

Как показано в видео небольшой солнечный концентратор может прожигать дерево, плавить свинец, то есть температура которая возникает в точке концентрации солнечных лучей довольно высока.

Однако у данной системы есть ряд недостатков, которые необходимо знать перед тем как решить строить подобную систему.

Для того, чтобы рефлектор постоянно был повернут к солнцу, необходимо установка специальных систем слежения, которые будут корректировать рефлектор относительно солнца на протяжении дня. Эти трекеры довольно дорого стоят, и потребляют не мало энергии.

Эффективность концентратора сильно зависит от чистоты отражающей поверхности, поэтому зеркала требуют содержания их в чистоте.

Если данные недостатки вас не пугают, то для постройки концентратора вам понадобиться параболическая спутниковая антенна, причем не особенно важно будь то прямо-фокусная или офсетная модель. Главное это правильная парабола, которая будет концентрировать все пойманные лучи в одну точку. В принципе вы даже сами можете изготовить подобие антенны из листов картона, но эффективность такой системы очень зависит от качества параболы.

После очистки поверхности антенны, автор приступил к оклейке ее зеркальной пленкой. Лучше всего для создания зеркальной поверхности использовать металлизированную пленку с клейким слоем. Обклеивать поверхность такой пленкой довольно просто по принципу самоклеющихся обоев, но так же можно использовать и кусочки зеркал для создания отражающей поверхности на антенне.

Так как сама спутниковая антенна имеет искривленную форму, то пытаться приклеивать цельный кусок пленки не совсем разумно. Поэтому перед оклейкой автор нарезал пленку на тонкие полосы. Благодаря такому подходу удалось достаточно ровно и качестве оклеить всю поверхность антенны.

После того как антенна приобретет зеркальную поверхность необходимо определись точку фокусировки, ею будет место концентрации отраженных солнечных лучей с поверхности антенны. Обычно точка фокусировки у солнечной антенны находится как раз в районе конвертера, но если вы строили параболу самостоятельно то легче всего определить точку фокусировки при помощи экспериментального метода. Необходимо взять кусок фанеры потолще и постепенно отводить его от концентратора, пока солнечное пятно на ней не уменьшиться, как только оно будет минимальным это и будет точкой фокусировки солнечных лучей. Главное помните что в данном месте сконцентрирована высокая температура, поэтому необходимо быть осторожным и надеть средства защиты: кожаные перчатки, сварочную маску или солнечные очки.

Далее нужно сделать теплообменник, который будет сообщать температуру воде. Для этого автор использовал медную трубку. Он затрамбовал в нее соль, и стал наматывать вокруг трубы побольше. Соль внутри медной трубки нужна для того, чтобы во время намотки труба не сплющилась.

Автор отмечает что, для того чтобы использовать максимум энергии от солнца теплообменник не помешает окрасить в черный цвет. Так как теплообменник будет испытывать высокие температуры, то для окраски нужно использовать термостойкую краску.

Используйте огнеупорные материалы для изоляции теплоприемника, так как в этом месте будет сконцентрирована высокая температура. Автор данного концентратора использовал для этих целей муллитокристаллическое волокно, которое используют в газовых горнах и муфельных печах. Стекло так же должно быть закаленным, чтобы не деформироваться от температуры.

Теплоприемник был сделан по принципу радиаторов водяного охлаждения для компьютеров. Он изготавливается соответственно размерам пятна точки фокусировки концентратора.

Так же автор напоминает, что трубки и бак в целях повышения эффективности необходимо так же изолировать.

Солнечный концентратор для нагрева воды

Для демонстрации наглядной мощности подобных систем рекомендую ознакомиться со следующим видео материалом:

Читать еще: Барбекю для дачи

Так же автор напоминает, что трубки и бак в целях повышения эффективности необходимо так же изолировать.

Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенны

Эта самоделка о том, как построить солнечный водонагреватель. Правильнее назвать его параболический солнечный концентратор. Главное преимущество его в том, что зеркало отражает 90% солнечной энергии, а его параболическая форма концентрирует эту энергию в одной точке. Эта установка будет эффективно работать в большинстве районов России, вплоть до 65 градуса с.ш.

Для сборки коллектора нам понадобится несколько основных вещей: сама антенна, система слежения за солнцем и теплообменник-коллектор.

Можно использовать любую антенну- железную, пластиковую или из стекловолокна. Антенна должна быть панельного типа, а не сеточная. Здесь важна площадь антенны и форма. Надо помнить, мощность нагрева = площади поверхности антенны. И что мощность, собираемая антенной диаметром 1,5 м, будет в 4 раза меньше мощности собираемой антенной с площадью зеркала 3 м.

Так же понадобится поворотный механизм для антенны в сборе. Его можно заказать на Ebay или на Aliexpress.

Понадобится рулон алюминиевой фольги или лавсановой зеркальной пленки, применяемой для теплиц. Клей, которым пленка будет приклеиваться к параболе.

Медная трубка диаметром 6 мм. Фитинги, для подключения горячей воды к баку, к бассейну, ну или где вы будете применять эту конструкцию. Поворотный механизм слежения автор приобрел на EBAY за 30$.

Шаг 1 Переделка антенны для фокусировки солнечного излучения вместо радиоволн.

Надо всего лишь прикрепить лавсановую зеркальную пленку или алюминиевую фольгу к зеркалу антенны.

Такую пленку можно заказать на Aliexpress, если вдруг в магазинах не найдете Пленка

Делается это почти также просто, как и звучит. Надо только учесть, что если антенна, к примеру, диаметром 2,5 м, а пленка шириной 1 м, то не надо закрывать антенну пленкой в два прохода, будут образовываться складки и неровности, которые ухудшат фокусировку солнечной энергии. Вырезайте ее небольшими полосами и закрепляйте на антенне с помощью клея. Перед наклейкой пленки убедитесь, что антенна чистая. Если есть места, где краска вздулась- зачистите их наждачной бумагой. Вам надо выровнять все неровности. Обратите внимание, чтобы LNB-конвертор был снят со своего места- иначе он может расплавиться. После наклейки пленки и установки антенны на место не приближайте руки или лицо к месту крепления головки- вы рискуете получить серьезные солнечные ожоги.

Шаг 2 система слежения.

Как было написано выше – автор купил систему слежения на Ebay. Вы так же можете поискать поворотные системы слежения за солнцем. Но я нашел несложную схему с копеечной ценой, которая довольно точно отслеживает положение солнца.

Видео работы гелиотракера по схеме из архива

Сам можно сделать на основе передней ступицы автомобиля ВАЗ.

Кому интересно фото взято отсюда : Поворотный механизм

Шаг 3 Создание теплообменника-коллектора

Для изготовления теплообменника понадобится медная трубка, свернутая в кольцо и помещенная в фокус нашего концентратора. Но сначала нам надо узнать размер фокальной точки тарелки. Для этого надо снять LNB-конвертер с тарелки, оставив стойки крепления конвертера. Теперь надо повернуть тарелку на солнце, предварительно закрепив кусок доски на месте крепления конвертера. Подержите доску немного в этом положении, пока не появиться дым. Это займет по времени примерно 10-15 секунд. После этого отверните антенну от солнца, снимите доску с крепления. Все манипуляции с антенной, ее развороты, проводятся для того, чтобы вы случайно не засунули руку в фокус зеркала- это опасно, можно сильно обжечься. Пусть остынет. Измерьте размер сожженной части древесины- это будет размер вашего теплообменника.

