Концентратор солнца своими руками. Зеркальные концентраторы, повышающие кпд, для солнечных коллекторов. Как сделать самому солнечный концентратор

Еще со времен начала нашего тысячелетия, возможность и способы использования энергии солнечных лучей заботили самые выдающиеся умы человечества. Уже тогда люди прекрасно понимали, что небесное светило по имени Солнце, является источником излучения неисчерпаемой энергии. Однако как «приручить» и использовать его в своих интересах в то далекое время не выяснил никто. Согласно дошедшим до наших дней источникам, писатели времен античности Плутарх и Полибий, указали, что человеком, который первым собственноручно написал чертежи и собрал работающее изобретение, был Архимед.

По своей сути, изобретение мудрого греческого инженера, которое он собрал своими руками – это первый созданный на планете Земля параболический концентратор на основе солнечной энергии, принцип действия которого состоял в концентрации излучения в одном небольшом пучке.

В районе воздействия такого пучка уровень температуры мог достигать от 300 до 400 градусов Цельсия. Такой энергии, сконцентрированной на корпусе любого из кораблей римского военного флота (который в то время полностью состоял из дерева), было бы достаточно для возгорания морского судна. Сегодня можно только делать предположения насчет того, какое конкретно изобретение дал миру Архимед, но исходя из современных знаний и представлений о технологиях и достижениях в данной области энергетики, было только два возможных варианта.

Начнем с того, что само наименование, которое получило изобретение – это солнечный концентратор, такое название говорит за себя само.

Линза, выпуклая с обеих сторон – это пример простейшего концентратора

Это устройство, которое путем улавливания солнечного излучения определенным изгибом поверхности концентрирует лучи в одной точке, добиваясь кратных показателей увеличения энергии. Все мы помним из своего юного прошлого обычную линзу, выпуклую с обеих сторон – это пример простейшего концентратора. В солнечную погоду, регулируя своими руками угол падения излучения солнца, можно было выжечь на деревянной поверхности или на бумаге все, что приходило в голову, любую фигуру или надпись.

Такая линза принадлежит к группе рефракторных концентраторов. В дополнение к выпуклым линзам, к этой же группе концентраторов относят и линзы Френеля, представляющие собой призму. Длиннофокусные концентраторы собираются с использованием так называемых линейных линз. Такие концентраторы очень недорогие и их легко собрать своими руками, не прибегая к помощи квалифицированного инженера (если вы решите это сделать, в сети закачано достаточное количество видео, запрос – homemade solar reflector). Однако в практике они используются совсем нечасто, одна из причин этого – их довольно крупные габариты. Такие концентраторы, в том числе и самодельные, применяют в тех местах, где сделать это позволяют площади и занимаемое ими пространство, не являющимися критичным для его обладателя.

Такой недостаток отсутствует у призменного концентратора солнечного излучения. Кроме того, это оборудование может частично концентрировать и часть диффузионного излучения, тем самым в значительной мере увеличивая мощность создаваемого энергетического лучевого потока. Трехгранная призма, с применением которой строится данный механизм, одновременно осуществляет функции и инициатора излучения точки концентрации луча, и приема этого излучения. В дополнение ко всему задняя грань многогранника отражает поток энергии принятого передней гранью солнечного излучения, а боковая грань отвечает за выдачу излучения. В принципе работы этого оборудования заложен механизм максимального отражающего воздействия на солнечные лучи до момента их попадания на боковую грань.

Рефлекторный солнечный концентратор solar в сравнении с рефракторными функционирует путем объединения энергии пучка отраженной солнечной радиации. Исходя из формы конструкции, такие концентраторы делятся на подвиды и называются параболоцилиндрическими и параболическими. Если разбираться в показателях коэффициента полезного действия этих устройств, то самым мощным источником энергии будет параболический концентратор, он выдает до 10 тысяч единиц концентрации.

Параболический концентратор выдает до 10 тысяч единиц концентрации

Однако для создания энергетических солнечных систем теплоснабжения (особенно для отопления зимой) в большей степени прибегают к установке параболоцилиндрических или плоских устройств, к тому же такую систему легко монтировать и своими руками.

