Источники энергии, такие как электричество, уголь и газ, постоянно дорожают.

Людям приходится чаще задумываться об использовании более экологичных систем отопления.

Поэтому было разработано техническое новшество в сфере альтернативных источников тепла . Для этого стали применять солнечные коллекторы.

Солнечный коллектор для отопления

У поверхности этого прибора низкая отражающая способность, за счет чего поглощается тепло. Для обогрева помещения этот механизм использует свет солнца и его инфракрасное излучение .

Чтобы нагреть воду и отопить жилище хватит мощности простого солнечного коллектора. Это зависит от конструкции агрегата. Человек может самостоятельно сделать монтаж оборудования. Для этого не нужно использовать дорогие инструменты и материалы.

Справка. Коэффициент полезного действия профессиональных устройств составляет 80—85% . Самодельные обходятся намного дешевле, но их КПД не более 60—65%.

Конструкция

Строение оборудования простое. Прибор представляет собой прямоугольную пластину, состоящую из нескольких слоев:

• покрышка из антибликового закаленного стекла с обрамлением;
• поглотитель;
• нижняя изоляция;
• боковая изоляция;
• трубопровод;
• стеклянная завеса;
• алюминиевый атмосферостойкий корпус;
• соединительные штуцеры.

Система включает в себя 1—2 коллектора , накопительную емкость и аванкамеру. Конструкция организована замкнуто, поэтому солнечные лучи попадают только в нее и превращаются в тепло.

Принцип работы

Основа функционирования установки — термосифонная . Теплоноситель внутри оборудования циркулирует самостоятельно, что поможет отказаться от использования насоса.

Нагретая вода стремится вверх, оттесняя тем самым холодную и переправляя ее к тепловому источнику.

Коллектор представляет собой трубчатый радиатор, который вмонтирован в древесный короб , одна плоскость которого сделана из стекла. Трубы при изготовлении агрегата используются стальные. Отведение и подведение выполняются трубами, применяемыми в устройстве водопровода.

Конструкция работает так:

1. Коллектор преобразует солнечную энергию в тепло.
2. Жидкость поступает в бак-накопитель через подающую магистраль.
3. Циркуляция теплоносителя происходит самостоятельно либо с помощью электронасоса . Жидкость в установке должна отвечать нескольким требованиям: не испарятся при высоких температурах, быть нетоксичной, морозоустойчивой. Обычно берут воду дистиллированную, смешанную с гликолем в пропорции 6:4.

Солнечный концентратор

Прибор для аккумулирования энергии лучей солнца, имеет функцию теплоносителя. Служит для фокусирования энергии на приемнике излучателя внутри изделия.

Существуют следующие виды:

• параболоцилиндрические концентраторы;
• концентраторы на плоских линзах (линзы Френеля );
• на сферических линзах;
• параболические концентраторы;
• солнечные башни.

Концентраторы отражают излучение с большой плоскости на маленькую , что помогает достичь высоких температур. Жидкость вбирает тепло и перемещает к объекту обогрева.

Важно! Цена приборов — недешевая, а также они требуют постоянного квалифицированного обслуживания . Используется такое оборудование в гибридных системах, чаще всего в промышленных масштабах и позволяет увеличить производительность коллектора.

Виды коллекторов, работающих от энергии солнца

В настоящее время существует несколько разновидностей солнечных отопительных коллекторов.

Плоский, его монтаж своими руками

Этот прибор состоит из панели, в которую вмонтирована пластина абсорбера. Этот вид устройств самый распространенный. Себестоимость агрегатов демократичная и зависит от вида покрытия, фирмы производителя, мощности и площади обогрева. Цены на оборудование такого типа — от 12 тыс. рублей.

Фото 1. Пять солнечных коллекторов плоского типа, установленных на крыше частного дома. Приборы находятся под наклоном.

Сфера применения

Подобные коллекторы чаще устанавливаются в частных домах для отопления комнат и снабжения помещения горячей водой. Приборы справляются с тем, чтобы подогреть вод для летнего душа на даче. Эксплуатировать их уместно в теплую и солнечную погоду.

