Солнечный концентратор, который плавит метал в домашних условиях

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.
Источник

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Солнечный концентратор из параболической антенны

Обычная параболическая антенна для приема спутниковых сигналов. Ее задача – собрать электромагнитное излучение от спутника и сфокусировать его в точку, где находится приемник. Природа света и радиоволн одна, поэтому сможем собрать солнечные лучи, но придется поклеить всю эту поверхность большим количеством маленьких зеркал.

Гелиоконцентратор из антенны

Итак, была параболическая тарелка, а получился гелиоконцентратор. Просто посмотрим, что станет со штатным приемником, который собирал радиоволны, а теперь, как солнечный концентратор, собранный из параболической антенны, будет принимать 2000 кратное солнечное излучение.

Наводим, нашу тарелку на солнце. Ого… Хорошо запекает, но к сожалению конструкция получилась не идеальной, потому что не все зайчики оказались в точке фокуса солнечной тарелки. Но приемник начал плавиться, случилось все быстро. Ну что ж, это первый случай в использовании параболических антенн, когда приемник сгорает таким прямым способом, а не от попадания молниями, не дай Бог.

Наша конструкция солнечного концентратора не идеальна, потому что не удалось собрать все 2000 солнечных зайчиков в одной точке, но даже того количества достаточно, чтобы загорелся пластик. Ну посмотрим, хватит ли, чтобы загорелся деревянный кораблик.

По поводу модели. Будем прожигать обычную фанеру, но на ней с большой достоверностью изображен древнеримский корабль, который 2000 лет назад бороздил просторы Средиземного моря.

Задача просто поставить ее просто в фокус концентратора. Так, засекаем время, начинает дымить, прошло всего 15 секунд, полминуты и верхний слой фанеры почти прогорел. Есть небольшая проблема. Дерево, когда обугливается, становится нагаром, который имеет маленькую теплопроводность, он защищает от прямого излучения. Надо просто подождать. 2 минуты уже. Начинает дымиться обратная сторона. Еще чуть-чуть и будет сквозная дырка. Прошло 4 минуты и есть сквозное отверстие, но видно, что дырка не ровная точка, а имеет вытянутую форму.

Пока солнце двигается по горизонту, солнечный зайчик точно так же скользит по поверхности. Видимо в этом есть небольшая проблема для статичных установок. Если зеркала стоят неподвижно и светят на один объект, то солнечный зайчик соответственно смещается. Может не хватить времени для того, чтобы древесина занялась. Возможно Архимед и поджигал римские судна, то скорее всего свои зеркала направлял не на дерево, а на паруса. Смотрите видео, как изготовить самодельный солнечный концентратор. В качестве основы использована параболическая антенна с радиусом нужной кривизны.

Бесплатное тепло. Солнечная параболическая печь своими руками

Приветствую, друзья! Как я уже неоднократно писал, альтернативная энергетика меня давно привлекает, и на этот раз хочу рассказать про как сделать быстро солнечную печь для приготовления пищи.

Как я уже писал, использовать солнечную энергию, переводить ее в электрическую, а потом уже в тепловую – не эффективно. Слишком большие потери сводят на нет все попытки, с помощью электричества получать тепловую энергию.

Поэтому есть масса изобретений для “перехвата” инсоляции и перевода ее в тепловую энергию – от солнечных коллекторов, до оптических солнечных печек.

Предлагаю рассмотреть простейшую печку, в которой можно даже вскипятить воду в не пасмурное время суток.

Для этого нужно взять несколько картонных коробок, или листы строительного картона, и по шаблону нарезать 12 лепестков.

По линии сгиба слегка подогнуть, и сделать отверстия по диаметру шпагата или проволоки, которую найдете.

Начинайте связывать между собой торцами лепестков совмещая отверстия. Между собой лепестки можно еще скрепить скотчем.

Наклейте фольгу изнутри. Можно использовать 5 сантиметровую алюминиевую ленту с клеевой стороной – продается в строительных магазинах по 350-400 рублей за 40 метров.

