Кільцевий концентратор сонячної енергії креслення. Сонячні батареї та колектори: теорія, галузі застосування, робочі саморобки
Проблема використання сонячної енергіїз давніх часів займала найкращі уми людства. Було зрозуміло, що Сонце – це найпотужніший джерело дарової енергії, але як цю енергію використовувати, ніхто не розумів. Якщо вірити античним письменникам Плутарху і Полібію, то першою людиною, що практично використала сонячну енергію, був Архімед, який за допомогою винайдених ним деяких оптичних пристроїв зумів зібрати сонячні променіу потужний пучок і спалити римський флот.
По суті, пристрій, винайдений великим греком, був перший концентратор сонячного випромінювання, який зібрав сонячні промені в один енергетичний пучок. І у фокусі цього концентратора температура могла досягати 300 ° С - 400 ° С, що цілком достатньо для того, щоб спалахнути дерев'яні судна римського флоту. Можна тільки здогадуватися, який саме пристрій винайшов Архімед, хоча, за сучасним уявленням, варіантів у нього було лише два.
Вже сама назва пристрою – сонячний концентратор – говорить саме за себе. Цей прилад приймає сонячні промені та збирає їх у єдиний енергетичний пучок. Найпростіший концентратор всім знайомий з дитинства. Це звичайна двоопукла лінза, якою можна було випалювати різні фігурки, написи, навіть цілі картинки, коли сонячні промені збиралися такою лінзою в маленьку точку на дерев'яні дошки, аркуш паперу.
Ця лінза відноситься до так званих рефракторних концентраторів. Крім опуклих лінз до цього класу концентраторів належать також лінзи Френеля, призми. Довгофокусні концентратори, побудовані на основі лінійних лінз Френеля, незважаючи на свою дешевизну, практично використовуються дуже мало, тому що мають великими розмірами. Їхнє застосування виправдане там, де габарити концентратора не є критичними.
Рефракторний сонячний концентратор
Цього недоліку позбавлений призменного концентратора сонячного випромінювання. Більш того, такий пристрій здатний концентрувати також частину дифузного випромінювання, що значно підвищує потужність світлового пучка. Тригранна призма, на основі якої побудований такий концентратор, є і приймачем випромінювання та джерелом енергетичного пучка. У цьому передня грань призми приймає випромінювання, задня грань – відбиває, та якщо з бічної грані вже виходить випромінювання. В основу роботи такого пристрою закладено принцип повного внутрішнього відображенняпроменів доти, як вони потраплять на бічну грань призми.
На відміну від рефракторних, рефлекторні концентратори працюють за принципом збору в енергетичний пучок відбитого сонячного світла. За своєю конструкцією вони поділяються на плоскі, параболічні та параболоциліндричні концентратори. Якщо говорити про ефективність кожного з цих типів, то найвищий ступіньконцентрації – до 10 000 – дають параболічні концентратори. Але для побудови систем сонячного теплопостачання використовуються переважно плоскі або параболоциліндричні системи.
Параболічні (рефлекторні) сонячні концентратори
Практичне застосування сонячних концентраторів
Основне завдання будь-якого сонячного концентратора - зібрати випромінювання сонця в єдиний енергетичний пучок. А скористатися цією енергією можна різними шляхами. Можна даровою енергією нагрівати воду, причому, кількість нагрітої води визначатиметься розмірами та конструкцією концентратора. Невеликі параболічні пристрої можна використовувати як сонячну печі для приготування їжі.
Параболічний концентратор як сонячна печі
Можна використовувати їх для додаткового освітлення сонячних батарей для підвищення вихідної потужності. А можна використовувати як зовнішнє джерело тепла для двигунів Стірлінга. Параболічний концентратор забезпечує у фокусі температуру близько 300°С – 400°С. Якщо у фокусі такого порівняно невеликого дзеркала помістити, наприклад, підставку для чайника, сковороди, то вийде сонячна піч, де дуже швидко можна приготувати їжу, закип'ятити воду. Поміщений у фокусі нагрівач з теплоносієм дозволить досить швидко нагрівати навіть проточну воду, яку потім можна використовувати з господарською метою, наприклад, для душу, миття посуду.
Найпростіша схема нагрівання води сонячним концентратором
Якщо у фокусі параболічного дзеркала помістити відповідний за потужністю двигун Стірлінга, то можна отримати невелику теплову електростанцію. Наприклад, фірма Qnergy розробила та пустила в серію двигуни Стірлінга QB-3500, які призначені для роботи із сонячними концентраторами. По суті, правильніше було б їх назвати генераторами електричного струму на базі двигунів Стірлінга. Цей агрегат виробляє електричний струмпотужністю 3500 Вт. На виході інвертора стандартна напруга 220 вольт 50 герц. Цього цілком достатньо, щоб забезпечити електрикою будинок для сім'ї із 4 осіб, дачу.