Внимание! Поверхность коллекторов нельзя затемнять другими постройками, деревьями и домами. Это негативно отражается на производительности. Монтируется оборудование на крыше либо фасаде здания, а также на любой подходящей поверхности.

Вам также будет интересно:

Конструкция плоского коллектора

Состав прибора:

• защитное стекло;
• медные трубки;
• теплоизоляция;
• поглощающая поверхность с высокой степенью абсорбции;
• алюминиевая рама.

Коллектор, у которого присутствует трубчатый змеевик, является классическим вариантом. Как альтернативу в самодельных конструкциях применяют: полипропиленовый материал, алюминиевые банки из-под напитков, резиновые садовые шланги.

Дно и грани системы обязательно нужно теплоизолировать. Если абсорбер соприкасается с корпусом, то возможны потери тепла. Внешняя часть устройства защищена закаленным стеклом с особыми свойствами. В качестве теплоносителя берётся антифриз.

Принцип действия

Жидкость нагревается и поступает в накопительную емкость, из которой в охлажденном виде перемещается в коллектор. Конструкция представлена в двух вариантах : одноконтурная и двухконтурная. В первом случае жидкость сразу идет в бак, во втором — проходит по тонкой трубке через воду в емкости, прогревая объем помещения. По мере движения она охлаждается и перемещается обратно в коллектор.

Фото 2. Схема и принцип работы солнечного коллектора плоского типа. Стрелками указаны части прибора.

Плюсы и минусы

Агрегаты подобного типа отличаются следующими достоинствами:

• высокой производительностью;
• низкой себестоимостью;
• длительной эксплуатацией;
• надежностью;
• возможностью самодельного монтажа и обслуживания.

Плоские коллекторы подходят для работы в южных областях с теплым климатом. Их минусом является высокая парусность из-за большой поверхности, поэтому сильный ветер может сорвать конструкцию. Производительность падает в холодную зимнюю погоду. Устанавливать агрегат в идеале следует на южной стороне участка или дома.

Вакуумный

Прибор состоит из отдельных трубок, объединенных вверху и составляющих единую панель. По сути, каждая из трубок является самостоятельным коллектором. Это эффективный современный вид, пригодный к использованию даже в холода. Вакуумные устройства более сложные по отношению к плоским, поэтому стоят дороже.

Фото 3. Солнечный коллектор вакуумного типа. Прибор состоит из множества трубок, закрепленных в одной конструкции.

Сфера применения

Применяются для горячего водоснабжения и обогрева больших посещений . Чаще используются на дачах и в частных домовладениях. Монтируются на фасадах зданий, скатных или плоских крышах, специальных опорных конструкциях. Функционируют в холодном климате и при коротком световом дне, не снижая при этом эффективности. Из-за высокой действенности применяются также на сельскохозяйственных угодьях, промышленных предприятиях. Этот тип распространен в государствах Европы.

Конструкция

В состав устройства входит:

• тепловой накопитель (бак с водой);
• контур для циркуляции теплообменника;
• сам коллектор;
• датчики;
• приемник.

Конструкция агрегата представляет собой ряд трубчатых профилей, установленных параллельно. Приёмник и вакуумные трубки сделаны из меди. Блок стеклянных трубок отделен от внешнего контура, благодаря чему деятельность коллектора не прекращается при выходе из строя 1—2 трубок. Изоляция из полиуретана применяется в качестве дополнительной защиты.

Справка. Отличительной чертой коллектора является состав сплава, из которого изготовлены трубы. Это покрытая алюминием и защищенная полиуретаном медь.

Принцип действия

Работа конструкции основана на нулевой теплопроводности вакуума . Промеж трубок образуется безвоздушное пространство, которое надежно сохраняет тепло, образуемое от лучей солнца.

Вакуумный коллектор работает так:

• энергия солнца принимается трубой внутри вакуумной колбы;
• нагретая жидкость испаряется и поднимается в область конденсации трубы;
• теплоноситель стекает вниз от зоны конденсации;
• цикл повторяется заново.

Благодаря такой работе намного выше уровень теплоотдачи , а теплопотери низкие. Энергию удается сохранить за счет вакуумной прослойки, которая эффективно улавливает тепло.