Нарежьте стеклопластиковую арматуру диаметром 6-8 мм, или возьмите , и сделайте подобие площадки, для того. чтобы можно было устойчиво поставить посуду для приготовления еды.

Для устойчивости из брусочков сделать нужно платформу. На фото ниже пример, как просто сделать из брусков регулируемую платформу – очень удобно регулировать угол наклона.

Для эффективного съема солнечной энергии каждые полчаса-час нужно перемещать линзу в сторону солнца. Зимой оптимальный угол 75-90 градусов, летом до 10-20 градусов.

Концентрационные технологии солнечной энергетики — CSP/STE

Технологии концентрирования солнечной энергии (CSP — Concentrated Solar Power), другое название — солнечное тепловое электричество (STE — Solar Thermal Electricity), или гелиотермальные технологии, основаны на использовании не световой силы солнечного света, а его температуры. Элементы систем, работающих с применением таких технологий, концентрируют тепловую энергию, что позволяет вырабатывать пар, который затем двигает классическую систему турбины и электрогенератора. Подобные системы могут работать без остановки в любое время дня, даже при отсутствии солнца, потому как часть энергии может в течение определенного времени сохраняться в специальном термальном хранилище и постепенно использоваться для производства энергии. Концентрационные солнечные электростанции не причиняют вреда окружающей среде и достаточно надежны, чтобы удовлетворить растущую потребность в электроэнергии по всему миру.

Читать еще:  Устройство септика на даче из бетонных колец

История технологий концентрации солнечной энергии

История термальных солнечных электростанций насчитывает уже более 100 лет. В 1890 году был изобретен паровой двигатель, работающий от коллектора, концентрирующего солнечную энергию. В 1912 году в Египте была построена первая в мире гелиотермальная электростанция мощностью 45 кВт, использовавшая вогнутые параболические коллекторы.

В конце 1970-х годов начались масштабные исследования в области концентрационных гелиотермальных технологий на основе раннее созданных вогнутых параболических коллекторов. К концу 1980-х гг. начался ввод этих технологий в коммерческую эксплуатацию. С тех пор, по мере продолжающихся исследований и изобретения новых материалов, технологии все больше совершенствуются, в ряде индустриально развитых стран (США, Япония, Испания, Италия) были построены пилотные проекты гелиотермальных станций. Компании Luz International Limited удалось совершить значительный прорыв в разработке и применении CSP технологий на ее солнечных электростациях SEGS, построенных между 1984 и 1991 годами. Это были одни из первых солнечных электростанций, разработанных, построенных, финансируемых и работающих на коммерческой основе. Электростанции SEGS, расположенные в пустыне Мохаве в Калифорнии, до сих пор успешно работают и ежегодно поставляют примерно 354 мВт энергии в энергетическую сеть штата. Этот проект и поныне является самым упоминаемым, когда речь заходит о данном типе технологий.

В настоящее время мир переживает настоящий бум проектов, основанных на гелиотермальных технологиях: по оценкам на первую половину 2010-х гг. уже строится более 5000 мВт мощностей, большая их часть в США и Испании. Лидеры на рынке концентрационной солнечной энергетики — это США, Испания и Германия. Существует три основных типа технологий CSP для строительства электростанций:

  • технология центральной башни-ресивера
  • технология вогнутых параболических коллекторов
  • солнечные генераторы на двигателях

Технология центральной башни-ресивера

Технология центральной башни-ресивера

Электростанции с центральной башней-ресивером состоят из множества рядов гелиостатов, окружающих центральную башню высотой более 100 метров. Жидкая субстанция, протекающая через башню, концентрирует в себе тепловую энергию солнечного света, с помощью нее затем генерируется пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество.

Более подробно и наглядно принцип работы системы с центральной башней-ресивером описан на странице гелиотермальной станции Gemasolar (Испания).