Я думаю, что возможно, вместо свернутой трубки можно поставить радиатор от автомобильной печки, есть довольно маленькие радиаторы. Радиатор должен быть зачерненный для лучшего поглощения тепла. Если же вы решили использовать трубку, надо постараться согнуть ее без перегибов и изломов. Обычно для этого трубку заполняют песком, закрывают с обеих сторон и сгибают на какой-нибудь оправке подходящего диаметра. Автор залил в трубку воды и положил ее в морозильную камеру, открытыми концами вверх, чтобы вода не вытекла. Лед в трубке создаст давление изнутри, что позволит избежать изломов. Это позволит согнуть трубу с меньшим радиусом изгиба. Ее надо сворачивать по конусу- каждый виток должен быть не много большего диаметра чем предыдущий. Можно спаять витки коллектора между собой для более жесткой конструкции. И не забудьте слить воду после того, как закончите с коллектором, чтобы после установки его на место, вы не обожглись паром или горячей водой

Шаг 4. Собираем все вместе и пробуем.

Теперь у вас есть зеркальная парабола, модуль слежения за солнцем, помещенный в водонепроницаемый контейнер, или пластиковую емкость, законченный коллектор. Все, что осталось сделать – это установить коллектор на место и опробовать его в работе. Вы можете пойти дальше и усовершенствовать конструкцию, сделав, что-то типа кастрюли с утеплителем и одеть ее на заднюю часть коллектора. Механизм слежения должен отслеживать движение с востока на запад, т.е. поворачиваться в течение дня за солнцем. А сезонные положения светила (вверхвниз) можно регулировать вручную один раз в неделю. Можно, конечно, добавить механизм слежения и по вертикали- тогда вы получите практически автоматическую работу установки. Если вы планируете использовать воду для подогрева бассейна или в качестве горячей воды в водопроводе- вам понадобиться насос, который будет прокачивать воду через коллектор. В случае если вы будете нагревать емкость с водой, надо принять меры, чтобы избежать закипания воды и взрыва бака. Сделать это можно используя электронный термостат, который, в случае достижения заданной температуры, будет отводить зеркало от солнца с помощью механизма слежения.

Читать еще: Подключение розетки RJ-45

От себя добавлю, что используя коллектор зимой надо принять меры, чтобы вода не замерзла в ночное время и в ненастную погоду. Для этого лучше сделать замкнутый цикл- с одной стороны коллектор, а с другой теплообменник. Систему заполнить маслом-его можно нагреть до более высокой температуры, градусов до 300, и на морозе не замерзнет.

Строим солнечный коллектор

Солнечный коллектор является устройством, которое используется для нагревания энергии от солнечных лучей и преобразований её в тепловой тип энергии для дальнейшей её переработки в теплоноситель. Классического типа коллектор является чёрной металлической пластиной, которая помещена в стеклянные либо пластмассовые корпусы, поверхность которых впитывает радиацию от солнечных лучей зимой.

Виды солнечных коллекторов

Исходя из температуры, которую способна создавать пластина, солнечные коллекторы разделяют на:

низкой температуры;
средней температуры;
высокой температуры.

Коллекторы низких температур не могут давать энергии больших мощностей. Они нагреваются до 450 градусов и более. Коллектор средней температуры прогревает воду примерно до 750 градусов, поэтому их можно применять для того, чтобы обогревать помещение. Коллектор высокой температуры применяют главным образом на промышленном предприятии, и в домашних условиях их сделать не представляется возможным.

Интегрированный коллектор принято делить на :

накопительный интегрированный коллектор;
плоский;
жидкостный;
воздушный.

Накопительный, вторым названием которого является термосифонный коллектор, способен нагревать воду, а также и какой-то промежуток времени поддерживать необходимую температуру. В подобном коллекторе не имеется насоса, поэтому он намного более экономичный, чем иные варианты. Коллектор-накопитель является конструкцией из пары емкостей, которые заполнены жидкостью и помещены в теплоизоляционные емкости. Сверху на бак кладут стеклянную крышку, проходящую сквозь стекло и нагреваемую водой. Подобный коллектор обойдется дешево, при этом он отличается лёгкостью в применении и прост в использовании. Но в зимний период его использование довольно сложно, как и вакуумный тип.