Солнечные концентраторы их практическое использование и применение

В принципе, главная функция солнечных концентраторов любой конструкции – это сбор поступающего от солнца излучения и его сосредоточение в одной точке. Определить область применения данной энергии – выбор хозяина этого оборудования. Используя совершенно бесплатную и возобновляемую энергию, можно разогревать воду для хозяйственных нужд и нужд гигиены. Количество нагреваемой воды будет зависеть только от размеров тарелки и общей конструкции концентратора. Параболические концентраторы небольших размеров могут быть использованы в качестве печи для приготовления продуктов, которая будет работать исключительно на сконцентрированной солнечной радиации.

Зимой концентраторы можно применить в качестве дополнительного источника солнечного света для фотоэлектрических солнечных батарей, тем самым повышая их выходную мощность в условиях недостатка солнечного излучения.

Параболические концентраторы могут быть использованы в качестве печи для приготовления продуктов

На самом деле применение в целях повышения эффективности кристаллических батарей – довольно неплохая идея, учитывая невысокую стоимость концентраторов. Тем более что патент на такую конструкцию вам не понадобится. Получится своеобразная система электроснабжения homemade solar.

Возможно также применение устройства как автономного источника энергии для двигателя Стирлинга (патент на такой двигатель его изобретателем был получен уже очень давно). Концентраторы группы параболических создают в точке сбора солнечных лучей температуру в диапазоне от 300 до 400 °C.

Если в область концентрации лучей, идущих от сравнительно небольшой тарелки, поставить металлическую подставку для посуды и поместить на нее чайник, без проблем можно вскипятить воду без использования электричества. Разместив нагреватель в точке концентрации энергии, вы довольно быстро разогреете и проточную воду в достаточно больших объемах для дальнейшего использования в хозяйственных нуждах. Сможете полить огород, помыть посуду, принять душ.

Разместив в фокусе луча правильно подобранный по мощности двигатель Стирлинга, вы получите небольшую тепловую и электрическую станцию.

Двигатели Стирлинга созданы для того, чтобы работать в паре с солнечным концентратором

К примеру, одна компания под названием Qnergy разработала и зарегистрировала патент, запустив в серийное производство двигатели Стирлинга QB-3500, которые созданы специально для того, чтобы работать в паре с солнечным концентратором solar reflector. По своей сути такое устройство можно считать генератором электрического тока, где основную функцию выполняет двигатель Стирлинга. Отметим, что такая система также требует наличия аккумуляторных батарей для накапливания полученной энергии. Такая электростанция осуществляет выработку электрического тока мощностью 3500 Вт. Инвертор на выходе выдает стандартное напряжение в 220 вольт, частотой 50 Гц. Такой мощности электрического тока вам хватит для полного обеспечения нужд дома, в котором проживает семья из четырех человек. Эффективно применение подобных батарей и для дачного дома. Установленный на вашем участке концентратор будет иметь внешний вид спутниковой антенны, не нарушая внешнюю эстетику.

Кстати, одним из производителей был зарегистрирован патент устройства, где, применяя принцип работы двигателя Стирлинга, можно создать систему, которая в своей основе будет эксплуатировать поступательно-возвратное или вращательное движение (не требует установки аккумуляторных батарей). Как пример такой системы можно привести водяной насос для колодца или других целей.

Параболический концентратор нужно систематически поворачивать за лучами солнца по мере вращения земли в течение суток

Главный недостаток, которым обладает параболический концентратор – это то, что за ним надо систематически следить, поворачивая его за лучами солнца по мере вращения земли в течение суток. Там, где концентраторы применяются на крупных тепловых станциях в промышленных масштабах, к группе батарей дополнительно монтируют специальные системы слежения за движением солнца. Такие системы поворачивают зеркала вслед за его перемещением. Тем самым гарантируется постоянный и эффективный прием поступающей солнечной радиации под самым эффективным углом. Но применение такого оборудования в частном порядке, скорее всего, будет не очень целесообразным, ввиду того, что затраты на приобретение будут значительно большими, чем стоимость стандартного рефлектора на треножном креплении.

Как сделать концентратор солнечного излучения самому?

Для изучения данного вопроса можно обратиться к опыту изобретателя из Владивостока Юрия Рылова, имеющего патент на созданную им отопительную систему. Уже на протяжении долгого времени его большой загородный дом, общая площадь которого составляет более 400 квадратных метров, полностью обогревается на основе системы батарей, где теплоноситель разогревается солнечным концентратором.