Технология вогнутых параболических коллекторов

Вогнутые параболические коллекторы

Системы, построенные с применением технологии вогнутых параболических коллекторов (или цилиндрических параболических коллекторов, CPC), состоят из множества отражателей с волнистой поверхностью с параболической секцией. В их центральной части расположена туба-абсорбер, по которой течет жидкость (синтетическое термомасло), поглощающая тепловую энергию солнечного света. Эта тепловая энергия, переносимая раскаленным маслом, затем используется для испарения воды и генерации пара, которые вращает турбину, вследствие чего вырабатывается электричество.

В данный момент электростанции, построенные с использованием этой технологии, показывают большую производительность, чем другие CSP-электростанции, и их сравнительно больше по всему миру. Эта технология в различных формах используется уже два десятилетия, включая девять электростанции в Калифорнии; за это время было выработано более 12 миллиардов кВт энергии. Энергоэффективность ее по статистике составляет более 14% (чистый объем производства к количеству полученного солнечного света).

Более подробно и наглядно принцип работы системы, работающей с использованием вогнутых параболических коллекторов, описан на странице гелиотермальных станций Valle 1 и Valle 2 (Испания).

Термохранилище

И та и другая описанные технологии работают совместно с системой промежуточного хранения тепловой энергии (термохранилище), что позволяет электростанции вырабатывать энергию стабильно, избегая пиков и провалов, а также дает ей возможность работать в течение определенного периода без поступления солнечного света, на внутреннем резерве.

Место под солнцем. Как беларусский энтузиаст разработал дешёвый и эффективный солнечный концентратор

Пока государство с троит атомную электростанцию, отдельные энтузиасты пытаются развивать в Беларуси зелёную энергетику. Дмитрий Поварго разработал солнечный концентратор, стоимость которого в разы меньше зарубежных аналогов.

По словам Дмитрия, к этому проекту он пришёл, по сути, совершенно случайно: «Я помогал другу монтировать систему отопления, и он рассказал в процессе про солнечные коллекторы. Меня заинтересовало, почему у нас это направление не очень активно развивается, и я стал посещать соответствующие выставки, изучать литературу и так далее. Согласно данным физического факультета БГУ, годовое потребление электроэнергии в Беларуси в последние годы составляет около 36 млрд кВт*ч. Для получения такого количества энергии с учётом КПД солнечных элементов (около 10%), необходима площадь всего 300 км 2 , тоесть квадрат со стороной чуть более 17 километров».

В чём инновационность проекта?

Дмитрий сетует на то, что в последнее время в ядерной энергетике наблюдается определённый застой, который во многом объясняется твердой уверенностью подавляющего большинства атомщиков в том, что « альтернативы ядерной энергетике нет ».

« Но вспомним, что Солнце – это естественный ядерный реактор, который совершенно безвозмездно отдает нам свою энергию, и который нам не нужно обслуживать”. Наша планета, находящаяся на расстоянии 149·10 6 км от от Солнца, получает 2·10 17 Вт лучистой энергии. Наша задача — научиться пользоваться этими дарами. Принципиально новая солнечная установка показывает технические возможности использования возобновляющегося ресурса».

Как это будет работать

Немало компаний по всему миру предлагают различные разработки солнечных коллекторов, также тысячи энтузиастов иготавливают устройства кустарным способом в домашних мастерских.

Те частные поставщики и дистрибьюторы, которые работают в Беларуси, продают импортированный товар (чаще всего везут из стран Евросоюза и из Китая), и цена на него достаточно высокая. Но , как говорит Дмитрий, финансовая сторона вопроса – только часть общей проблемы.

«Предлагаемые импортные коллекторы физически не могут полноценно нагревать воду в наших широтах. В общей сложности открытое солнечное сияние продолжается от 1730 до 1950 часов в год. Почти половину годового «запаса» приносят май, июнь и июль, когда в безоблачном небе солнце светит до 16 часов в сутки».