Фото 4. Схема устройства вакуумного солнечного коллектора. Составные части прибора указаны стрелками.

Плюсы и минусы

Преимущества устройств этого типа:

• долговечность;
• устойчивость в эксплуатации;
• доступный ремонт, возможно заменить только один элемент, вышедший из строя, а не всю конструкцию;
• низкая парусность, способность противостоять порывам ветра;
• максимальное поглощение солнечной энергии.

Оборудование дорогое, окупить которое получится только через несколько лет после использования. Цена комплектующих также высока, при их замене может потребоваться помощь профессионала. Система не способна самоочищаться ото льда, снега, инея.

Типы вакуумных коллекторов

Изделия бывают двух видов: с косвенной и прямой тепловой подачей. Функционирование конструкций с косвенной подачей осуществляется от давления в трубах.

В устройствах с прямой тепловой подачей емкость-теплоноситель и стеклянные вакуумные приспособления монтируются к каркасу под определенным углом, через соединительное кольцо из резины.

Оборудование подключается к линиям водопровода через клапан запора , а контролирует уровень воды в емкости фиксирующий клапан.

Вам также будет интересно:

Воздушный

Вода намного более теплоемка, чем воздух. Однако ее использование сопряжено с рядом бытовых проблем при эксплуатации (коррозия труб, контроль давления, смена агрегатного состояния).Воздушные коллекторы не так прихотливы, имеют простую конструкцию. Приборы нельзя считать полноценной заменой остальным видам, но снизить коммунальные расходы они в состоянии.

Сфера применения

Оборудование такого типа используется в воздушном обогреве домов, осушительных системах и для рекуперации (обработки) воздуха . Применяется для просушки сельскохозяйственной продукции.

Конструкция

Состоит из:

• адсорбера, поглощающей тепло панели внутри корпуса;
• внешней изоляции из закаленного стекла;
• тепловой изоляции между стенкой корпуса и поглотителем;
• герметичного корпуса.

Фото 5. Воздушный солнечный коллектор для обогрева дома. Прибор закреплен вертикально на стене здания.

Прибор располагается близко к объекту обогрева из-за больших теплопотерь в воздушных магистралях.

Принцип действия

В отличие от водных коллекторов, воздушные не накапливают тепло, а сразу пускают его в утепление . Солнечный свет попадает на внешнюю часть устройства и нагревает ее, воздух начинает циркулировать в конструкции и отапливает помещение.

Спроектировать воздушный коллектор можно самостоятельно, используя в изготовлении подручные материалы: пивные банки из меди или алюминия, панели ДСП, алюминиевого и металлического листа.

Фото 6. Схема устройства воздушного солнечного коллектора. На чертеже обозначены основные части прибора.

Плюсы и минусы

Достоинства:

• дешевизна устройства;
• возможность самостоятельной установки и ремонта;
• простота конструкции.

Из недостатков: ограниченная сфера применения (только обогрев), низкая эффективность. Ночью оборудование будет работать на охлаждение воздуха, если его не закрыть.

Выбор комплекта солнечных коллекторов для отопительной системы

Выбор устройства зависит от целей, на которые будет направлена работа конструкция. Гелиосистема применяется для поддержки воздуха, обеспечения горячего водоснабжения, подогрева воды для бассейна.

Мощность

Чтобы рассчитать возможную мощность гелиосистемы, следует знать 2 параметра: солнечной инсоляции в определенном регионе в нужное время года и эффективную площадь поглощения коллектора. Эти цифры необходимо перемножить.

Можно ли использовать коллектор в зимний период

Вакуумные устройства справляются с работой в холодном климате. Плоские показывают низкую производительность в морозы и лучше подойдёт для южных областей.

Меньше других для функционирования в холоде подходит воздушная конструкция так, как ночью она не способна нагревать воздух.

Неудобства доставляют сильные осадки , ведь зимой оборудование часто засыпает снегом и требуется регулярная чистка. Морозный воздух отбирает накопленное тепло, а сам коллектор может быть поврежден градом.