Концентратор Юрия Рылова работает более чем в два раза эффективней солнечных батарей

Всю систему, на которую он в результате получил патент, умелец разработал сам. Его концентратор работает более чем в два раза эффективней солнечных батарей.

Для этого есть ряд причин, одна из них – это система концентраторов, на которую изобретатель получил патент, она аккумулирует энергию практически всего поступающего спектра солнечной радиации. Следующая причина в том, что система была дополнена механизмом слежения за солнцем (учитывая область применения оборудования в данном случае, это может быть оправданным).

Однако с внедрением системы в массовое производство возникли проблемы. Под созданное устройство уже более чем пять лет назад изобретателем был получен патент Российской Федерации, но до настоящего времени оно не получило широкого промышленного распространения. Это довольно странно, так как со слов Рылова, его концентратор позволяет обогревать подъезд дома в пять этажей, обеспечивая его горячей водой. За восемь часов работы оборудование разогревает кубометр воды. За это же время концентратор выдаст 80 кВт электроэнергии. В дополнение изобретатель столкнулся с проблемой защиты интеллектуальной собственности на территории России. Заниматься закреплением права собственности на свое устройство в тех странах, где возможно наладить такое производство, надо самостоятельно, чиновники не помогают получить патент за границей.

Самый легкий способ для сборки собственного самодельного концентратора – это сделать его на основе старой спутниковой тарелки

Итак, самый легкий способ для сборки собственного самодельного концентратора – это сделать его на основе старой спутниковой тарелки. До начала сборки механизма определитесь с целями его применения, после чего выберите место установки концентратора. Хорошенько вычистите антенну и на рабочую сторону прикрепите отражающую пленку.

Для ровной укладки пленки и во избежание возможного появления складок, разрежьте пленку на полоски, размером не больше пятидесяти миллиметров. Если вы надумали применять концентратор в роли печи, использующей солнечное излучение, будет лучше, когда в центральной части тарелки вы проделаете отверстие около 70 миллиметров диаметром. Через него пропустите крепление емкости с пищей. Приспособление гарантирует фиксированное положение тары с разогреваемым объектом во время разворотов устройства за солнцем.

Если в вашем распоряжении только тарелка с малым диаметром, здесь стоит нарезать ленту полосками по 100 миллиметров. Каждую полоску необходимо клеить отдельно, внимательно и аккуратно выравнивая стыки.

Когда вы закончите оклейку отражающего элемента, определите, где находится точка концентрации лучей. Это надо сделать потому, что форма тарелки зачастую не гарантирует совпадения точки фокуса и места расположения головки приема сигнала.

Самодельная печь концентратор на солнечном излучении

Для начала стоит выявить место концентрации, для этого оденьте солнцезащитные очки. Возьмите деревянную доску и плотные варежки. Направьте отражатель в сторону солнца и сфокусируйте пойманные лучи на доске, далее регулируйте расстояние пока не получите максимально эффективный, концентрированный пучок энергии, делайте это до тех пор, пока не получите его самый малый размер. Одетые вами варежки предохранят кожу рук от солнечного ожога, если вы случайно подставите руки в зону фокуса лучей. После того как вы определите точку концентрации, вам останется только зафиксировать конструкцию и закончить ее монтаж в оптимальное место. Как говорят в кругах изобретателей: «Остается только получить патент». Пользуйтесь результатами своего труда, получая неиссякаемый и бесплатный источник энергии.

Двигатель Стирлинга можно собрать, используя подручные, распространенные материалы

Существует множество вариантов изготовления концентраторов на основе солнечного излучения. Таким же образом вы сможете сами, используя подручные, распространенные материалы, собрать двигатель Стирлинга (это действительно возможно, хоть, на первый взгляд, и кажется недостижимым), а уж использовать возможности этого двигателя для самых разных целей вы сможете на протяжении длительного времени. Все ограничения зависят только от вашего терпения и наличия фантазии.

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

Рисунки к патенту РФ 2244884

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

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

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

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

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

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

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

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

Фиг.1 - вид сбоку.

Фиг.2 - вид сверху.