«Классические» солнечные коллекторы основаны на принципе непрерывной циркуляции воды в накопительный бак и обратно. И небольшой по площади солнечный коллектор площадью в 1-2 метра квадратных не способен быстро нагреть большой объём воды в несколько сотен литров. Климат Беларуси не балует нас обилием прямого солнечного света: абсолютно ясных солнечных дней в течении года бывает немного — количество колеблется от 30–35 на северо-западе до 40–42 на юго-востоке. В основном же, как правило, у нас переменная облачность, и солнце появляется на десять-двадцать минут, а затем на это же время прячется за облаками, и интенсивность солнечной тепловой энергии резко падает. Все это крайне неблагоприятно сказывается на перспективах использования солнечной энергии для организации горячего водоснабжения».

Практически единственный выход, как организовать действительно надежное горячее водоснабжение от солнечной энергии – это построение концентрирующего солнечного коллектора с малым объемом воды, нагреваемой в каждую единицу времени.

«Логика тут достаточно простая. Вспомним, за какое время электрический чайник в 1,5 кВт мощности доводить те 1,5 литра воды, что в нем помещаются, до кипения. За считанные минуты! А если заставить его кипятить бочку воды? Период нагрева растянется на несколько часов. Но нам же и не нужна целая бочка горячей воды сразу. Нам в каждую минуту времени надо всего два-три литра. Соответственно, напрашивается следующая схема нагревания воды: относительно маломощным «чайником» мы быстро нагреваем 1-2 литра воды и сливаем ее в термос. Затем нагреваем следующую порцию и снова сливаем в термос и так далее. А для своих нужд мы используем ее из термоса».

Таким образом, по сути это проточный водонагреватель с накоплением результата его работы. Даже в течении 10-15 минут, когда светит солнце, мы получим около 200 Ватт-часов энергии от Солнца, что эквивалентно 720 кДж. Это позволит нагреть до 50-60 градусов примерно 4-5 литров воды. В следующий «выход» солнца — еще 5 литров, потом еще. И так далее в течении всего дня.

«Второй важный момент, разная длительность светового дня в зависимости от географической широты. В Минске в течение летнего дня солнце описывает большой угол (268°), в то время как «классический» коллектор воспринимает излучение в секторе до 120°. Другими словами, более половины светового дня, «классический» коллектор в Минске не работает. Таким образом, каким бы высоким не был КПД такого коллектора, его общая эффективность падает с ростом географической широты места использования. Единственным выходом из сложившейся ситуации является создание поворотных систем для слежения за светилом. Но поворачивать ряд коллекторов, в каждом из которых находится теплоноситель, задача неблагодарная. Гораздо легче управлять светом, т.е. концентрировать солнечное излучение на теплоноситель. В результате в ясный летний день солнечная установка под Минском может произвести энергии не меньше, чем на экваторе (солнце пониже, зато день длиннее) ».

О трудностях реализации

Читать еще:  Экспертиза фундамента частного дома

На данном этапе для дальнейшего развития проекту нужны новые заинтересованные лица. Также нужна площадка, где можно смонтировать концентратор, есть потребность в финансовой и информационной поддержке и поддержке с продвижением. Проект надо масштабировать.

«Он может изначально применяться на автономных, временных, сезонных объектах, — в том числе объектах отдыха, строительства и др.; в частном жилом секторе, на сельских подворьях, спортивных сооружениях; казармах воинских частей и других местах».

В целом, трудностей много. Сам Дмитрий не может охватить весь спектр проблем в процессе создания концентратора. Для укрепления позиций гелиоэнергетики в ряду других энергопроизводителей необходимо снижать капитальные затраты на изготовление, монтаж, эксплуатацию солнечных установок; повышать их энергетическую эффективность и пр.

Предприятия, к которым Дмитрий обращается с предложением сотрудничества, сначала вроде как проявляют заинтересованность, но в результате отказывают в реализации проекта.