Учёт сферы применения

В промышленности использование гелиосистем более распространено . Энергию солнца применяют в работе электростанций, парогенераторов, опреснителей воды. Для нагрева воды, обогрева дачи или бани в бытовых условиях чаще устанавливают вакуумные коллекторы, реже — плоские. Воздушные системы помогают снизить стоимость отопления, благодаря обогреву воздуха в дневное время.

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

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

Параболическая антенна.

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

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

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

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

Шаг 1 Переделка антенны для фокусировки солнечного излучения вместо радиоволн.

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

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

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

Шаг 2 система слежения.

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

Список деталей:
(скачиваний: 450)
* U1/U2 - LM339
* Q1 - TIP42C
* Q2 - TIP41C
* Q3 - 2N3906
* Q4 - 2N3904
* R1 - 1meg
* R2 - 1k
* R3 - 10k
* R4 - 10k
* R5 - 10k
* R6 - 4.7k
* R7 - 2.7k
* C1 - 10n керамика
* M - DC мотор до 1А
* LEDs - 5mm 563nm

Видео работы гелиотракера по схеме из архива

Сам можно сделать на основе передней ступицы автомобиля ВАЗ.

Кому интересно фото взято отсюда:

Шаг 3 Создание теплообменника-коллектора

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

Размер точки фокусировки будет определять, сколько медной трубки вам понадобится. Автору понадобилось 6 метров трубы при размере пятна 13см.

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

Шаг 4. Собираем все вместе и пробуем.

Теперь у вас есть зеркальная парабола, модуль слежения за солнцем, помещенный в водонепроницаемый контейнер, или пластиковую емкость, законченный коллектор. Все, что осталось сделать - это установить коллектор на место и опробовать его в работе. Вы можете пойти дальше и усовершенствовать конструкцию, сделав, что-то типа кастрюли с утеплителем и одеть ее на заднюю часть коллектора. Механизм слежения должен отслеживать движение с востока на запад, т.е. поворачиваться в течение дня за солнцем. А сезонные положения светила (вверх\вниз) можно регулировать вручную один раз в неделю. Можно, конечно, добавить механизм слежения и по вертикали- тогда вы получите практически автоматическую работу установки. Если вы планируете использовать воду для подогрева бассейна или в качестве горячей воды в водопроводе- вам понадобиться насос, который будет прокачивать воду через коллектор. В случае если вы будете нагревать емкость с водой, надо принять меры, чтобы избежать закипания воды и взрыва бака. Сделать это можно используя Подробности Опубликовано: 12.10.2015 08:32

Бесплатное пошаговое руководство содержит всю необходимую информацию для создания своими руками солнечного концентратора мощностью 0,5 кВт. Отражающая поверхность устройства будет иметь площадь около 1 квадратного метра, а стоимость его производства обойдется от $79 до $145 в зависимости от региона проживания.

Sol1, такое название получила солнечная установка от GoSol, займет приблизительно 1,5 кубических метра пространства. Работы по его изготовлению займут около недели. Материалами для его конструкции послужат железные уголки, пластмассовые коробки, стальные прутья, а основной рабочий элемент – отражающую полусферу – предлагается выполнить из кусков обычного зеркала ванных комнат.

Солнечный концентратор может быть использован для выпечки, жарки, нагрева воды или консервации продуктов питания, посредством обезвоживания. Устройство также может служить демонстрационным примером эффективной работы солнечной энергии и поможет многим предпринимателям развивающихся стран начать собственное дело. В дополнение к содействию снижению вредных выбросов в атмосферу, солнечные концентраторы GoSol помогут сократить вырубку лесов, заменив сжигаемую древесину чистой энергией солнца.

Инструкция GoSol может быть использована не только для создания и практического применения, но и для продажи солнечных концентраторов, которые помогут значительно снизить порог доступа к солнечной энергии, которая, главным образом, сегодня генерируется посредством фотогальванических солнечных панелей . Их стоимость остается на крайне высоком уровне в регионах, где добыть энергию другими способами зачастую просто не возможно.