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

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

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

Перечень позиций

1 - прозрачный слой полимерной пленки

2 - металлизированный слой полимерной пленки

3 - наружная окружность сварки

4 - внутренняя окружность сварки

5 - получившаяся наружная камера (каркас)

6 - штуцер для заполнения наружной камеры

7 - внутренняя камера (линза)

8 - штуцер для заполнения внутренней камеры

9 - выступы для крепления рефлектора

10 - отверстия для крепления рефлектора

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

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

Для этого потребуется совсем немного.

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

2. Лист ДСП и такой же оргалита.

3. Тонкий шланг и герметик.

Из ДСП вырезается кольцо. В последствии мне понадобилось два кольца. Иначе луч будет фокусироваться слишком далеко. Кольцо выпиливается лобзиком.

Под размер кольца вырезается круг из оргалита.

Кольцо приклеивается к оргалиту. Важно хорошо все промазать герметиком. Конструкция должна быть герметичной и не пропускать воздух.

Сбоку делаем дырку и вставляем шланг.

И наконец сверху натягиваем зеркальную пленку.

Затем воздух из корпуса откачивается и получается сферическое зеркало. Шланг перегибается и зажимается прищепкой.

Для этого агрегата желательно сделать подставку.

Шпарит эта штука будь здоров.

Получилось достичь хорошей фокусировки. Единственное что плохо, это зеркало нельзя направлять в произвольную точку. Только на солнце.

Огромное количество свободной энергии солнца, воды и ветра и многого другого из того, что может дать природа, люди используют давно. Для кого-то это хобби, а кто-то не может выжить без приспособлений, которые могут извлекать энергию “из воздуха”. Например в африканских странах солнечные батареи давно стали спасительным спутником для людей, в засушливых деревнях внедряются системы орошения на солнечных батареях, устанавливаются “солнечные” насосы на колодцы и др.

В европейских странах солнце не светит столь ярко, но лето довольно жаркое, и очень жаль, когда дармовая энергия природы пропадает зря. Существуют удачные разработки печей на солнечной энергии, но в них используются цельные или сборные зеркала. Это во-первых дорого, во-вторых утяжеляет конструкцию и поэтому не всегда удобно в эксплуатации, например, когда требуется малый вес готового концентратора.
Интересную модель самодельного параболического солнечного концентратора создал талантливый изобретатель.
Для ее изготовления не нужны зеркала, поэтому она очень легкая и не будет тяжелым грузом в походе.

Для создания самодельного солнечного концентратора на основе пленки требуется совсем немного вещей. Все они продаются на любом вещевом рынке.
1. Самоклеющаяся зеркальная пленка. Она имеет ровную блестящую поверхность и поэтому является прекрасным материалом для зеркальной части солнечной печи.
2. Лист ДСП и такой же по размеру лист оргалита.
3. Тонкий шланг и герметик.

Как сделать солнечную печь?

Сначала из древесно-стружечной плиты нужного вам размера электролобзиком вырезаются два кольца, которые надо приклеить друг к другу. На фото и видео фигурирует одно кольцо, но автор указывает, что позднее он добавил второе кольцо. По его словам, можно было бы ограничиться одним, но пришлось увеличить пространство для формирования достаточной вогнутости параболического зеркала. В противном случае фокус луча будет располагаться слишком далеко. Под размер кольца вырезается круг из оргалита для формирования задней стенки солнечного концентратора.
Кольцо следует приклеить к оргалиту. Обязательно хорошо все промажьте герметиком. Конструкция должна быть полностью герметичной.
Сбоку аккуратно, чтобы были ровные края, проделайте небольшое отверстие, в которое плотно вставьте тонкий шланг. Для герметичности соединение шланга и кольца также можно обработать герметиком.
Поверх кольца натяните зеркальную пленку.
Откачайте воздух из корпуса установки и таким образом сформируйте сферическое зеркало. Шланг загните и зажмите прищепкой.
Сделайте удобную подставку для готового концентратора. Энергии данной установки достаточно, чтобы расплавить алюминиевую банку.

Внимание ! Параболические солнечные отражатели могут быть опасными и могут при неосторожном обращении привести к ожогам и повреждениям глаз!
Посмотрите процесс изготовления солнечной печки на видео.

Использован материал с сайта забацай.ру. Как сделать солнечную батарею – .