Плоский коллектор внешне похож на обыкновенный плоского типа ящик из металла, во внутренней области которого находится чёрная пластина, впитывающая солнечные лучи. Крышка из стекла может усилить свет от солнечных лучей. Стекло обладает низким содержанием железа, чтобы все солнечные лучи переходили на пластинку. Сама емкость термоизолирована, а чёрная пластина является тепловоспринимающей, с помощью чего и выделяет тепло. Но КПД пластины около 8 процентов, поэтому она также покрыта слоем аморфных полупроводников. Плоские коллекторы на солнечных лучах применяют для того, чтобы подогревать воду в бассейне, для отопления комнат и других бутовых потребностей. В жидкостных типах коллекторов главным теплоносителем оказывается вода. Подобные коллекторы разделают на остеклённые и неостеклённые, с замкнутыми и разомкнутыми системами теплообмена.

Воздушный коллектор намного дешевле собственных конкурентов. Они обычно не замерзают в зимний период, не текут. Их применяют для того, чтобы сушить сельскохозяйственные продукты. Отличают еще такую разновидность коллекторов, как концентратор, который отличается от коллекторов с помощью концентрации света от солнца. Это осуществляется с помощью зеркальных поверхностей, направляющих лучи солнца на поглотитель. Главным недостатком подобных устройств является невозможность осуществления работ в пасмурную погоду, поэтому их применяют в областях с теплым климатом. Солнечные печи с дистилляторами. Дистиллятор работает на способе испарения жидкости, таким образом, не только испаряет теплоэнергию, а также чистит жидкость. Солнечные печи, кроме того, применяют и для обогрева, и для стерилизации жидкости.

Солнечные коллекторы основаны из двух областей: светоулавливателей и теплообменных аккумуляторов, преобразующих энергию радиации в тепловую энергию и передающих её теплоносителям. Коллектор бывает вакуумный, трубный и плоский. В двух первых конструкциях они чем-то похожи на термос: имеется труба, которая вставлена в иную, а между ними есть вакуум, который создает хорошую теплоизоляцию. С помощью цилиндрических форм труб, лучи солнца оказываются на них перпендикулярным образом и могут передавать много энергии.

Схема солнечного колектора

В качестве теплоносителя в подобных конструкциях используется простая вода. С помощью такой воды можно отапливать комнату и использовать ее в бытовых нуждах. При этом не выделяется углекислый газ в воздух, что довольно актуально на сегодняшний день. Кроме того, не нужно каких-то затрат на покупку топлива, а эффективность солнечных коллекторов равна примерно 78 процентам. На большей территории нашей страны во время зимних и осенних периодов в среднем в течение суток солнце вырабатывает около 4,5 кВтч/м2, что дает возможность маленьким коллектором с габаритами примерно 2 на 2 метра нагревать каждый день до ста литров жидкости.

Для всесезонного использования солнечный коллектор своими руками необходимо сделать с обширной поверхностью, она должна иметь схему из двух контуров с антифризом и дополнительными теплообменниками. Так, с помощью грамотного использования солнечной энергии, как показано на видео, вы получите тепло в течение полугода.

Как сделать солнечный коллектор в домашних условиях?

Самым универсальным вариантом такой конструкции является создание болгарского инженера Станислава Станилова. Главный принцип работы этого коллектора — это применение парниковых эффектов. Коллектор является помещённым в теплоизолированные деревянные коробки трубчатым радиатором, который сварен стальными трубами. Для того чтобы подводить и отводить воду, используют водопроводные трубы, диаметр которых 1 либо ¾ дюйма.

Изготовление такой техники не составит труда. И если посмотреть процесс изготовления на видео, то можно спокойно его сделать и самому. Устройство несложное, поэтому оно применяется в разных целях. Коробка теплоизолирована с любых сторон посредством пенопласта либо экологичной ваты. В частности, тщательно изолируется основание, в которое на изоляцию кладут лист оцинкованного железного кровельного материала, куда ставят радиатор. Его закрепляют в коробке с помощью стальных хомутов.