Бесплатная инструкция солнечного концентратора доступна на сайте GoSol , а чтобы получить ее потребуется оставить свой email адрес, на который будет отправляться обновленная информация. Если же вы желаете, чтобы «солнечная» инициатива продвигалась стремительней и в более крупных масштабах, то можно поддержать компанию финансово – стартап еще принимает денежные взносы, награда за которые будет зависеть от суммы пожертвования.

Очень давно хотелось изготовить солнечный параболический концентратор. Прочитав массу литературы по изготовлению формы для параболического зеркала, я остановился на простейшем варианте - спутниковой тарелке. Спутниковая тарелка имеет параболическую форму, которая собирает отраженные лучи в одной точке.

За основу присмотрел Харьковские тарелки "Вариант". По приемлимой для меня цене мог приобрести только 90 сантиметровое изделие. Но цель моего опыта - высокая температура в фокусе. Для достижения хороших результатов необходима площадь зеркала - чем больше, тем лучше. Поэтому тарелка должна быть 1,5м, а лучше 2м. В ассортименте Харьковского производителя есть данные размеры, однако изготовлены они из алюминия, и соответственно цены заоблачные. Пришлось нырнуть в интернет, в поисках б/у изделия. И вот в Одессе, строители разбирая какой-то объект, предложили мне спутниковую тарелку размерами 1,36м х 1,2м., изготовленную из пластика. Немного не дотягивала до моих пожеланий, однако цена была хорошей, и я заказал одну тарелку.

Получив через пару дней тарелку, обнаружил, что изготовлена она в США, имеет мощные ребра жесткости (я переживал, достаточно ли крепкий корпус, и не поведет ли его после наклейки зеркал), и крепкий механизм ориентирования с множеством настроек.

Также приобрел зеркала, толщиной 3мм. Заказал 2 кв.м. - немного с запасом. Зеркала продаются в основном толщиной 4 мм., нашел троечку, чтобы легче было нарезать. Размер зеркал для концентратора решил сделать 2 х 2 см.

После сбора основных комплектующих приступил к изготовлению подставки для концентратора. Нашлось несколько уголков, кусочков труб и профильков. Нарезав по размерам, сварил, зачистил и покрасил. Вот что получилось:

Итак, изготовив подставку, принимаюсь за нарезку зеркал. Зеркала получил размерами 500 х 500 мм. Первым делом разрезал пополам, а потом сеткой 2 х 2 см. Перепробовал кучу стеклорезов, однако сейчас найти в магазинах, хоть что-то толковое, не представляется возможным. Новый стеклорез режет идеально 5-10 раз, и все.... После этого можно сразу выкидывать. Возможно есть какие-то профессиональные, но покупать их надо не в строительных магазинах. Поэтому, если кто-то соберется сделать концентратор из зеркал, вопрос о порезке зеркал самый трудный!

Зеркала нарезаны, тренога готова, приступаю к поклейке зеркал! Процесс долгий и нудный. У меня количество зеркал на готовом концентраторе получилось 2480 штук. Клей выбрал неправильный. Купил специальный клей для зеркал - держит хорошо, но он густой. При наклейке, выдавливая капельку на зеркало и прижимая потом к стенке тарелки, есть вероятность неравномерно прижать зеркало(где-то сильнее, где-то слабее). От этого зеркало может быть приклеено не плотно, т.е. будет направлять свой лучик солнца не в фокус, а около него. А если фокус будет размыт - высоких результатов ждать нечего. Забегая вперед, скажу, что у меня фокус получился размытым (из чего делаю вывод о том, что необходимо было применить другой клей). Хоть и результаты опыта порадовали, но фокус был размером приблизительно около 10 см, а вокруг еще размытое пятно еще по 3-5 см. Чем меньше фокус, тем точнее фокусировка лучей, тем соответственно будет выше температура. На поклейку зеркал у меня ушло почти 3 полных дня. Площадь нарезанных зеркал составила около 1,5кв.м. Был брак, вначале, пока не приспособился - много, позже существенно меньше. Бракованные зеркала составили, наверное, не более 5 %.

Солнечный параболический концентратор готов.