До речі, використовуючи принцип роботи двигунів Стірлінга, багато умільців своїми руками роблять пристрої, в яких використовується обертальний або зворотно-поступальний рух. Наприклад водяні насоси для дачі.
Основний недолік параболічного концентратора полягає в тому, що він має бути постійно орієнтований на сонце. У промислових установках гелія застосовуються спеціальні системи стеження, які повертають дзеркала або рефрактори слідом за рухом сонця, забезпечуючи тим самим прийом і концентрацію максимальної кількості сонячної енергії. Для індивідуального використання навряд чи буде доцільним застосовувати подібні пристрої, що слідкують, так як їх вартість може значно перевищувати вартість простого рефлектора на звичайній тринозі.
Як зробити самому сонячний концентратор
Найпростіший спосіб виготовлення саморобного сонячного концентратора – це використовувати стару тарілкувід супутникової антени. Спочатку потрібно визначитися, для яких цілей буде використовуватися цей концентратор, а потім, виходячи з цього, вибрати місце встановлення та підготувати відповідним чином основу та кріплення. Ретельно вимити антену, висушити, на приймальну сторону тарілки наклеїти дзеркальну плівку.
Щоб плівка лягла рівно, без зморшок і складок, її слід розрізати на смужки шириною трохи більше 3 – 5 сантиметрів. Якщо передбачається використовувати концентратор як сонячної печі, то рекомендується в центрі тарілки вирізати отвір діаметром приблизно 5 – 7 сантиметрів. Через цей отвір буде пропущено кронштейн із підставкою для посуду (конфоркою). Це забезпечить нерухомість ємності з готується при повороті рефлектора на сонці.
Якщо тарілка невеликого діаметру, то рекомендується ще й смужки розрізати на шматочки завдовжки приблизно по 10 см. Наклеювати кожен шматочок окремо, ретельно підганяючи стики. Коли відбивач буде готовий, слід встановити на опору. Після цього потрібно буде визначити точку фокусу, оскільки точка оптичного фокусу біля тарілки супутникової антени не завжди збігається з позицією приймальної голівки.
Саморобний сонячний концентратор – піч
Щоб визначити точку фокусу, необхідно озброїтися темними окулярами, дерев'яною дощечкою та товстими рукавичками. Потім потрібно направити дзеркало прямо на сонце, зловити на дощечку сонячний зайчик і, наближаючи чи видаляючи дощечку щодо дзеркала, знайти точку, де цей зайчик матиме мінімальні розміри – невелику точку. Рукавички потрібні для того, щоб уберегти руки від опіку, якщо вони ненароком потраплять у зону дії променя. Ну, а коли точку фокусу буде знайдено, її залишиться лише зафіксувати та монтувати необхідне обладнання.
Варіантів самостійного виготовленнясонячних концентраторів існує безліч. Так само з підручних матеріалів можна змайструвати і двигун Стірлінга. А вже використовувати цей двигун можна для різних цілей. На скільки вистачить фантазії, бажання та терпіння.
Велика кількість вільної енергіїсонця, води та вітру та багато іншого з того, що може дати природа, люди використовують давно. Для когось це хобі, а хтось не може вижити без пристроїв, які можуть отримувати енергію “з повітря”. Наприклад, в африканських країнахсонячні батареї давно стали рятівним супутником для людей, у посушливих селах впроваджуються системи зрошення на сонячних батареях, встановлюються “сонячні” насоси на колодязі та ін.
У європейських країнахсонце не світить так яскраво, але літо досить спекотне, і дуже шкода, коли дармова енергія природи зникає даремно. Існують вдалі розробки печей на сонячній енергії, але в них використовуються цілісні або збірні дзеркала. Це по-перше дорого, по-друге, обтяжує конструкцію і тому не завжди зручно в експлуатації, наприклад, коли потрібна мала вага готового концентратора.
Цікаву модель саморобного параболічного сонячного концентратора створив талановитий винахідник.
Для її виготовлення не потрібні дзеркала, тому вона дуже легка і не буде важким вантажем у поході.
Для створення саморобного сонячного концентратора на основі плівки потрібно зовсім небагато речей. Усі вони продаються на будь-якому речовому ринку.
1. Дзеркальна плівка, що самоклеїться. Вона має рівну блискучу поверхню і тому є чудовим матеріалом для дзеркальної частини сонячної печі.
2. Лист ДСП і такий самий за розміром лист оргаліту.
3. Тонкий шланг та герметик.
Як зробити сонячну піч?