Лист из металла с радиатором перекрашивают в чёрный цвет, а коробка со всех сторон, за исключением крышки из стекла, перекрашивается в белый цвет. Покровное стекло, сквозь которое пройдут к радиатору солнечные лучи, отлично герметизируется. В качестве накопителя тепла тут используется бочка из металла, помещенная в дощатую либо фанерную коробку, в полости которой кладется экологичная вата, сухие опилки, керамзит, а также песок.

Читать еще: Как построить собачью конуру?

Видео изготовления солнечного коллектора своими руками

Рассмотрим этапы изготовления солнечного коллектора своими руками:

Из досок нужно сколотить короб, основание которого необходимо усилить с помощью брусьев.
На основание необходимо уложить теплоизоляцию, к примеру такую, как пенопласт или минеральная вата, сверху кладут железный лист либо жесть.
На него потом нужно положить радиатор и закрепить с помощью хомута из стальных полос.
Все соединения нужно герметизировать, а стыки и щели замазывать.
Трубы радиатора с металлическими листами красят черной краской.
Короб с баком для жидкости нужно покрасить серебристой краской. Емкость для воды кладут в теплоизолированное помещение либо бочку (между баком со стенами короба нужно насыпать теплоизоляционные материалы).
Для того чтобы создать постоянное небольшое давление, нужно купить специальную аквакамеру, у которой поплавковый клапан, вроде бачка унитаза. Его вы можете приобрести в сантехническом магазине.
На чердаке постройки под каркасом необходимо разместить аквакамеру с накопителем воды, то есть емкость вроде бака. Аквакамеру необходимо поместить над баком примерно на расстоянии 0,8 метра.
Коллектор необходимо разместить на крыше с южной стороны постройки под наклоном около 45 градусов к горизонту.
Коллектор самодельный готовится так, а потом необходимо соединить всю систему друг с другом с помощью труб: они должны быть полудюймовыми, при этом их следует монтировать в высоконапорную часть систем. С помощью дюймовых труб нужно монтировать низконапорные элементы. Минимальное число труб должно быть не менее 12, однако, исходя из расстояния между элементами коллектора, пригодится примерно 16 труб.

Чтобы не появились воздушные пробки, систему нужно заполнить с помощью воды. При заполнении всей системы жидкостью, из дренажной трубки аквакамера польётся вода.
Нужно открыть вентиль в трубе для того, чтобы заполнить емкость.
Жидкость постепенно нагреваться. Прогретая вода стекает вверх, при этом вытесняет холодную воду, и та автоматически оказывается в радиаторе.
Как только используют воду, поплавковые клапаны в аквакамере начнут работать, и холодная жидкость вновь окажется в нижней области системы. Смешивания жидкости не происходит.
Ночью лучше остановить доступ воды в емкость, чтобы не могли возникнуть теплопотери.

Солнечные концентраторы: недостатки, преимущества, проблемы.

Вкратце:
1) Мощность CSP (Concentrated Solar Power) станций во всем мире увеличилась на 1 ГВт в 2012 году. Ежегодно этот рынок растет на величину > 100% (не опечатка!).
2) Установленные мощности: 2.8 ГВт, Строится 2.9, планируется 7 ГВт.
3) Наиболее популярная это технология параболических рефлекторов, но набирают силу концентроторы-башни и концентраторы на линзах Френеля .

Теперь подробнее. Рынок растет так:

(светло коричневым и коричневым: установленная и устанавливаемая в год мощность (ГВт) CSP. Источник: Photon International 12/2012)

Как будут развиваться CSP технологии? Смотрим на эту картинку:

(пояснение “легенды” слева -на-право: общий, параболические рефлекторы, башни, параболические тарелки, линейные отражатели Френеля. Диаграмма первая – на конец 2012 года, вторая: строится, посленяя: запланировано)

Очевидно, что параболические рефлекторы “сегодня”, но башни-концентраторы будут популярны “завтра”. Самый большой возводимый проект в этой области на сегодня это Ivanpah Solar Electric Generating Station 392 МВт в южной Калифорнии. 170000 зеркал будут фокусировать свет на башни.