При замерах, максимальная температура в фокусе концентратора составила не менее 616,5 градусов. Солнечные лучи помогли поджечь деревянную доску, расплавить олово, свинцовый грузик и алюминиевую пивную банку. Эксперимент я проводил 25 августа 2015 года в Харьковской области, пгт.Новая Водолага.

В планах на следующий год (а может быть получится и в зимний период) приспособить концентратор для практических потребностей. Возможно для нагрева воды, возможно для выработки электроэнергии.

В любом случае, всем нам природа дала мощнейший источник энергии, надо только научиться им пользоваться. Энергия солнца в тысячи раз перекрывает все потребности человечества. И если человек сможет взять хотя-бы малую часть этой энергии, то это будет величайшим достижением нашей цивилизации, благодаря которому мы сохраним нашу планету.

Ниже представлен ролик, в котором вы увидите процесс изготовления солнечного концентратора на основе спутниковой тарелки, и опыты, которые с помощью концентратора получилось сделать.

Проблема использования солнечной энергии с древних времен занимала лучшие умы человечества. Было понятно, что Солнце – это мощнейший источник даровой энергии, но как эту энергию использовать, не понимал никто. Если верить античным писателям Плутарху и Полибию, то первым человеком, практически использовавшим солнечную энергию, был Архимед, который с помощью изобретенных им неких оптических устройств сумел собрать солнечные лучи в мощный пучок и сжечь римский флот.

В сущности, устройство, изобретенное великим греком, представляло собой первый концентратор солнечного излучения, который собрал солнечные лучи в один энергетический пучок. И в фокусе этого концентратора температура могла достигать 300°С - 400°С, что вполне достаточно для того, чтобы воспламенить деревянные суда римского флота. Можно только догадываться, какое именно устройство изобрел Архимед, хотя, по современным представлениям, вариантов у него было всего два.

Уже само наименование устройства – солнечный концентратор – говорит само за себя. Этот прибор принимает солнечные лучи и собирает их в единый энергетический пучок. Самый простой концентратор всем знаком из детства. Это обычная двояковыпуклая линза, которой можно было выжигать различные фигурки, надписи, даже целые картинки, когда солнечные лучи собирались такой линзой в маленькую точку на деревянной доске, листе бумаги.

Эта линза относится к так называемым рефракторным концентраторам. Кроме выпуклых линз к этому классу концентраторов относятся также линзы Френеля, призмы. Длиннофокусные концентраторы, построенные на основе линейных линз Френеля, несмотря на свою дешевизну, практически используются очень мало, так как обладают большими размерами. Их применение оправдано там, где габариты концентратора не являются критичными.

Рефракторный солнечный концентратор

Этого недостатка лишен призменный концентратор солнечного излучения. Более того, такое устройство способно концентрировать также и часть диффузного излучения, что значительно повышает мощность светового пучка. Трехгранная призма, на основе которой построен такой концентратор, является и приемником излучения и источником энергетического пучка. При этом передняя грань призмы принимает излучение, задняя грань – отражает, а из боковой грани уже выходит излучение. В основу работы такого устройства заложен принцип полного внутреннего отражения лучей до того, как они попадут на боковую грань призмы.

В отличие от рефракторных, рефлекторные концентраторы работают по принципу сбора в энергетический пучок отраженного солнечного света. По своей конструкции они подразделяются на плоские, параболические и параболоцилиндрические концентраторы. Если говорить об эффективности каждого из этих типов, то наивысшую степень концентрации – до 10000 – дают параболические концентраторы. Но для построения систем солнечного теплоснабжения используются в основном плоские или параболоцилиндрические системы.

Параболические (рефлекторные) солнечные концентраторы

Практическое применение солнечных концентраторов

Собственно, основная задача любого солнечного концентратора – собрать излучение солнца в единый энергетический пучок. А уж воспользоваться этой энергией можно различными путями. Можно даровой энергией нагревать воду, причем, количество нагретой воды будет определяться размерами и конструкцией концентратора. Небольшие параболические устройства можно использовать в качестве солнечной печи для приготовления пищи.