«В Беларуси зачастую на предприятиях такие условия работы, что нельзя делать условные «шаг влево, шаг вправо». Никто не хочет брать на себя ответственность. Руководство готово работать «по накатанной» и не готово к инновациям. Я обращался к одному предприятию: у них многомиллионные долги за отопление, и директор изначально согласился реализоввывать мой проект, пообещал хорошую зарплату и так далее. Но в результате оказалось, что никто не собирается там заниматься моим проектом, и я буду делать что-то совершенно иное. Вот казалось бы: у предприятия огромные долги и им надо искать способы минимизации потерь, но в реальности его субсидирует государство, и всех всё устраивает».

Тем не менее, фактически концентратор вполне конкурентноспособен на международном рынке, и его можно монтировать не только в Беларуси, но и в других странах. Главное преимущество Беларуси для проекта в том, что здесь дешёвое сырьё, и вся конструкция может быть сделана из отечественных материалов.

«Мы можем делать солнечные установки, которые будут в разы дешевле зарубежных аналогов, и экспортировать их. Я работаю над созданием таких концентраторов солнечной энергии, которые могут работать во всех уголках земного шара. Чтобы установки альтернативной энергетики были доступными самым широким слоям населения и чтобы они пользовались спросом, они должны быть дешёвыми. Само по себе создание гибридных систем альтернативной энергетики является достаточно эффективным средством снижения себестоимости систем альтернативной энергетики в целом».

Весь остальной мир уже находится на траектории устойчивого роста новой отрасли — отрасли возобновляемой энергетики. Вопрос широкого использования возобновляемых источников энергии в Беларуси рано или поздно придется решать. И дело даже не в том, что наша республика не имеет значительных промышленных запасов нефти, газа или другого ископаемого топлива.

Мировые тенденции использования альтернативных источников энергии таковы, что первыми их осваивать начинают не страны, обделённые природными ресурсами, а страны с развитой научной и технической базой, страны, где вопросы экологии находятся не на последнем месте.

Развивая возобновляемые источники энергии, мы создаём в Беларуси параллельно две новые высокотехнологичные отрасли: производство оборудования и машиностроение для возобновляемой энергетики, а также занимаемся строительством и эксплуатацией подобных объектов , считает Дмитрий Поварго.

« Можем производить непосредственно сами изделия, строить целые фермы «по добыче киловатт», или даже просто предлагать потребителю эти же киловатты. Концентраторы можно использовать для нагрева не только воды, но и других жидких теплоносителей, применяемых в системах отопления, кондиционирования, хладоснабжения и промышленных технологических процессах. Солнечная энергия может быть использована в системах ГВС, системах отопления, в сельском хозяйстве, сушки различных продуктов и материалов. То есть фактически мы можем помочь предприятиям снизить расходную часть на производство собственной продукции», — говорит автор проекта.

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:

  1. опробованная технология.
  2. Но, высокие затраты относительно других, «зеленых» источников (например ФВ).
  3. Но, низкая температура теплоносителя.
  4. Но, в некоторых случаях такие системы требуют обеспечение водой, что не просто в условиях пустыни.
  5. 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:

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

Место под солнцем. Как беларусский энтузиаст разработал дешёвый и эффективный солнечный концентратор

Пока государство с троит атомную электростанцию, отдельные энтузиасты пытаются развивать в Беларуси зелёную энергетику. Дмитрий Поварго разработал солнечный концентратор, стоимость которого в разы меньше зарубежных аналогов.

Читать еще:  Бетонный каркас дома своими руками

По словам Дмитрия, к этому проекту он пришёл, по сути, совершенно случайно: «Я помогал другу монтировать систему отопления, и он рассказал в процессе про солнечные коллекторы. Меня заинтересовало, почему у нас это направление не очень активно развивается, и я стал посещать соответствующие выставки, изучать литературу и так далее. Согласно данным физического факультета БГУ, годовое потребление электроэнергии в Беларуси в последние годы составляет около 36 млрд кВт*ч. Для получения такого количества энергии с учётом КПД солнечных элементов (около 10%), необходима площадь всего 300 км 2 , тоесть квадрат со стороной чуть более 17 километров».

В чём инновационность проекта?

Дмитрий сетует на то, что в последнее время в ядерной энергетике наблюдается определённый застой, который во многом объясняется твердой уверенностью подавляющего большинства атомщиков в том, что « альтернативы ядерной энергетике нет ».