Спочатку з деревинно-стружкової плити потрібного вам розміру електролобзиком вирізаються два кільця, які треба приклеїти один до одного. На фото та відео фігурує одне кільце, але автор вказує, що пізніше він додав друге кільце. За його словами, можна було б обмежитися одним, але довелося збільшити простір для формування достатньої увігнутості параболічного дзеркала. В іншому випадку фокус променя розташовуватиметься надто далеко. Під розмір кільця вирізається коло з оргаліту на формування задньої стінки сонячного концентратора.
Кільце слід приклеїти до оргаліту. Обов'язково добре промажте герметиком. Конструкція має бути повністю герметичною.
Збоку акуратно, щоб були рівні краї, проробіть невеликий отвір, в який щільно вставте тонкий шланг. Для герметичності з'єднання шланга і кільця можна обробити герметиком.
Поверх кільця натягніть дзеркальну плівку.
Відкачайте повітря з корпусу установки і таким чином сформуйте дзеркало. Шланг загніть та затисніть прищіпкою.
Зробіть зручну підставкудля готового концентратора Енергії цієї установки достатньо, щоб розплавити алюмінієву банку.
Увага! Параболічні сонячні відбивачі можуть бути небезпечними і можуть при необережному поводженні призвести до опіків та ушкоджень очей!
Перегляньте процес виготовлення сонячної печі на відео.
Використано матеріал із сайту забацай.ру. Як зробити сонячну батарею – .
За принципом роботи сонячні концентратори дуже відрізняються від . Мало того, сонячні електростанції теплового типу набагато ефективніші за фотоелектричні в силу ряду особливостей.
Завдання сонячного концентратора – сфокусувати сонячне проміння на ємності з теплоносієм, Яким можуть виступати, наприклад, масло або вода, що добре поглинають сонячну енергію. Методи концентрації бувають різними: параболоциліндричні концентратори, параболічні дзеркала або геліоцентричні установки баштового типу.
В одних концентраторах випромінювання сонця фокусується вздовж фокальної лінії, в інших – у фокусній точці, де розташований приймач. Коли сонячне випромінюваннявідбивається з більшої поверхні меншу поверхню (на поверхню приймача), досягається висока температура, теплоносій поглинає тепло, рухаючись через приймач. Система в цілому містить також акумулюючу частину та систему передачі енергії.
Ефективність концентраторів сильно знижується під час хмарності, оскільки фокусується лише пряме сонячне випромінювання. Саме з цієї причини такі системи досягають самого високого ККДу регіонах, де рівень інсоляції особливо високий: у пустелях, у районі екватора. Для підвищення ефективності використання сонячного випромінювання концентратори оснащуються спеціальними трекерами, що стежать системами, що забезпечують максимально точну орієнтацію концентраторів у напрямку сонця.
Оскільки вартість сонячних концентраторів висока, а слідчі системи вимагають періодичного обслуговування, їх застосування переважно обмежене промисловими системами генерації електроенергії.
Такі установки можуть використовуватися в гібридних системах у сукупності, наприклад, з вуглеводневим паливом, тоді акумулююча система забезпечить зниження собівартості електрики. Це стане можливим, оскільки генерація відбуватиметься цілодобово.
Параболоциліндричні сонячні концентраторибувають у довжину до 50 метрів, вони мають вигляд витягнутої дзеркальної параболи. Такий концентратор складається з масиву увігнутих дзеркал, кожне з яких збирає паралельне сонячне проміння, і фокусує їх у конкретній точці. Уздовж такої параболи розташовується труба з теплоносієм так, що на неї і фокусуються всі відбиті дзеркалами промені. Щоб знизити втрати тепла, трубу оточують скляною трубкою, яка простягнута вздовж лінії фокусу циліндра.
Такі концентратори розташовуються рядами у бік північ-південь, і вони, безумовно, оснащуються системами стеження сонцем. Сфокусоване в лінію випромінювання нагріває теплоносій майже до 400 градусів, він проходить через теплообмінники, виробляючи пар, який і обертає турбіну генератора.
Задля справедливості варто відзначити, що на місці труби може бути розташований і фотоелемент. Однак, незважаючи на те, що з фотоелементами, розміри концентраторів можуть бути меншими, це може призвести до зменшення ККД і проблеми перегріву, для вирішення якої потрібна розробка якісної системиохолодження.
У пустелі штату Каліфорнія у 80-ті було споруджено 9 електростанцій на параболоциліндричних концентраторах, сумарною потужністю 354 МВт. Потім ця ж компанія (Luz International) звела ще й гібридну станцію SEGS I в Деггетті, потужністю 13,8 МВт, яка включала додатково печі на природному газі. Загалом станом на 1990 рік компанією було побудовано гібридних електростанцій на сумарну потужність 80 МВт.