Параболический концентратор в качестве солнечной печи

Можно использовать их для дополнительного освещения солнечных батарей, чтобы повысить выходную мощность. А можно использовать в качестве внешнего источника тепла для двигателей Стирлинга. Параболический концентратор обеспечивает в фокусе температуру порядка 300°С – 400°С. Если в фокусе такого сравнительно небольшого зеркала поместить, например, подставку для чайника, сковороды, то получится солнечная печь, на которой очень быстро можно приготовить пищу, вскипятить воду. Помещенный в фокусе нагреватель с теплоносителем позволит достаточно быстро нагревать даже проточную воду, которую затем можно использовать в хозяйственных целях, например, для душа, мытья посуды.

Простейшая схем нагрева воды солнечным концентратором

Если в фокусе параболического зеркала поместить подходящий по мощности двигатель Стирлинга, то можно получить небольшую тепловую электростанцию. Например, фирма Qnergy разработала и пустила в серию двигатели Стирлинга QB-3500, которые предназначены для работы с солнечными концентраторами. В сущности, правильнее было бы их назвать генераторами электрического тока на базе двигателей Стирлинга. Этот агрегат вырабатывает электрический ток мощностью 3500 ватт. На выходе инвертора – стандартное напряжение 220 вольт 50 герц. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить электричеством дом для семьи из 4 человек, дачу.

Кстати, используя принцип работы двигателей Стирлинга, многие умельцы своими руками делают устройства, в которых используется вращательное или возвратно-поступательное движение. Например, водяные насосы для дачи.

Основной недостаток параболического концентратора заключается в том, что он должен быть постоянно ориентирован на солнце. В промышленных гелиевых установках применяются специальные системы слежения, которые поворачивают зеркала или рефракторы вслед за движением солнца, обеспечивая тем самым прием и концентрацию максимального количества солнечной энергии. Для индивидуального использования вряд ли будет целесообразным применять подобные следящие устройства, так как их стоимость может значительно превышать стоимость простого рефлектора на обычной треноге.

Как сделать самому солнечный концентратор

Самый простой способ для изготовления самодельного солнечного концентратора – это использовать старую тарелку от спутниковой антенны. Вначале нужно определиться, для каких целей будет использоваться этот концентратор, а затем, исходя из этого, выбрать место установки и подготовить соответствующим образом основание и крепления. Тщательно вымыть антенну, высушить, на приемную сторону тарелки наклеить зеркальную пленку.

Для того, чтобы пленка легла ровно, без морщин и складок, ее следует разрезать на полоски шириной не более 3 – 5 сантиметров. Если предполагается использовать концентратор в качестве солнечной печи, то рекомендуется в центре тарелки вырезать отверстие диаметром примерно в 5 – 7 сантиметров. Через это отверстие будет пропущен кронштейн с подставкой для посуды (конфоркой). Это обеспечит неподвижность емкости с приготовляемой едой при повороте рефлектора на солнце.

Если тарелка небольшого диаметра, то рекомендуется еще и полоски разрезать на кусочки длиной примерно по 10 см. Наклеивать каждый кусочек отдельно, тщательно подгоняя стыки. Когда отражатель будет готов, его следует установить на опору. После этого нужно будет определить точку фокуса, так как точка оптического фокуса у тарелки спутниковой антенны не всегда совпадает с позицией приемной головки.

Самодельный солнечный концентратор – печь

Чтобы определить точку фокуса, необходимо вооружиться темными очками, деревянной дощечкой и толстыми перчатками. Затем нужно направить зеркало прямо на солнце, поймать на дощечку солнечный зайчик и, приближая или удаляя дощечку относительно зеркала, найти точку, где этот зайчик будет иметь минимальные размеры – небольшую точку. Перчатки нужны для того, чтобы уберечь руки от ожога, если они случайно попадут в зону действия луча. Ну, а когда точка фокуса будет найдена, ее останется только зафиксировать и монтировать необходимое оборудование.

Вариантов самостоятельного изготовления солнечных концентратором существует множество. Точно так же самому из подручных материалов можно смастерить и двигатель Стирлинга. А уж использовать этот двигатель можно для самых различных целей. На сколько хватит фантазии, желания и терпения.