« Но вспомним, что Солнце – это естественный ядерный реактор, который совершенно безвозмездно отдает нам свою энергию, и который нам не нужно обслуживать”. Наша планета, находящаяся на расстоянии 149·10 6 км от от Солнца, получает 2·10 17 Вт лучистой энергии. Наша задача — научиться пользоваться этими дарами. Принципиально новая солнечная установка показывает технические возможности использования возобновляющегося ресурса».

Как это будет работать

Немало компаний по всему миру предлагают различные разработки солнечных коллекторов, также тысячи энтузиастов иготавливают устройства кустарным способом в домашних мастерских.

Те частные поставщики и дистрибьюторы, которые работают в Беларуси, продают импортированный товар (чаще всего везут из стран Евросоюза и из Китая), и цена на него достаточно высокая. Но , как говорит Дмитрий, финансовая сторона вопроса – только часть общей проблемы.

«Предлагаемые импортные коллекторы физически не могут полноценно нагревать воду в наших широтах. В общей сложности открытое солнечное сияние продолжается от 1730 до 1950 часов в год. Почти половину годового «запаса» приносят май, июнь и июль, когда в безоблачном небе солнце светит до 16 часов в сутки».

«Классические» солнечные коллекторы основаны на принципе непрерывной циркуляции воды в накопительный бак и обратно. И небольшой по площади солнечный коллектор площадью в 1-2 метра квадратных не способен быстро нагреть большой объём воды в несколько сотен литров. Климат Беларуси не балует нас обилием прямого солнечного света: абсолютно ясных солнечных дней в течении года бывает немного — количество колеблется от 30–35 на северо-западе до 40–42 на юго-востоке. В основном же, как правило, у нас переменная облачность, и солнце появляется на десять-двадцать минут, а затем на это же время прячется за облаками, и интенсивность солнечной тепловой энергии резко падает. Все это крайне неблагоприятно сказывается на перспективах использования солнечной энергии для организации горячего водоснабжения».

Практически единственный выход, как организовать действительно надежное горячее водоснабжение от солнечной энергии – это построение концентрирующего солнечного коллектора с малым объемом воды, нагреваемой в каждую единицу времени.

«Логика тут достаточно простая. Вспомним, за какое время электрический чайник в 1,5 кВт мощности доводить те 1,5 литра воды, что в нем помещаются, до кипения. За считанные минуты! А если заставить его кипятить бочку воды? Период нагрева растянется на несколько часов. Но нам же и не нужна целая бочка горячей воды сразу. Нам в каждую минуту времени надо всего два-три литра. Соответственно, напрашивается следующая схема нагревания воды: относительно маломощным «чайником» мы быстро нагреваем 1-2 литра воды и сливаем ее в термос. Затем нагреваем следующую порцию и снова сливаем в термос и так далее. А для своих нужд мы используем ее из термоса».

Таким образом, по сути это проточный водонагреватель с накоплением результата его работы. Даже в течении 10-15 минут, когда светит солнце, мы получим около 200 Ватт-часов энергии от Солнца, что эквивалентно 720 кДж. Это позволит нагреть до 50-60 градусов примерно 4-5 литров воды. В следующий «выход» солнца — еще 5 литров, потом еще. И так далее в течении всего дня.

«Второй важный момент, разная длительность светового дня в зависимости от географической широты. В Минске в течение летнего дня солнце описывает большой угол (268°), в то время как «классический» коллектор воспринимает излучение в секторе до 120°. Другими словами, более половины светового дня, «классический» коллектор в Минске не работает. Таким образом, каким бы высоким не был КПД такого коллектора, его общая эффективность падает с ростом географической широты места использования. Единственным выходом из сложившейся ситуации является создание поворотных систем для слежения за светилом. Но поворачивать ряд коллекторов, в каждом из которых находится теплоноситель, задача неблагодарная. Гораздо легче управлять светом, т.е. концентрировать солнечное излучение на теплоноситель. В результате в ясный летний день солнечная установка под Минском может произвести энергии не меньше, чем на экваторе (солнце пониже, зато день длиннее) ».