Розвиток сонячної генерації на параболоциліндричних електростанціях ведеться в Марокко, Мексиці, Алжирі та інших країнах за фінансування Світового банку.
Фахівці в результаті укладають, що сьогодні параболоциліндричні електростанції поступаються як за рентабельністю, так і за ефективністю сонячних електростанцій баштового та тарілчастого типу.
– це, схожі на супутникові тарілки, параболічні дзеркала, якими сонячні промені фокусуються на приймач, що у фокусі кожної такої тарілки. При цьому температура теплоносія за даної технології нагрівання досягає 1000 градусів. Рідкий теплоносій відразу подається до генератора або двигуна, який поєднаний із приймачем. Тут використовуються, наприклад, двигуни Стірлінга та Брайтона, що дозволяє значно підвищити продуктивність таких систем, оскільки оптична ефективність висока, а початкові витрати невисокі.
Світовим рекордом ефективності геліоустановки параболічного тарілчастого типу є 29% ККД, досягнутий при перетворенні теплової енергії в електричну, на тарілчастій установці, поєднаній з двигуном Стірлінга на Ранчо Міраж.
Завдяки модульному проектуванню, сонячні системи тарілчастого типу дуже перспективні, вони дозволяють легко досягати необхідних рівнів потужності як гібридних споживачів, підключених до комунальних електромереж, так і автономних. Прикладом може бути проект STEP, що складається з 114 дзеркал параболічної форми, що мають діаметр 7 метрів, розташований у штаті Джорджія.
Система виробляє пар середнього, низького та високого тиску. Пар низького тискуподається до системи кондиціювання трикотажної фабрики, пар середнього тиску – для самого трикотажного виробництва, а пар високого тиску – безпосередньо для генерації електрики.
Безумовно, тарілчасті сонячні концентратори, об'єднані із двигуном Стірлінга, цікавлять власників великих енергетичних компаній. Так корпорація "Science Applications International Corporation", у співпраці з трійкою енергетичних компаній, розробляє систему з використанням двигуна Стірлінга та параболічних дзеркал, яка зможе виробляти 25 кВт електроенергії.
У сонячних електростанціях баштового типу з центральним приймачем, сонячне випромінювання фокусується на приймач, розташований у верхній частині башти. Навколо вежі в велику кількістьрозставлені відбивачі-геліостати. Геліостати мають двовісну систему стеження за сонцем, завдяки якій вони завжди повернені так, що промені нерухомо сконцентровані на теплоприймачі.
Приймач поглинає теплову енергіюяка потім обертає турбіну генератора.
Рідкий теплоносій, циркулюючи в приймачі, передає пар тепловому акумулятору. Зазвичай працює водяна пара з температурою 550 градусів, повітря та інша газоподібна речовина з температурою до 1000 градусів, органічні рідини з низькою температурою кипіння – нижче 100 градусів, а також рідкий метал – до 800 градусів.
Залежно від призначення станції, пара може обертати турбіну для вироблення електроенергії, або безпосередньо використовуватись на якомусь виробництві. Температура у приймачі варіюється в діапазоні від 538 до 1482 градусів.
Баштова електростанція Solar One в Південній Каліфорнії, одна з перших станцій такого типу, спочатку виробляла електроенергію за допомогою водно-парової системи, видаючи 10 МВт. Потім вона зазнала модернізації, і вдосконалений приймач, який тепер працює на розплавлених солях і теплоакумулююча система стали значно ефективнішими.
Це призвело до того, що баштові електростанції з теплоакумулятором ознаменували прорив у технологіях сонячних концентраторів: електроенергія в такій електростанції може вироблятися в міру потреби, оскільки теплоакумулююча система може зберігати тепло до 13 годин.
Технологія розплавленої солі дає можливість зберігати сонячне тепло за температури 550 градусів, і електроенергія тепер може вироблятися у будь-який час доби та за будь-якої погоди. Баштова станція "Solar Two" потужністю 10 МВт стала прототипом промислових електростанцій такого типу. У перспективі будівництво промислових станцій потужностями від 30 до 200 МВт для великих промислових підприємств.
Перспективи відкриваються колосальні, проте розвиток гальмується через потребу в великих площах, та чималої вартості зведення баштових станцій промислових масштабів. Наприклад, для того, щоб розмістити 100 мегаватну баштову станцію, потрібно 200 га, у той час як для атомної електростанціїщо може виробляти 1000 мегават електроенергії, потрібно всього 50 га. Параболоциліндричні станції (модульного типу) на невеликі потужності, у свою чергу, рентабельніші за баштові.
Таким чином, баштові та параболоциліндричні концентратори підходять для електростанцій потужністю від 30 МВт до 200МВт, які з'єднані з мережею. Модульні тарілчасті концентратори підійдуть для автономного електропостачання мереж, яким потрібно лише кілька мегават. Як баштові, так і тарілчасті системи дороги у виробництві, проте дають дуже високий ККД.
Як бачимо, параболоциліндричні концентратори займають оптимальне положення як найперспективнішу з технологій сонячних концентраторів на найближчі роки.
Основним завданням сонячного колекторає перетворення отриманої від сонця енергії на електрику. Принцип роботи та конструкція обладнання нескладні, тому технічно зробити його легко. Як правило, отриману енергію використовують для обігріву будівель. Виготовлення сонячного колектора для опалення будинку власноруч необхідно починати з підбору всіх комплектуючих.
- використання різних рідин;
- повітряні конструкції.
- підтримання тиску в системі;
- заміни аванкамери;
- розподілу нагрітої води
Показати все
Конструкція та принцип роботи
Опалення будинку за допомогою перетворення сонячної енергії на електричну використовується, як правило, як додаткове джерело тепла, а не основного. З іншого боку, якщо встановити конструкцію великої потужності, а всі прилади в будинку переобладнати під електрику, можна обійтися тільки сонячним колектором.
Але варто пам'ятати, що опалення за допомогою сонячних колекторів без додаткових джерелтепла можливо лише у південних регіонах. При цьому панелей має бути чимало. Їх необхідно розташовувати таким чином, щоби на них не падала тінь (наприклад, від дерев). Розміщувати панелі слід лицьовою стороною у напрямку, що максимально освітлюється сонцем протягом усього дня.
Концентратори сонячної енергії
Хоча сьогодні існує багато різновидів таких пристроїв, принцип роботи у всіх однаковий. Будь-яка схема забирає сонячну енергію і передає її споживачеві, являючи собою контур із послідовним розташуванням приладів. Комплектуючими, що виробляють електроенергію, є сонячні батареї чи колектори.
Колектор складається з трубок, які послідовно з'єднані з вхідним та вихідним отвором. Також вони можуть розташовуватися у вигляді змійовика. Усередині трубок знаходиться технічна вода або суміш води та антифризу. Іноді вони наповнюються просто повітряним потоком. Циркуляція здійснюється завдяки фізичним явищам, таким як випаровування, зміна агрегатного стану, тиск та щільність.
Абсорбери виконують функцію збирання енергії сонця. Вони мають вигляд суцільних металевих пластин чорного кольору або конструкції з безлічі пластин, з'єднаних між собою трубками.
Для виготовлення кришки корпусу використовують матеріали із високою пропускною здатністю світла. Найчастіше це або оргскло, або загартовані види звичайного скла. Іноді використовуються полімерні матеріали, але виготовлення колекторів із пластику не рекомендується. Пов'язано це з великим розширенням від нагрівання сонцем. В результаті може статися розгерметизація корпусу.
Якщо система буде експлуатуватися тільки восени та навесні, то як теплоносій можна використовувати воду. Але в зимовий часїї необхідно замінити на суміш антифризу та води. У класичних конструкціях роль теплоносія відіграє повітря, яке рухається каналами. Їх можна зробити зі звичайного профлиста.
Досвід експлуатації сонячної батареї, виготовленої самостійно (сонячна батарея частина 3).
Якщо колектор необхідно встановлювати для обігріву невеликої будівлі, яка не підключена до автономної системиопалення приватного будинку або централізованих мереж, то підійде проста системаз одним контуром та нагрівальним елементомна її початку. Схема проста, але доцільність її установки оспорюється, оскільки працюватиме вона лише сонячним літом. Однак для її функціонування не потрібні циркуляційні насоси та додаткові нагрівачі.
При двох контурах все набагато складніше, але кількість днів, коли активно вироблятиметься електроенергія, збільшується в кілька разів. При цьому колектор оброблятиме лише один контур. Більша частинанавантаження покладається на один пристрій, який працює на електроенергії або іншому виді палива.
Хоча продуктивність пристрою залежить від кількості сонячних днів у році, а ціна на нього завищена, воно все одно користується великою популярністю серед населення. Не менш поширеним є виробництво сонячних теплообмінників своїми руками.
Класифікація за температурними показниками
Геліосистеми класифікуються за різними критеріями. Але в приладах, які можна виготовити самостійно, слід звернути увагу на вид теплоносія. Такі системи можна поділити на два типи:
Перші застосовуються найчастіше. Вони більш продуктивні і дозволяють безпосередньо підключити колектор до опалювальної системи. Також поширена класифікація за температурою, в межах якої може працювати пристрій:
Сонячна батарея своїми руками Part11
Останній вид геліосистем працює завдяки складному принципу передачі сонячної енергії. Обладнанню потрібно багато місця. Якщо розмістити його на заміській дачі, Тоді воно займе переважну частину ділянки. Для виробництва енергії знадобиться спеціальне обладнаннятому зробити таку сонячну системусамостійно буде практично неможливо.
Виготовлення своїми руками
Процес виготовлення сонячного обігрівача своїми руками є досить захоплюючим, а готова конструкція принесе багато користі господареві. Завдяки такому пристрої можна вирішити проблему обігріву приміщень, нагрівання води та інших важливих господарських завдань.
Матеріали для самостійного виробництва
Як приклад можна навести процес створення опалювального пристрою, який поставлятиме нагріту воду в систему. Найдешевшим варіантом виробництва сонячного колектора є використання як основні матеріали дерев'яного бруската фанери, а також плит ДСП. Як альтернативу можна використати алюмінієві профіліі металеві листи, але вони обійдуться дорожче.
Усі матеріали мають бути вологостійкими, тобто відповідати вимогам використання на свіжому повітрі. Якісно виготовлений та встановлений сонячний колектор може служити від 20 до 30 років. У зв'язку з цим матеріали повинні мати необхідні характеристики експлуатації для застосування протягом усього терміну. Якщо корпус створений із дерева або плит ДСП, тоді для продовження терміну служби його просочують водно-полімерними емульсіями та лаком.
Огляд: Саморобна сонячна панель(батарея).
Необхідні матеріали для виготовлення можна або купити на ринку у вільному доступі або зробити конструкцію з підручних матеріалів, які знайдуться в будь-якому господарстві. Тому основне, на що потрібно звертати увагу, – це ціна матеріалів та комплектуючих.
Облаштування теплоізоляції
Щоб зменшити втрату тепла, на дно короба укладається ізоляційний матеріал. Для нього можна використовувати пінопласт, мінеральну ватуі т.п. Сучасна промисловістьнадає великий вибіррізних утеплювачів. Наприклад, добрим варіантом стане використання фольги. Вона не тільки запобігатиме втраті тепла, але й відбиватиме сонячні промені, а значить, збільшить нагрівання теплоносія.
У разі використання пінопласту або полістиролу для утеплення можна вирізати для трубок канавки та монтувати їх таким чином. Як правило, абсорбер фіксується до днища корпусу і укладається по ізоляційного матеріалу.
Теплоприймач колектора
Теплоприймачем сонячного колектора виступає абсорбуючий елемент. Він являє собою систему, що складається з трубок, якими рухається теплоносій, та інших деталей, що виробляються зазвичай з листів міді.
Найкращим матеріалом для трубчастої частини є мідь. Але домашні умільці винайшли більше дешевий варіант - поліпропіленові шланги, які скручуються у спіральну форму. Для під'єднання до системи на вході та виході застосовуються фітинги.
Підручні матеріали та засоби дозволяється використовувати різні, тобто практично будь-які, які є у господарстві. Тепловий колектор своїми руками можна виготовити зі старого холодильника, поліпропіленових та поліетиленових труб, панельних радіаторів із сталі та інших підручних засобів. Важливим фактором при виборі теплообмінника є теплопровідність матеріалу, з якого він виготовлений.
Ідеальним варіантом створення саморобного водяного колектора є мідь. Вона має найвищу теплопровідність. Але використання мідних трубок замість поліпропіленових не означає, що пристрій видаватиме набагато більше. теплої води. На рівних умовах мідні трубкибудуть на 15-25% ефективнішими, ніж установка поліпропіленових аналогів. Тому застосування пластику теж є доцільним, до того ж він набагато дешевший за мідь.
При використанні міді або поліпропілену необхідно робити всі з'єднання (різьбові та зварені) герметичними. Можливе розташування труб – паралельне або у вигляді змійовика. Верх основної конструкції із трубками закривається склом. При формі у вигляді змійовика зменшується кількість сполук і, відповідно, можливе утворення витоків, а також забезпечується рівномірний рух теплоносія трубками.
Для покриття короба можна використовувати не лише скло. З цією метою застосовують напівпрозорі, матові або рифлені матеріали. Використовувати можна сучасні акрилові аналоги або монолітні полікарбонати.
При виготовленні класичного варіантаможна використовувати загартоване скло або оргскло, полікарбонатні матеріали тощо. Хорошою альтернативою стане застосування поліетилену.
Важливо враховувати, що використання аналогів (рифлених та матових поверхонь) сприяє зменшенню пропускної спроможності світла. У заводських моделях застосовують для цього спеціальне солярне скло. Воно має трохи заліза у своєму складі, що забезпечує низьку тепловтрату.
Накопичувальний бак установки
Щоб створити накопичувальний бак, можна використовувати будь-яку ємність об'ємом від 20 до 40 літрів. Також застосовується схема з кількома резервуарами, які з'єднуються між собою одну систему. Бак бажано утеплити, інакше підігріта вода швидко охолоне.
Якщо розібратися, акумуляції в цій системі немає, а нагрітий теплоносій необхідно використовувати відразу ж. Тому накопичувальна ємність використовується для:
Вочевидь, що сонячний колектор, зроблений своїми руками в домашніх умовах, не забезпечить якість та ефективність, характерні для моделей заводського виробництва. Використовуючи лише підручні матеріали, про високий коефіцієнт корисної діїне варто й казати. У промислових зразках такі показники у кілька разів вищі. Однак і фінансові витратистануть тут набагато менше, тому що використовуються підручні засоби. Зроблена своїми руками сонячна установка значно підвищить рівень комфорту заміському будинку, а також зменшить витрати на інші енергоресурси
Клімат середньої смугиРосії не балує її мешканців великою кількістю прямого сонячного світла. Абсолютно ясних сонячних днів протягом року буває небагато. В основному ж зазвичай мінлива хмарність, коли сонце з'являється на десяток - інший хвилин, а потім на цей же час ховається там і інтенсивність сонячної теплової енергії різко падає.
Все це вкрай несприятливо позначається на перспективах використання сонячної енергії для організації гарячого водопостачання на дачі чи заміському будинку. Сонячні колектори та водонагрівачі традиційної конфігурації просто фізично не здатні ефективно нагрівати воду. Тому що вони засновані на принципі безперервної циркуляції води з накопичувального бакав сонячний колектор і назад. І невеликий за площею сонячний колектор площею 1-2 кв. метра не здатний швидко нагріти великий об'єм води в кілька сотень літрів. Це легко доводиться найпростішими розрахунками.
Практично єдиним виходом організувати дійсно надійне гаряче водопостачання від сонячної енергії служить побудова сонячного колектора, що концентрує, з малим об'ємом води, що нагрівається в кожну одиницю часу. Логіка тут досить проста.
на кожен квадратний метрповерхні падає приблизно 800-1000 Ватт сонячної енергії. Візьмемо нижнє значення (з урахуванням відображення від самого сонячного колектора, воно, на жаль, не нульове). Отже, теплотворність нашого кип'ятильника 800 Ватт (або 2900 КДж). Теплоємність води дорівнює 4,2 КДж/кг*град. Тепер пригадаємо, за який час електричний чайник в 1,5 кВт потужності доводити ті 1,5 літра води, що в ньому міститься, до кипіння. За лічені хвилини! А якщо змусити його кип'ятити бочку води? Він її тільки нагріватиме години 3-4.
З іншого боку, нам не потрібна ціла бочка гарячої води і одразу. Нам щохвилини треба 2-3 літри всього. Вмитися, посуд помити... І напрошується така схема нагрівання води. Відносно малопотужним чайником ми швидко нагріваємо 1-2 літри води і зливаємо її в термос. Потім нагріваємо наступну порцію і знову зливаємо в термос і таке інше. А для своїх потреб ми використовуємо її із термоса. Тобто. робимо проточний водонагрівач із накопиченням результату його роботи. Такий він буде проточно-накопичувальний.
Така схема значно знижує вимоги щодо потужності власне нагрівача і водночас дозволить мати досить великий запас гарячої води у кілька десятків літрів.
Посудіть самі, навіть протягом 10-15 хвилин, коли світить сонце, ми отримаємо близько 200 Ватт-годин енергії від сонця. Це еквівалентно 720 кДж. Що дозволить нагріти до 50-60 градусів приблизно 4-5 літрів води (майже піввідра, між іншим). Наступного «виходу» сонця — ще 5 літрів, потім ще. І так далі протягом усього дня.
Причому що менше буде ємність нашого нагрівача, то ефективніше він використовуватиме сонячну енергію. Він ухитрятиметься вихоплювати сонячне тепло навіть якщо воно вискакуватиме всього на кілька хвилин! Як то кажуть, з паршивої вівці хоч вовни жмут. А якщо воно буде довгим, такий нагрівач перетвориться на кип'ятильник.
Зробити такий малоємний сонячний колектор можна двома способами. Перший зробити дуже плоский класичний колектор максимально великої площі. Наприклад, товщиною 1-2-3 см всього і площею 1-1,5 кв. метри. Але його ємність буде близько 20-40 літрів! Особливо маленьким його назвати. І щоб нагріти всю цю воду потрібно як мінімум годину сонця.
Другий варіант — зробити параболічний сонячний колектор, що концентрує, приблизно такої ж площі і з ємністю 2-3 літри! Тоді вода в ньому нагріватиметься лише за 5-8 хвилин! Усього півгодини сонця — і ми маємо ціле відро досить гарячої води! Більш того, колектор, що концентрує, здатний збирати і розсіяну сонячну енергію, коли промені розсіюються серпанком і хмарами.
Тепер перейдемо до конструкції. Багатьох лякає слово «параболічний», і вони думають, що зробити параболічний концентратор складно. Насправді зробити параболічне дзеркало зможе навіть школяр. До того ж колектор, що концентрує, набагато простіше навіть у фізичному плані. Не треба «заморочуватися» величезною та ламкою плоскою «каністрою». Домагатися її абсолютної герметичності, жорсткості, забезпечувати мінімальний гідродинамічний опір тощо. У параболічному сонячному водонагрівачі – колектор – простий плоский готовий металевий профільчи труба! Треба тільки зробити заглушки на торці та врізати пару футорок для введення – виведення води. Вся решта арматури і в тому й іншому випадку буде однакова. Саме параболічне дзеркало робиться зі звичайної фанери і обклеюється звичайною побутовою фольгою для запікання. Коефіцієнт її відображення ІЧ-променів становить 90-95%!
Існує досить простий спосіб для побудови параболи. На аркуші фанери ми малюємо прямий кут. Потім, по одній стороні, ми наносимо позначки через 1 одиницю вимірювання (наприклад через 100 мм, на малюнку – це букви). А за іншою – через 2 одиниці (тобто через 200 мм, на малюнку це цифри). Потім з'єднуємо позначки лініями а1 б2 в3 і т.д. Перетини ліній, що утворюються, і дадуть нам шукану параболу. Її звичайно треба згладити за допомогою лекала. І, зрозуміло, це лише половинка параболи, яка нам потрібна. Друга – дзеркальне відображення.
Тепер, наскільки може виглядати концентричний параболічний сонячний водонагрівач.
Ну, приблизно так.
Вода в колектор – нагрівач надходить під невеликим тиском із напірного бака. А на виході колектора встановлено клапан – термостат. Аналогічний за дією з того що встановлюється в контурах охолодження автомобілів. Тобто. він відкривається тоді, коли вода нагрівається до певної температури. Коли порція води, що знаходиться в колекторі, нагрівається, термостат відкривається і вода зливається в баки термоси. Як тільки вся гаряча водазіллється і почне йти прохолодна вода, то термостат відразу закриється і колектор почне гріти наступну порцію.
Щоб даремно не пропадало місце позаду параболічного дзеркала, баки - термоси встановлені у вільних нішах і ретельно теплоізольовані. Хоча, як розумієте, це лише варіант їх розташування. Їх можна встановити у будь-якому зручному місці, але важливо ретельно утеплити трубу, що веде до них від колектора.
Взагалі кажучи, параболічне дзеркало має не просто фокус, куди прямують усі відбиті промені, а так звану фокальну площину. Тому що якщо промені падають на параболічне дзеркало не перпендикулярно, то і відбиватимуться вони не по центру параболи. Тому в пристроях з параболічним дзеркалами роблять геліотрекери, які завжди повертають параболічне дзеркало суворо на сонці або переміщують колектор по фокальній площині (що на мій погляд, простіше).
У садово-дачних умовах це, на жаль, серйозно ускладнює конструкцію сонячного колектора, що концентрує. Або доведеться ставити якусь автоматику, або періодично, вручну, розгортати параболічне дзеркало суворо на сонці.
Певним рішенням у разі може бути не горизонтальне, а вертикальне розташування параболічного дзеркала. Адже сонце досить швидко переміщається горизонталлю, і дуже повільно по вертикалі. Тому, якщо зробити досить витягнуту параболу і розмістити колектор у її фокальній площині, то кілька годин поспіль на колектор падатиме весь обсяг відбитої сонячної енергії. А регулювання по вертикалі доведеться робити лише раз на тиждень-два, залежно від кута сонця над обрієм.
Але, звичайно, найефективнішим рішенням буде виготовлення геліотрекера, що повертає параболічне дзеркало безпосередньо на сонці.
Увага! Якщо ви реалізовуватимете подібний проект, у жодному разі не пробуйте температуру в зоні колектора рукою, «на дотик»!!! Температура у зоні нагріву досягає 200-300 градусів! Це все одно, що пробувати на дотик спіраль електроплитки. Під час моїх експериментів дерев'янка, внесена в зону нагріву, безшумно спалахувала практично миттєво. Досить містичне видовище, до речі.
Костянтин Тимошенко
Задати свої питання та обговорити конструкцію ви можете на