CLFR постепенно отвоёвывают рынок: наблюдается рост с 1 до 7%. Самый большой проект в этой области это 100 МВт в Раджастане от Avera Solar.

Что такое параболические рефлекторы?

Это система, где параболические зеркала, поворачиваясь вдоль своей оси фокусируют солнечные лучи на теплопоглощающей трубке. Такая система позволяет концентрировать в 100 раз и нагревать носитель тепла (специальное масло) до 400 градусов. Через обменник тепла горячее масло отдает энергию пару который, в свою очередь, вращает турбину. Новые системы в этой области могут включать аккумулятор в виде бака с расплавленной солью (до 8 часов). Система уже хорошо известна (с 80х) .

Недостатки и достоинства:

опробованная технология.
Но, высокие затраты относительно других, “зеленых” источников (например ФВ).
Но, низкая температура теплоносителя.
Но, в некоторых случаях такие системы требуют обеспечение водой, что не просто в условиях пустыни.
Но, место установки не должно иметь уклона больше 1%.

Что такое концентраторы – башни?
Это система, где зачастую тысячи поворачиваемых зеркал отслеживают солнце и фокусируют энергию на энергоприемник. Можно концентрировать энергию в 1000 раз. Высота башни от 5- до 165 м. Зеркала от 1.1 до 120 квм. Температура от 440 до 550 градусов цельсия. Для передачи тепла используется вода или расплавленная соль.

Недостатки и достоинства:

Позволяют достичь более высоких температур, более высокая эффективность, ниже стоимость энергии чем у параболических рефлекторов.
Не требуют ультра плоских ландшафтов (могут быть установлены при градиенте в 5%).
Запас энергии в баке с расплавленной солью до 15 часов.
Но, истоиря использования таких систем короче и следовательно риск кредитования выше.
Но, цена остается все еще высокой.

Что такое системы концентраторов с линейными отражатели Френеля?
Это более простые системы по сравнению с параболическими каналами. Концентрируют свет в 30 раз, а вместо масла используют воду для теплопередачи.

Недостатки и достоинства:
Простой дизайн, низкая стоимость энергии.
Но, высокий технологический риск: технология еще не опробована как параболические рефлекторы.

на сегодняшний день концентраторы борются за свое существование: дешевеющие и ставшими уже привычными солнечные панели давят на этот рынок.

1 установленный ватт от концентраторов на сегодня стоит около 5 $ (параболические концентраторы),
1 установленный ватт для башней-концентраторов около 7 $ ( цена остается такой же если энергия запасается в раслпаве песка на 6-7 часов, 10$ если запас на 12-15 часов).
1 установленный ватт для обычных панелей около 1 $.

Генерация 1 квтч обойдется в 14-35 центов. Согласно цели US Department of Energy, в 2020 стоимость эл. энергии от концентраторов на юге Калифорнии должна быть 6 центов.

Тем не менее не стоит забывать, что это намного более молодая отрасль которая повторяет путь традиционной фотовольтаики сделанный 10 лет назад. Потенциал для снижения цен в этой области есть и я уверен, что “места под солнцем” хватит всем технологиям.

Но я помню и оптимизм с которым Сименс взялся за концентраторы (недавно Сименс сообщил о прекращении работ в этой области) и я помню энтузиазм в области тонкопленочной кремниевой фотовольтаики. В обоих случаях окно возможностей закрылось с треском для многих карманов.

Поговорим о недостатках. Зеркала надо чистить. Более того их поверхность должна быть идеальна и должна оставаться такой все время работы станции.

(чистка параболического концентратора в Морокко. Самый популярный: 96% всех концентраторов это параболические. Фото: Photon International 12/2012)

Зеркала должны быть устойчивы к эрозии песком, например.