О трудностях реализации

На данном этапе для дальнейшего развития проекту нужны новые заинтересованные лица. Также нужна площадка, где можно смонтировать концентратор, есть потребность в финансовой и информационной поддержке и поддержке с продвижением. Проект надо масштабировать.

«Он может изначально применяться на автономных, временных, сезонных объектах, — в том числе объектах отдыха, строительства и др.; в частном жилом секторе, на сельских подворьях, спортивных сооружениях; казармах воинских частей и других местах».

В целом, трудностей много. Сам Дмитрий не может охватить весь спектр проблем в процессе создания концентратора. Для укрепления позиций гелиоэнергетики в ряду других энергопроизводителей необходимо снижать капитальные затраты на изготовление, монтаж, эксплуатацию солнечных установок; повышать их энергетическую эффективность и пр.

Предприятия, к которым Дмитрий обращается с предложением сотрудничества, сначала вроде как проявляют заинтересованность, но в результате отказывают в реализации проекта.

«В Беларуси зачастую на предприятиях такие условия работы, что нельзя делать условные «шаг влево, шаг вправо». Никто не хочет брать на себя ответственность. Руководство готово работать «по накатанной» и не готово к инновациям. Я обращался к одному предприятию: у них многомиллионные долги за отопление, и директор изначально согласился реализоввывать мой проект, пообещал хорошую зарплату и так далее. Но в результате оказалось, что никто не собирается там заниматься моим проектом, и я буду делать что-то совершенно иное. Вот казалось бы: у предприятия огромные долги и им надо искать способы минимизации потерь, но в реальности его субсидирует государство, и всех всё устраивает».

Тем не менее, фактически концентратор вполне конкурентноспособен на международном рынке, и его можно монтировать не только в Беларуси, но и в других странах. Главное преимущество Беларуси для проекта в том, что здесь дешёвое сырьё, и вся конструкция может быть сделана из отечественных материалов.

«Мы можем делать солнечные установки, которые будут в разы дешевле зарубежных аналогов, и экспортировать их. Я работаю над созданием таких концентраторов солнечной энергии, которые могут работать во всех уголках земного шара. Чтобы установки альтернативной энергетики были доступными самым широким слоям населения и чтобы они пользовались спросом, они должны быть дешёвыми. Само по себе создание гибридных систем альтернативной энергетики является достаточно эффективным средством снижения себестоимости систем альтернативной энергетики в целом».

Весь остальной мир уже находится на траектории устойчивого роста новой отрасли — отрасли возобновляемой энергетики. Вопрос широкого использования возобновляемых источников энергии в Беларуси рано или поздно придется решать. И дело даже не в том, что наша республика не имеет значительных промышленных запасов нефти, газа или другого ископаемого топлива.

Мировые тенденции использования альтернативных источников энергии таковы, что первыми их осваивать начинают не страны, обделённые природными ресурсами, а страны с развитой научной и технической базой, страны, где вопросы экологии находятся не на последнем месте.

Развивая возобновляемые источники энергии, мы создаём в Беларуси параллельно две новые высокотехнологичные отрасли: производство оборудования и машиностроение для возобновляемой энергетики, а также занимаемся строительством и эксплуатацией подобных объектов , считает Дмитрий Поварго.

« Можем производить непосредственно сами изделия, строить целые фермы «по добыче киловатт», или даже просто предлагать потребителю эти же киловатты. Концентраторы можно использовать для нагрева не только воды, но и других жидких теплоносителей, применяемых в системах отопления, кондиционирования, хладоснабжения и промышленных технологических процессах. Солнечная энергия может быть использована в системах ГВС, системах отопления, в сельском хозяйстве, сушки различных продуктов и материалов. То есть фактически мы можем помочь предприятиям снизить расходную часть на производство собственной продукции», — говорит автор проекта.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector