Солнечные концентраторы: Солнечные концентраторы. Виды и особенности. Применение

Солнечные концентраторы. Виды и особенности. Применение

Полное количество энергии солнца, которое поступает на поверхность Земли всего лишь за неделю, превышает энергию запасов нефти, урана, угля и газа во всем мире. Сберегать солнечное тепло можно различными способами. Одним из таких решений являются солнечные концентраторы. Это специальное устройство для сбора солнечной энергии, которое выполняет функцию нагрева материала-теплоносителя. Обычно применяются для отопления помещений и нужд горячего водоснабжения. Именно указанным свойством он отличается от солнечных батарей, который непосредственно производят электричество.

Устройство

Основная функция солнечного концентратора – фокусировка солнечного излучения на приемнике излучателя, который располагается на фокальной линии или в фокальной точке коллектора солнечной энергии.

Устройство солнечного концентратора предполагает наличие следующих элементов:

• Линзы или отражатели, которые применяются в качестве концентратора солнечных лучей.
• Конструкция основания, на которой крепятся линзы или отражатели.
• Тепловоспринимающий элемент, в качестве которого часто выступает солнечный коллектор.
• Трубопроводы, которые подводят и отводят теплоноситель.
• Механизм привода системы слежения. Данный механизм в большинстве случаев включает:
  — Электронный блок преобразования сигналов.
  — Датчик направления на Солнце.
  — Электродвигатель с редуктором, который поворачивает конструкцию солнечного концентратора в двух плоскостях.

В зависимости от конструкции устройство также может включать линзы Френеля, термометр, регулирующий вентиль, контур системы отопления, циркуляционный насос и ряд иных элементов.

Принцип действия

Принцип действия солнечных концентраторов кроется в фокусировке лучей солнца на емкости с теплоносителем.

Работа теплоносителя заключается в поглощении солнечной энергии. В зависимости от используемого метода концентрации энергии солнца могут применяться:

• Параболоцилиндрические концентраторы, которые фокусируют солнечное излучение на трубах с маслом или водой
• Гелиоцентрические установки башенного типа.
• Специальные параболические зеркала.

Солнечное излучение в определенных моделях концентраторов может концентрироваться:

• В фокусной точке.
• Вдоль фокальной линии, в которой находится приемник.

Все выглядит следующим образом:

• Достижение в концентраторах высоких температур обеспечивается путем отражения излучения солнца с большей поверхности на более мелкую поверхность приемника- абсорбера.
• Жидкость-теплоноситель, который проходит через приемник, максимально поглощает тепло и переносит его к потребителю.

Температура в приемнике достигает высоких значений, но концентраторы способны фокусировать лишь прямое солнечное излучение. В результате их эффективность в облачную или туманную погоду существенно снижается. Наиболее высокие показатели КПД демонстрируют в регионах с высокой степенью инсоляции, к примеру, в экваториальных или пустынных районах.

Чтобы можно было использовать солнечное излучение максимально эффективно, следует обеспечить ориентацию солнечных концентраторов в направлении солнца. С этой целью концентраторы оснащаются трекером, то есть специальной следящей системой. Она поворачивает систему прямо «лицом» к солнцу.

Одноосные следящие системы выполняют поворот системы с востока на запад. В свою очередь двуосные системы с севера на юг, чтобы ориентировать систему на Солнце круглый год.

В промышленных масштабах параболоцилиндрический зеркальный концентратор обеспечивает фокусировку солнечного излучения, обеспечивая более, чем стократную его концентрацию. Результат, жидкость нагревается практически до 400 градусов. Проходя через ряд теплообменников, жидкость вырабатывает пар, который вращает турбину парогенератора. Чтобы минимизировать тепловые потери, приемная трубка окружается прозрачной стеклянной трубкой, которая тянется вдоль фокусной линии цилиндра.

Виды

По конструктивной схеме работы концентраторы выделяют в следующие разновидности:

• Параболические солнечные концентраторы.

• Параболоцилиндрические концентраторы.

• Солнечные башни.

• Концентраторы на сферических линзах.

• Концентраторы на линзах Френеля, то есть плоских линзах.

Солнечные концентраторы также классифицируют на следующие виды:

• Сильно концентрирующие (Кс≥100) и слабо концентрирующие (Кс<100). Это зависит от уровня повышения плотности излучения, либо степени его концентрации.
• Селективные и неселективные системы, то есть по степени воздействия сконцентрированного излучения на спектральные характеристики.
• Преломляющие (линзовые) и отражающие (зеркальные) системы — по характеру взаимодействия солнечных лучей с
  оптическими элементами солнечных концентраторов.
• Без слежения, экваториальная, азимутально-зенитальная система – по схеме слежения за солнцем.
• Одно- и многоэлементные системы — по числу оптических элементов, которые последовательно участвуют в процессе концентрирования излучения.
• Со следящим приемником, со следящим отражателем – по методу слежения за солнцем.
• жидкостным или воздушно-конвективным отводом тепла – по методу отвода тепла.

Особенности

• Излучение солнца в одних концентраторах фокусируется в фокусной точке, в других — вдоль фокальной линии, где и располагается приемник. При отражении излучения с большей поверхности на меньшую, достигается высокая температура приемника, это тепло отводится теплоносителем.
• Эффективность концентраторов существенно снижается в период облачности, так как фокусируется только прямое солнечное излучение. В связи с этим подобные системы имеют высокий КПД в регионах, где особенно высок уровень инсоляции: в районе экватора и пустынях. Для повышения эффективности применения солнечного излучения, концентраторы часто оснащаются следящими системами, которые обеспечивают точную ориентацию на солнце.
• Так как стоимость солнечных концентраторов довольно высока, а следящие системы нуждаются в периодическом обслуживании, в большинстве случаев их применение ограничено промышленными системами электрической генерации. К тому же подобные установки могут применяться в гибридных системах, к примеру, в совокупности с углеводородным топливом. В этом случае аккумулирующая система обеспечит уменьшение себестоимости выдаваемого электричества.

Применение

• Параболоцилиндрические солнечные концентраторы и башни оптимально работают в структуре крупных систем, соединенных с сетью электростанций, имеющих мощность 30-200 МВт.
• Системы тарельчатого типа выполнены из модулей, они могут применяться в автономных установках и группах, имеющих общую мощность в несколько мегаватт.

Параболоцилиндрические солнечные концентраторы на текущий момент являются одной из наиболее развитых солнечных энергетических технологий. Вероятнее всего, что именно они в ближайшей перспективе будут использоваться в промышленности. Благодаря эффективной теплоаккумулирующей способности станции башенного типа также могут стать станциями недалекого будущего. Благодаря модульному характеру «тарелок» они могут применяться в небольших установках.

«Тарелки» и башни позволяют обеспечить более высоких значений КПД при получении энергии меньшей стоимости. Однако это требует значительного снижения капитальных затрат. В настоящее время только параболические концентраторы уже апробированы и в скором времени будут усовершенствованы. Башенные солнечные концентраторы требуют демонстрации эксплуатационной надежности и эффективности. Для систем тарельчатого типа нужна разработка недорого концентратора и создание коммерческого двигателя.

Параболические концентраторы

Преимущества:

• Опробованная технология.

Недостатки:

• Высокие затраты.
• Низкая температура теплоносителя.
• Нужен ультраплоский ландшафт.

Башни

Преимущества:

• Более высокая эффективность.
• Более высокая температура.
• Ниже стоимость энергии.
• Не нужен ультраплоский ландшафт.

Недостатки:

• Высокая цена.
• Малая распространенность.

Солнечные концентраторы с линейными отражателями Френеля

Преимущества:

• Низкая стоимость энергии.
• Простой дизайн.

Недостатки:

• не опробована технология.

Похожие темы:

Солнечный коллектор или гелиоконцентратор — alter220.ru

Содержание статьи

Солнечный концентратор, как и солнечный коллектор, на первый взгляд решают одинаковую задачу – обеспечение потребителя энергией из альтернативного источника. Но если существуют два разных устоявшихся названия, значит эти устройства должны чем-то существенно отличаться друг от друга.

Сравнение без детализации

Установить градацию между солнечными коллекторами и концентраторами помогут два новых понятия: апертура и абсорбер. В области альтернативной энергетики их следует описывать так:

• Апертура – элемент конструкции эффективно принимающий солнечное излучение;
• Абсорбер – элемент устройства, поглощающий тепловое излучение.

Используя эти термины, описать обычный бытовой солнечный коллектор можно как устройство, в котором площади апертуры и абсорбера приблизительно одинаковы. Типичный пример – солнечный водонагреватель, или воздушный солнечный коллектор.

Солнечный концентратор спроектирован таким образом, что площадь апертуры во много раз больше площади абсорбера. Например, солнечная электростанция Ашалим, в Израиле, собирает свет с 55 тысяч зеркал, общей площадью более 3,1 кв. км, на абсорбер площадью ≈ 200 кв. м.

Типы солнечных концентраторов

До 2010 года, солнечные концентраторы использовали только зеркальные поверхности для передачи излучения на абсорбер и делились на три типа:

• Солнечные башни;
• Параболические концентраторы;
• Параболоцилиндрические системы.

Затем была доказана более высокая эффективность анидолической (неизображающей) оптики, для концентрации тепловой энергии солнечного света, и на основе параболоцилиндрических систем начали строить крупные электростанции, генерирующие более 100 МВт электроэнергии.

Но самую первую солнечную электростанцию, ещё в 1907 году собрал изобретатель Шуман, именно на основе параболических желобов. Постоянно совершенствуя своё детище, к 1913 году Шуман довёл её мощность до 52 КВт.

Фундаментальные различия коллекторов и концентраторов

Принципиальная разница между гелиоконцентраторами и солнечными коллекторами кроется в температуре рабочего тела. Для солнечных концентраторов, стандартная температура абсорбера не опускается ниже 400˚C. В некоторых системах она достигает 1400˚C. Разумеется, что использование воды в таких системах невозможно, поэтому в качестве теплоносителя используют расплавы солей, эвтектические сплавы металлов и даже жидкий кремний.

Но самое главное – солнечные концентраторы, прежде всего, используют для генерации электричества. Для обогрева помещений такие системы не приспособлены, поэтому гелиоконцентраторы практически везде используются в промышленных масштабах.

ВАЖНО: для генерации электричества в круглосуточном режиме, все промышленные гелиоконцентраторы имеют в своей структуре гигантские теплоаккумуляторы.

Солнечные коллекторы спроектированы именно как устройства для нагрева воды или воздуха, без возможности генерации электричества. В самых современных солнечных коллекторах с вакуумными трубками, теплоноситель может нагреваться до 200-220˚C, но через обменный контур он отдаёт тепло в бойлер большого объёма. А температура воды в бойлере уже не поднимается выше 90-95˚C.

Особое применение нашли солнечные коллекторы в работе с теплоаккумуляторами. Комбинация двух этих устройство позволяет запасать тепло на длительный срок, и использовать энергию из альтернативного источника для бесплатного обогрева жилья в зимний период. Грамотно проектированные теплоаккумуляторы, могут сделать зимнее отопление жилых помещений полностью автономным, либо снизить затраты на 65-90%.

ИНФОРМАЦИЯ: в Германии ежегодно вводят в эксплуатацию несколько сотен теплоаккумуляторов для отопления домов, а крупномасштабные проекты, обеспечивающие обогрев больших инфраструктурных объектов (больницы, торговые центры, крытые стадионы) уже исчисляются десятками. Все они используют вакуумные солнечные коллекторы.

Для объективности надо заметить, что интеграция в систему отопления теплоаккумуляторов, заряжающихся от альтернативных источников энергии, требует относительно высоких финансовых вложений. Во всём мире подобные проекты частично или полностью оплачиваются из государственной казны. Правительство России, как и других стран постсоветского пространства, такую помощь населению не оказывает.

Предпочтения в частном секторе

Простому домовладельцу в 99% случаев приходится использовать солнечный коллектор. Даже если он изготовлен в форм-факторе параболоцилиндрического желоба, то получаемая энергия идёт на обогрев дома, или воды. В идеальном варианте, такой коллектор может запасать тепло в расширительной ёмкости днём, а ночью горячий теплоноситель будет циркулировать по батареям отопления.

Единичные проекты теплоаккумуляторов рассчитанные для сезонного хранения энергии, реализованы в нескольких подмосковных коттеджах. И то, это была инициатива владельцев, действовавших на свой страх и риск. Но отзывы они оставляют положительные. Ведь затраты на отопление в зимний период снизились на 60-80%!

Солнечный концентратор тоже может получить прописку в своём доме, но только в виде систем CSP-Stirling. Такие небольшие параболические концентраторы диаметром 2 – 3 метра, с установленным генератором Стирлинга в фокусной точке, могут вырабатывать 3-5 КВт электроэнергии. В США их устанавливают на крышах зданий с 2010 года. Тем более что КПД подобных устройств гораздо выше, чем у солнечных элементов.

Без генерации электроэнергии, солнечным концентратором можно нагревать сауну. Такие например используются в швейцарских Альпах. (рис. Солнечная сауна)

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Солнечные концентраторы и их виды

Солнечный коллектор для отопления дома

Солнечный концентратор: Виды и конструктивные особенности.

Что представляет собой солнечный концентратор и каково его назначение?

Это устройство, фокусирующее свет на теплоноситель, является альтернативным источником энергии, наравне с энергией ветра. Бак с жидкостью в этом случае является, как правило, теплоносителем, впитывающем солнечную энергию. Виды приборов различаются на параболоцилиндрические, тарельчатые устройства, в которых применяются зеркала, а также башенного типа гелиоцентрические конструкции. Солнечные лучи, в соответствии с устройством, фокусируется в точке или распределяется по линии. Следует отметить, что солнечный концентратор способен нормально функционировать исключительно, когда светит солнце, что в отечественных природных условиях недостаточно эффективно.

Российский климат настолько изменчив, что значительно затрудняет расчет прибора. По этой причине солнечный концентратор может применяться только в областях с большим количеством солнечных дней в году: в степных районах и пустынях. При использовании приборов в промышленности они снабжаются аппаратами слежения, позволяющими качественно ориентировать устройства по солнцу.

Работа концентратора основана на передаче энергии сфокусированного солнечного света приемником, который нагревается и отдает тепло теплоносителю. Так как данный концентратор довольно дорогой, а аппараты слежения нуждаются в регулярном обслуживании, его использование весьма ограничено. Для повышения эффективности солнечный концентратор применяется в гибридных системах, использующих, кроме энергии солнца, топливные ресурсы. Энергия, при этом, вырабатывается круглосуточно и постоянно, независимо от дня или ночи.

Особенности концентраторов.

Длина параболического концентратора бывает до 50м, он выполнен из параболических зеркал, которые аккумулируют солнечную энергию с помощью фиксации в определенной точке. Энергия фокусируется на точках проводника с теплоносителем, размещенного по всей конструкции.

Труба с теплоносителем помещается в кожух из стекла, что дает возможность уменьшить потери тепла. Иногда в качестве трубы применяется фотоэлемент, сокращающий поверхность устройства при такой же энергоотдаче. При этом, фотоэлемент подвергается перегреву, что вынуждает запустить снабжение системы охлаждения. Такого типа концентраторы ориентируются по сторонам света, как раз они и снабжаются аппаратами слежения.

В данном случае, энергия нагревает теплоноситель с выработкой пара, вращающего турбогенератор. Следует отметить, что, согласно проведенным экспериментам, эффективность подобных концентраторов уступает башенным и тарельчатым устройствам.

Тарельчатые устройства.

Подобные концентраторы напоминают спутниковые тарелки. По конструкции – это параболические зеркала, которые дают возможность фокусировать солнечную энергию на теплоноситель, который нагревается до 1000 градусов и приводит в движение двигатель или генератор. Концентраторы-тарелки являются прогрессивным направлением, оно непрерывно совершенствуется производителями энергетического оборудования. Применение подобной конструкции удобно для дачи, когда она расположена в южном регионе. Устройство несложно сконструировать самостоятельно и применять его с целью экономии электроэнергии.

Башенная конструкция.

Следующий тип конструкции – башенное устройство, снабженное приемником. В ней энергия собирается приемником, размещенным на башне. Вокруг нее размещены гелиостаты для отслеживания солнца и ориентации на него для концентрации на приемнике. Он предназначен для накопления энергии, которая в дальнейшем приводит в движение турбину. Роль теплоносителя играет пар с температурой 1000С, металл с – 800С.

Причем, теплоноситель вращает турбину, и участвует в технологическом процессе. Данный тип концентратора является довольно эффективным, но слишком дорогостоящим. Чтобы повысить КПД установки, нужны большие поверхности. По этой причине для малых мощностей предпочтительнее применять параболоцилиндрические концентраторы. Тарелочный тип наиболее эффективен, когда необходимо обеспечить электроэнергией малую автономную установку.

Солнечные пруды.

Солнечные пруды – особый тип концентраторов, где аккумуляция тепла сопровождается ростом температуры в придонном слое жидкости, который имеет высокую концентрацию солей. Работа такого пруда основана на концентрации солнечного тепла в объеме жидкости. Такая идея по производству электроэнергии появилась, когда выяснилось, что в отдельных соленых озерах температура в глубинных слоях равняется 70С. Это пробовали объяснить наличием большого количества бактерий или подземных источников, но настоящая причина оказалась в специфическом поглощении солнечной энергии, связанном с большим содержанием солей.

Излучение в таких прудах беспрепятственно попадает на дно через небольшой пресноводный слой и превращается в тепло. КПД такого превращения энергии составляет до 20%. Поверхность водоема служит определенным экраном, который сохраняет тепло и понижает его потери. В простых озерах солнце нагревает лишь верхние слои, они очень быстро охлаждаются ночью или в ненастную погоду из-за теплообмена с холодным воздухом. В солнечном пруду мутная придонная вода повышает поглощение энергии, температура в нижних слоях может достигать 100С.

В Марокко запустили крупнейший в мире концентратор солнечной энергии / Хабр

500 000 параболических зеркал расположены в 800 рядов

В 20 км от городка Уарзазат в пустыне Сахара состоялась церемония торжественного открытия крупнейшей в мире электростанции с концентрацией солнечной энергии (concentrating solar power, CSP) — станции Noor I на 160 мегаватт.

500 000 больших 12-метровых параболических зеркал в расположены в 800 рядов, а вся установка хорошо видна даже из космоса. Недавно НАСА опубликовало фотографии соответствующего участка пустыни до установки зеркал и после (24.12.2013 и 14.12.2015). На первой фотографии уже подготовлена площадка для строительства.

Noor I — только первая фаза строительства, это один из трёх фрагментов будущей электростанции. Вместе с Noor II (200 МВт, стоимость 810 млн евро) и Noor III (150 МВт, 645 млн евро) вся установка будет генерировать 510 МВт энергии. Строительство Noor II и Noor III уже началось.

Синтетическое термальное масло на станции теплопередачи (heat transfer solution, HTF) нагревается до 393°C, так что она не успевает остыть 7-8 часов и даёт пар даже когда облака закрывают Солнце. Даже ночью, то есть солнечная электростанция работает круглосуточно.

Зеркала слегка жужжат, когда поворачиваются за Солнцем каждые несколько минут. В окончательном виде площадь электростанции составит 2500 гектаров — больше, чем площадь марокканской столицы, города Рабат.

Благодаря этой гигантской установке и другим проектам Марокко планирует в 2020 году получать 42% всего необходимого электричества от Солнца, значительно сократив импорт углеводородов. В Марокко нет собственных месторождений нефти и газа, но сейчас она получает от них 94% всей электроэнергии.

А если построить ещё несколько сотен таких солнечных станций, то можно обеспечить электричеством не только свою страну, но и всю Европу — тогда Марокко станет лидером мировой солнечной энергетики. Но это пока только в фантазиях короля Мухаммеда VI.

Технические характеристики проекта Noor I

Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенны

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

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

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 Пленка

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

Шаг 2 система слежения.

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

Список деталей:
geliotraker.zip

[93.93 Kb] (скачиваний: 476)

* 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[media=http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=tekVzmQx6qo]

Сам можно сделать на основе передней ступицы автомобиля ВАЗ.

Кому интересно фото взято отсюда :Поворотный механизм

Шаг 3 Создание теплообменника-коллектора

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

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 электронный термостат, который, в случае достижения заданной температуры, будет отводить зеркало от солнца с помощью механизма слежения.

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

Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Как построить солнечный концентратор своими руками из подручных средств, бесплатное руководство от GoSol (видео)

Стартаповская компания GoSol намерена сделать солнечную энергию доступной для каждого в глобальном масштабе. Для этого ею была создана инициатива по разработке и распространению инструкций по сборке солнечных концентраторов из местных материалов, которые могли стать эффективными источниками тепла для приготовления пищи, стирки, нагрева воды и отопления.

«Миссия GoSol.orgсостоит в том, чтобы искоренить энергетическую нищету и минимизировать последствия глобального потепления путем распространения нашей DIY-технологии (DIYот англ. Do It Yourself — рус. «сделай это сам») и разрушения всяких барьеров на пути к свободном доступу к солнечной энергии. С вашей помощью мы хотим привлечь сообщества, предпринимателей и умельцев к использованию самого мощного в мире источника энергии. Все материалы и инструменты, необходимые для реализации этих технологий уже произведены и в изобилии присутствуют во всех уголках мира» — говорится на сайте GoSol.

Энтузиасты GoSol запустили компанию, с помощью которой намереваются собрать 68 000 долларов для воплощения в жизнь своей цели. На данный момент инициатива привлекла около 27 000 долларов и совсем недавно GoSol выпустила свою первую инструкцию по созданию солнечного концентратора.

Читайте также: Солнечный концентратор Ripasso — самый эффективный способ преобразования солнечной энергии?

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.

Читайте также: Украинский солнечный концентратор «Diversity» — инструкция в свободном доступе

Видео: компания GoSol.org Free The Sun Campaign for Builders

Источник: treehugger.com

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Солнечные концентраторы: факты и советы по солнечной энергии

Концентраторы

открывают большие перспективы для обеспечения обильного количества альтернативной энергии и удовлетворения мировых энергетических потребностей в будущем, поскольку прямой солнечный свет на сегодняшний день является самым распространенным источником энергии на Земле.

Но хотя базовая технология, лежащая в основе солнечных панелей, существует уже несколько десятилетий и хотя ее популярность растет, государственные финансовые стимулы по-прежнему важны для обеспечения растущего числа установок по всему миру.

Насколько точно вы концентрируете солнечный свет?

Если вы когда-либо фокусировали луч света от увеличительного стекла на лист бумаги, вы сразу заметили две вещи: (1) Диаметр светового луча, падающего на бумагу, намного меньше диаметра увеличительного стекла. ; и (2) сконцентрированный свет намного теплее окружающего воздуха … фактически, на нужном расстоянии вы можете разжечь огонь с помощью лупы. В этом примере вы могли бы сказать, что увеличительное стекло концентрировало солнечный свет.

Таким образом, солнечный концентратор делает именно то, что подразумевает его название: он принимает солнечный свет, падающий на большую площадь, и собирает его вместе. Но он не просто концентрирует солнечный свет; он также направляет этот солнечный свет в очень конкретное, меньшее место.

В отличие от солнечного трекера, который перемещает солнечную панель так, чтобы солнце падало под наилучшим углом, солнечный концентратор неподвижен.

Солнечные концентраторы могут снизить затраты

Одним из препятствий на пути широкого использования солнечной энергии в США является ее стоимость. Хотя затраты на производство электричества от солнца неуклонно снижаются (в то время как энергия из ископаемого топлива растет), оно все еще дороже.

Если производство солнечной энергии будет расти в будущем, крупномасштабное производство должно удешевиться — возможно, за счет снижения стоимости солнечных элементов или увеличения количества вырабатываемой ими энергии.

Солнечные концентраторы — одно из основных направлений исследований, которое, как многие надеются, приведет к снижению затрат, и в настоящее время используются несколько подходов.

Многопереходные ячейки

Основная стратегия солнечных концентраторов состоит в том, чтобы собрать свет с помощью недорогих средств и направить его на очень эффективные солнечные элементы, которые затем производят электричество.Чем выше эффективность солнечного элемента, тем больше энергии он может производить на солнце.

Коммерчески доступные плоские солнечные панели в настоящее время имеют КПД около 19 процентов, но за последние несколько лет ученые смогли добиться значительно лучших результатов, создав «многопереходные элементы».

Они укладывают несколько слоев ультратонких материалов друг на друга. Каждый отдельный слой поглощает определенный диапазон цветов (или длин волн) света, и вместе они преобразуют более широкий спектр солнечной энергии в электричество.

По словам Сары Курц и Джона Гейза из лаборатории, новейшие, наиболее эффективные ячейки в лаборатории могут достигать эффективности более 40 процентов (щелкните здесь, чтобы прочитать эту новость).

В своей статье Energy Express они предсказывают, что эта передовая технология будет продолжать развиваться, и лучшие солнечные элементы могут достичь эффективности 45 или 50 процентов при дальнейшей работе.

Хотя многопереходные солнечные элементы могут достигать более высокой эффективности, их тонкие слои могут основываться на редких и дорогих элементах, таких как индий и галлий, а сами элементы часто должны быть сконструированы в жестких лабораторных условиях.Эти факторы делают производство лучших солнечных элементов очень дорогим.

Следовательно, такие ячейки лучше всего использовать в приложениях, которые могут оправдать эти затраты, например, в космических приложениях, на военных объектах (где малый размер является привлекательным), а также в ситуациях, когда солнечный свет может быть сконцентрирован и направлен на многопереходную ячейку. .

Чтобы прочитать их статью «Многопереходные солнечные элементы для преобразования концентрированного солнечного света в электричество», написанные Сарой Курц и Джоном Гейзом, щелкните здесь.

Линзы Френеля + слежение за Солнцем

Одним из способов концентрации солнечного света, падающего на солнечные элементы, является использование линз Френеля.

В Физико-техническом институте им. Иоффе в Санкт-Петербурге, Россия, они комбинируют эффективные солнечные элементы с линзами Френеля — оптическими элементами, похожими на стекло определенной формы, которое позволяет маячным факелам или театральным прожекторам фокусировать свет в сильный луч. Они также используют устройства слежения за солнцем, чтобы автоматически ориентировать солнечные панели по направлению солнца, когда оно движется по небу.

Как правило, проблема с этим типом технологии заключается в том, что, усиливая свет, падающий на солнечные элементы, он увеличивает тепло солнечного элемента, вызывая его потерю эффективности, и, следовательно, требует использования систем охлаждения для уменьшения потерь тепла.

Голографическая настройка

Голографическая настройка позволяет изготавливать недорогую, термостойкую и эффективную солнечную панель с использованием комбинации голографических полос для концентрации света над и под солнечной панелью (что делает практичные двухлицевые солнечные панели).

Для получения полной информации об этой многообещающей технологии и компании, которая производит фотоэлектрические панели с использованием этих полос, прочтите нашу статью о Prism Solar.

Люминесцентные солнечные концентраторы

Эти концентраторы состоят из листов стекла или пластика, покрытых тонкой пленкой молекул красителя. Краситель поглощает определенные цвета солнечного света, а затем повторно излучает свет с более длинными волнами, который захватывается стеклом и преобразуется в электричество небольшими солнечными элементами, прикрепленными к краям концентратора.

Эти концентраторы недороги и являются потенциальным решением для снижения стоимости солнечной электроэнергии, говорят Балдо и его коллеги.

В своей статье они сообщают о новом значительном усовершенствовании, которого они достигли, суспендировав молекулы красителя в жидком кристалле и контролируя их ориентацию. Они сообщают о самой высокой эффективности улавливания света люминесцентным солнечным концентратором на сегодняшний день.

Для получения дополнительной информации щелкните здесь.

Следующие технологии все еще находятся в разработке

Электросмачивание

Люминесцентные солнечные лазеры

Вернуться с этой страницы солнечных концентраторов на нашу домашнюю страницу солнечной энергии

какие разные технологии?

Солнечные концентраторы — это устройства, работающие на основном принципе фокусировки солнца.Откройте для себя различные технологии солнечных концентраторов, в том числе линзы Френеля, параболические зеркала, отражатели и люминесцентные концентраторы.

Как работают концентраторы солнечной энергии?

Солнечные концентраторы — это устройства, которые работают по основному принципу фокусировки солнца. Как правило, интенсивный солнечный свет приводит к более высоким температурам , что увеличивает скорость, с которой тепло может быть эффективно преобразовано в электричество.
Чтобы усилить солнечный свет, используются концентраторы солнечной энергии, которые объединяют солнце в одну точку фокусировки.

Работа концентраторов солнечной энергии

Концентраторы солнечной энергии работают по принципу фокусировки пучка солнечного света на небольшую поверхность, обычно с помощью оптического устройства или зеркала.
Чтобы технология концентрации была эффективной, концентратор должен быть направлен прямо на солнце. Таким образом, концентраторы должны следовать за солнцем с помощью трекера, чтобы обеспечить максимальное улавливание излучения в течение дня.

Отслеживание солнечного концентратора

Отслеживание может быть по одной оси , с востока на запад, чтобы обеспечить ежедневное движение солнца по небу, и по двойной оси , с востока на запад и с севера на юг, чтобы точно отслеживать изменение пути солнца.Поскольку концентраторы солнечной энергии работают только при прямом солнечном свете, их можно использовать только в чистых солнечных местах.

Преимущества солнечных концентраторов

Использование концентрированной фотоэлектрической (CPV) технологии в солнечной системе может иметь несколько преимуществ по сравнению с обычными моно- / поликристаллическими и тонкопленочными технологиями Si:

• Для улавливания такого же или даже большего количества излучения требуется меньше материала солнечных элементов, чем у обычных Система концентрирования энергии:
  • Высокоэффективные многопереходные элементы дороже стандартных кремниевых солнечных элементов, однако из-за концентрации солнечного света для них требуется лишь небольшая поверхность элемента.
• Вся система может быть рентабельной благодаря меньшему количеству материала ячеек, низкой стоимости оптики и увеличенной мощности

Типы концентраторов солнечной энергии

Линза Френеля

Линза Френеля названа в честь конструктора французского физика Огюстена-Жана Френеля .
Эта передняя часть линзы не гладкая, а имеет шероховатые участки поверхности, расположенные под разными углами, чтобы увеличить концентрацию, сводя вес и толщину к минимуму.
Линзы Френеля могут быть круглыми , обеспечивающими точечный фокус с высокой концентрационной способностью, или цилиндрическими , обеспечивающими линейный фокус с пониженной концентрационной способностью.

Зеркала параболические

Концентрационная установка с параболическими зеркалами требует двух зеркал; коллектор и концентратор .
Первое зеркало (коллектор) отражает падающие солнечные лучи в фокус второго зеркала (концентратора), которое меньше.
Затем концентратор направляет солнечные лучи в середину зеркала отражателя, где расположен солнечный элемент.
Эта конфигурация не требует оптических линз .

Отражатели

Отражатели концентратора представляют собой прямые зеркала из металла с силиконовым покрытием, расположенные под углом для улавливания солнечных лучей.Для предотвращения потерь на отражение зеркала используются попарно. Угол наклона зависит от широты установки.

Люминесцентные концентраторы

Люминесцентные концентраторы преломляют свет в люминесцентной пленке и затем направляют его на солнечный элемент.
Они не требуют зеркал и оптических линз и могут концентрировать рассеянный свет . Эта технология концентратора не требует отслеживания.

Как моделировать солнечные концентраторы с помощью модуля лучевой оптики

Параболоидальная солнечная тарелка может фокусировать солнечное излучение на небольшую цель или приемник резонатора.Поскольку солнечная энергия собирается на большой площади, падающий тепловой поток на приемник чрезвычайно высок. Затем эту тепловую энергию можно преобразовать в электрическую или использовать для производства химического источника энергии, такого как водород. Сегодня мы обсуждаем стратегии для расчета распределения теплового потока в фокальной плоскости типичной солнечной антенной системы концентратора / приемника.

Солнечная тепловая энергия: эффективный источник энергии

Основной принцип работы систем солнечного концентратора / приемника заключается в том, что поступающее солнечное излучение может отражаться изогнутой поверхностью, концентрироваться на небольшой площади и использоваться для питания теплового двигателя, такого как паровая турбина.Чтобы сфокусировать солнечное излучение на минимально возможной площади, оптимальной формой рефлектора является параболический желоб или параболоидальная тарелка (показано ниже).

Параболоидальная тарелка для концентрированной солнечной энергии и ремонтный кран. Изображение Thennicke — Собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons.

Максимальный теоретический КПД теплового двигателя увеличивается с увеличением максимальной температуры, хотя за пределами определенной температуры выбор материалов может стать слишком ограниченным для практического использования.Поэтому большой интерес был проявлен к максимально точному прогнозированию рабочей температуры резонаторного приемника.

Важным показателем при прогнозировании распределения температуры является отношение концентраций (ссылка 1, ссылка 2), отношение падающего потока на поверхность приемника резонатора к окружающему солнечному потоку. Коэффициент концентрации увеличивается, когда излучение фокусируется на меньшую площадь или когда потери в системе, такие как поглощение на поверхности тарелки, уменьшаются.Для некоторых применений, таких как производство водорода, однородность теплового потока имеет большое влияние на эффективность процесса. Следовательно, мы должны учитывать, как соотношение концентраций изменяется по поверхности приемника.

Приемник может иметь множество различных форм, некоторые из которых исследованы в [4]. 1, но в этом посте мы предположим, что нас интересует просто тепловой поток в фокальной плоскости солнечной антенны.

Прогнозирование соотношения концентраций идеализированного солнечного коллектора

В идеале параболический отражатель может фокусировать лучи в точку.Однако многие возмущения препятствуют возникновению этого идеализированного поведения даже в контексте геометрической оптики, в которой мы пренебрегаем дифракцией.

Давайте посмотрим на некоторые возмущения в системе, которые могут ограничивать фокусирующую способность параболического отражателя.

Поглощение

Часть падающей солнечной энергии будет поглощаться, а не отражаться параболическим зеркалом. Даже новое зеркало поглощает некоторую часть падающей энергии, а годы износа могут еще больше ухудшить его характеристики.Случай, описанный в [5]. 3 — типичный пример.

Шероховатость поверхности

Настоящее зеркало не идеально гладкое. В параболической тарелке всегда есть отклонение в направлении нормали к поверхности от ide

Солнечные концентраторы (солнечный форум в Перми)

mekennedy1313 писал (а):
Существуют ли какие-либо графики зависимости температуры от эффективности для фотоэлектрических модулей и существуют ли фотоэлектрические системы, разработанные для обеспечения эффективности при более высоких температурах. Идея состоит в том, чтобы максимизировать захват энергии за счет циркуляции охлаждающей жидкости, например воды, которая поддерживает ячейки на оптимальной или близкой к ней температуре, но собирает это тепло, которое в противном случае теряется для целей ТЭЦ.Даже если они несколько дороже, меньшее количество необходимых ячеек снижает затраты, и у вас есть дополнительное преимущество в виде обогрева дома в холодном климате.

Фотоэлементы становятся менее эффективными с повышением температуры из-за фундаментальной физики. Я думаю, что есть некоторые фотокаталитические системы (от солнечной до химической: генерация водорода и окиси углерода, кажется, два основных направления исследований), которые остаются эффективными при довольно высоких температурах.

Умеренно высокие температуры могут также постепенно разрушать клетки, вызывая необратимые изменения, снижающие эффективность, но не разрушающие клетки одним махом.

Охлаждающая жидкость — отличная идея. Я думаю, что некоторые фотоэлектрические батареи производят значительное напряжение, и в этом случае непроводящая жидкость будет в порядке на случай возникновения утечки. Это может быть предварительный нагреватель для солнечного теплового коллектора, так что температура воды, выходящей из системы панелей, может быть выше, чем вы бы предпочли для фотоэлектрических массивов.

В жарком климате обычно проектируют фотоэлектрические коллекторы с зазором над крышей и под наклоном, так что тепловая тяга нагнетает (относительно) прохладный воздух над крышей от рассвета до заката.Это помогает сохранять клетки в прохладе, но дает дополнительное преимущество в том, что здания под ними легче поддерживать в прохладе.

mtnDon Miller писал: Концентратор также нуждался бы в отслеживании в течение дня, чтобы сделать его наиболее эффективным. Даже тогда, когда цены на фотоэлектрические модули упали, трекер часто оказывается дороже, чем добавление фотоэлектрических модулей в систему.

Еще хуже: обычный концентратор делает трекер абсолютно необходимым. Чем лучше работает концентратор, тем больше необходимость в точной юстировке.Небольшое смещение будет означать, что часть ячейки полностью потемнела, что может означать непропорциональное падение эффективности.

«качества этих бактерий, такие как тепло солнца, электричество или свойства металлов, являются частью сокровищницы знаний всех людей. Они являются проявлениями законов природы, свободными для всех людей и исключительно никому «. SCOTUS, Funk Bros. Seed Co. против Kale Inoculant Co.

Экономичные массово производимые зеркальные панели для солнечных концентраторов

1 Аннотация G, G.Берджесс, К. Лавгроув и А. Луцци Центр устойчивых энергетических систем Австралийский национальный университет, Канберра 2 Австралия Центр устойчивых энергетических систем при Австралийском национальном университете работает над разработкой недорогих прочных зеркал для больших параболоидальных концентраторов тарелок и для небольших желобные концентраторы фотоэлектрических систем. В обеих концепциях используется прочная технология «стекло на металлическом ламинате» (GOML) для зеркальной поверхности. В панелях зеркала для посуды используется материал GOML в виде сэндвич-конструкции с пенопластом и задней стенкой из стали.Это обеспечивает экономичную конструктивно прочную композитную панель. Для желобов меньшее фокусное расстояние и одномерная кривизна приводят к конструкции, которая удерживает зеркала GOML на месте с помощью системы ребер. Обе концепции продемонстрировали хорошие оптические характеристики и долговечность при ускоренных испытаниях на срок службы. 1. ВВЕДЕНИЕ ANU имеет долгую историю разработки солнечных концентраторов. Начиная с солнечной тепловой электростанции White Cliffs в начале 198-х годов, за которой последовал большой концентратор посуды площадью 4 м 2, построенный в 1994 году, работа над посудой большой площади продолжается и по сей день.В последние годы эта работа была дополнена разработкой желобных концентраторов для фотоэлектрических систем. В основе успеха всех солнечных концентраторов такого типа — экономичные и долговечные компоненты зеркальных панелей. В этом документе сообщается о прогрессе, достигнутом в создании зеркал для концентраторов с тарелками и желобами. Ожидается, что путь развития солнечных тепловых станций на основе тарелок будет идти от демонстрационной системы с 1 2 тарелками до первой полностью коммерческой установки, включающей примерно 2 тарелки.Поддержка со стороны Управления энергетики штата Новый Южный Уэльс позволила изучить конструкцию зеркальной панели, которая подходит для массового производства светоотражающих панелей для таких заводов. Прототип антенны ANU имеет 54 треугольных зеркальных панели, каждая из которых имеет длину стороны примерно 4,4 м. Оптические исследования показали, что если длина стороны была уменьшена вдвое, так что каждый треугольник размером 4,2 м был разделен на четыре треугольных панели по 2,2 м (что давало 216 панелей на блюдо), тогда все эти меньшие панели могли быть изготовлены одинаково и по-прежнему давать приемлемые оптические характеристики. производительность.Это позволило бы производить около 4 панелей (2 тарелки) и, таким образом, оправдать вложения в сложные инструменты. Для этого был разработан дизайн панели. Он включает вспененный сердечник, скрепленный между двумя металлическими листами, с тонким стеклянным зеркалом, прикрепленным к вогнутой стороне панели. Фотография прототипа панели показана на рисунке 2 (ниже). Как измерения характеристик фокальной области, так и фотограмметрические характеристики с близкого расстояния показывают погрешности наклона поверхности порядка 3-4 миллирадиан для прототипов панелей, разработанных на сегодняшний день.Центр устойчивых энергетических систем при ANU также с 1997 года занимается разработкой технологии тонкого зеркального стекла на металлическом материале (GOML), и эта технология используется для изготовления желобных концентраторов для концентрирования фотоэлектрических и солнечных тепловых приложений. В этом приложении не используется материал наполнителя сердцевины для поддержания требуемой параболической формы желобов, а вместо этого форма поддерживается как глубиной цилиндрической конструкции желоба, так и профилированными опорными ребрами на каждом конце желоба.На рис. 1 показан желобный концентратор GOML, используемый для концентрирования фотоэлектрических систем. Характеристики поверхности и фокальной области указывают на погрешности наклона порядка 3-4 миллирадиан для этого типа концентратора. ISES 21 Всемирный конгресс по солнечной энергии 743

2 Рис. 1. Желобчатый концентратор стекло-металл-ламинат (GOML) для концентрирования производства фотоэлектрической энергии. Фигура 2.Зеркальная панель с вспененным наполнителем, разработанная для использования в солнечных батареях на больших площадях. 2. РАЗРАБОТКА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛОГИИ GOML На рисунке 3 показана базовая конструкция структуры стекло-на-металле-ламинат (GOML), состоящей из металлической подложки, соединенной с тонким стеклянным отражателем с зеркальной подложкой через клеевой слой. Создание такой композитной системы развивает структурные характеристики стекла, что придает ему значительно повышенную устойчивость к разрушению, чем отдельно стоящий лист стекла. Это позволяет изгибать и изгибать лист GOML до гораздо более коротких радиусов кривизны, чем это обычно возможно для стеклянного листа той же толщины, а также обеспечивает значительно повышенную стойкость к ударным повреждениям.Зеркальное стекло Рис. 3. Базовая конструкция конструкции стекло-металл-ламинат (ГОМЛ). Субстрат 2.1 Желобковые концентраторы GOML Базовая структура GOML демонстрирует значительный уровень гибкости и требует, чтобы структуры, удерживающие форму, наносились либо на ее поверхности, либо по периметру. Изгибание листа GOML в цилиндрическую форму для создания концентраторов параболического желоба наиболее просто было достигнуто путем применения ребер соответствующей формы к любому концу конструкции желоба и продольных ребер жесткости вдоль периферийных сторон желоба для обеспечения линейной опоры вдоль длинного желоба. оси желоба, как показано на рисунке Трехмерные зеркальные панели Изготовление отражающих элементов с трехмерным профилем с использованием технологии GOML требует подхода, отличного от концепции поддержки формы на краю, поскольку применение формующих устройств на краю Было обнаружено, что изогнутая в трех измерениях панель показывает плохое проникновение желаемой формы в центральные области панели.Вместо этого для хорошего соответствия формы требуется непрерывная самонесущая структура формы, нанесенная по всей поверхности отражателя. Было обнаружено, что структура с использованием материала сердцевины, такого как полимерная пена, скрепленная между двумя металлическими оболочками, с тонким стеклом с зеркальной подложкой, прикрепленным к одной из металлических обшивок для образования композитного многослойного устройства, обеспечивает высокую структурную жесткость, в разумных пределах малый вес, высокое оптическое качество для солнечных концентраторов, а также недорогие материалы и режимы изготовления.На рис. 4 показан профиль через базовый отражатель GOML, прикрепленный к вспененному материалу сердцевины, так что GOML образует переднюю обшивку композитной панели, а простой металлический лист образует заднюю обшивку. Прототип, использующий такую ​​конструкцию, показан на рисунке 2. ISES 21 World Solar Congress 744

3 Зеркальный стеклянный субстрат Внутренний субстрат Рис. 4. Базовая конструкция композитной многослойной структуры с вспененным наполнителем, используемой для изготовления трехмерно изогнутых, самоформирующихся зеркальных панелей или граней.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕФЛЕКТОРА 3.1 Желобковые концентраторы GOML Составные карты потоков были составлены на желобных концентраторах GOML, созданных в Центре устойчивых энергетических систем. На рис. 5 показана такая карта потоков для одного из желобных концентраторов. Рис. 5. Составное изображение распределения потока в фокальной области в фокусе желобного концентратора GOML. Экстент изображения представляет собой область размером 15 мм в ширину и 16 мм в длину. На рисунке 6 показан средний профиль фокальной линии (усредненный по длине распределения, показанного на рисунке 5) Средняя интенсивность (Вт м -2) Смещение по цели (мм) Рисунок 6.Профиль среднего потока для силовой линии, показанной на рис. 5. Желобковые концентраторы были разработаны специально для фотоэлектрических концентраторов, а захват излучения оптимизирован для геометрии фотоэлектрического приемника шириной 38 мм. Оценка фокальной области ISES 21 World Solar Congress 745

4 производительность желобных концентраторов GOML была достигнута путем сканирования смоделированного массива фотоэлектрических ячеек по ширине фокальной линии и расчета доли света, захваченного массивом ячеек, как отношения к общему излучению, улавливаемому на мишени потока.На рисунке 7 показаны результаты такого сканирования по распределению потока, показанному на рисунке 5. Процент захвата массива ячеек PV Средняя интенсивность массива ячеек PV (Вт м -2) Процент захвата массива ячеек PV Средняя интенсивность массива ячеек PV (Вт м -2) Смещение фотоэлемента от левого края магнитной мишени (мм) Рис. 7. Как средняя интенсивность массива ячеек, так и процент захвата излучения на матрице фотоэлектрических ячеек шириной 38 мм и длиной 16 мм, сканированных поперек линии потока, показанной на рис. Изучение рисунка 6 показывает, что изображение потока имеет приблизительную ширину 35 мм, а рисунок 7 показывает, что радиационный захват примерно 95% можно ожидать от массива фотоэлектрических элементов шириной 38 мм, размещенного в оптимальном положении вдоль линии потока. .3.2 Трехмерно изогнутые зеркальные панели Исследования распределения потока были проведены на прототипах зеркальных панелей, построенных в Центре. На рисунке 8 показана квадратная зеркальная панель, которая использовалась для исследований по измерению потока, а на рисунке 9 показано распределение потока, полученное на мишени 9×9 мм, расположенной на расстоянии 13,8 м от зеркальной панели. Рис. 8. Квадратная зеркальная панель (1,1×1,1 м), используемая для измерений потока. Рисунок 9. Распределение потока для квадратной зеркальной панели, показанной на рисунке 8. Расстояние между панелью и мишенью = 13.8 мес. Размер мишени = 9×9 мм. ISES 21 Всемирный конгресс по солнечной энергии 746

5 На рисунке 1 показан график поперечных сечений по размерам x и y распределения потока на рисунке 9. На рисунке 11 показан график зависимости мощности от радиуса в процентах для распределения, где захваченная мощность в процентах от общая перехваченная мощность на цели отображается как функция радиального расстояния от центроида распределения потока. Интенсивность (Вт м -2) Процент захвата Смещение по цели (м) Радиальное расстояние от центроида распределения (м) Рисунок 1.Сечения интенсивности по x- и y-измерениям распределения потока, показанного на рисунке 9. Рисунок 11. График зависимости мощности от радиуса в процентах для распределения потока, показанного на рисунке 9. Осмотр рисунка 1 и рисунка 11 показывает, что, хотя график показывает очевидна некоторая асимметрия, пиковые отношения концентрации порядка 31 солнца и коэффициент захвата мощности 9% 21 м. Предыдущий опыт показывает, что такие коэффициенты концентрации и степени распределения соизмеримы с поверхностями отражателя, имеющими ошибку наклона между 3-4 миллирадианами.sun 52º Flux target Зеркальная панель Рис. 12. Расположение зеркальной панели и магнитной мишени для измерения карты потока. ISES 21 Всемирный конгресс по солнечной энергии 747

6 4. ВЫВОДЫ Настоящие исследования показывают, что отражательные элементы типа стекло-металл-ламинат (GOML) демонстрируют хорошие оптические характеристики как для желобных, так и для тарельчатых солнечных концентраторов. Желобковый концентратор, используемый в этом исследовании, показывает 95% -ный захват на приемнике шириной 38 мм и длиной 16 мм.Другие исследования показывают, что общая погрешность наклона поверхности на этом концентраторе составляет примерно 3-4 миллирадиана. Панельный отражатель тарельчатого зеркала показывает пиковые потоки порядка 31 кВт / м 2 с радиусом захвата 9%, составляющим около 21 м. Рассмотрение сходимости потока от 216 панелей, имеющих аналогичные рабочие характеристики, например, которые можно было бы использовать на тарелке 4 м 2, указывает на то, что можно ожидать пикового потока около 6 солнц. Такая цифра соизмерима с общими ошибками наклона поверхности примерно от 3 до 4 миллирадиан.В целом, разработка элементов рефлектора как лоткового, так и тарельчатого типа в Центре устойчивых энергетических систем при ANU позволяет производить компоненты концентратора солнечной энергии, обладающие следующими характеристиками: — высокие оптические качества, порядка 3-4 миллирадиан погрешности наклона; — высокая жесткость на изгиб; — относительно простые производственные требования; — низкая стоимость комплектующих и обработки; — высокая устойчивость к деградации окружающей среды ISES 21 World Solar Congress 748

Солнечная энергия, которая не закрывает обзор — ScienceDaily

Группа исследователей из Университета штата Мичиган разработала новый тип солнечного концентратора, который при размещении над окном создает солнечную энергию, позволяя людям фактически видеть через окно.

Он называется прозрачным люминесцентным солнечным концентратором и может использоваться в зданиях, сотовых телефонах и любых других устройствах с прозрачной поверхностью.

И, по словам Ричарда Ланта из инженерного колледжа МГУ, ключевое слово — «прозрачный».

Исследования по производству энергии из солнечных элементов, размещенных вокруг люминесцентных материалов, подобных пластику, не новы. Однако эти прошлые усилия дали плохие результаты — производство энергии было неэффективным, а материалы были сильно окрашены.

«Никто не хочет сидеть за цветным стеклом», — сказал Лант, доцент кафедры химического машиностроения и материаловедения. «Это создает очень красочную среду, как работу на дискотеке. Мы используем подход, при котором мы фактически делаем сам люминесцентный активный слой прозрачным».

Система сбора солнечной энергии использует небольшие органические молекулы, разработанные Лантом и его командой, чтобы поглощать определенные невидимые длины волн солнечного света.

«Мы можем настроить эти материалы, чтобы улавливать только ультрафиолетовые и ближние инфракрасные волны, которые затем« светятся »на другой длине волны в инфракрасном», — сказал он.

«Светящийся» инфракрасный свет направляется к краю пластика, где он преобразуется в электричество тонкими полосками фотоэлектрических солнечных элементов.

«Поскольку материалы не поглощают и не излучают свет в видимом спектре, они выглядят исключительно прозрачными для человеческого глаза», — сказал Лант.

Одним из преимуществ этой новой разработки является ее гибкость. Хотя эта технология находится на начальной стадии, она может быть масштабирована для коммерческих или промышленных приложений по доступной цене.

«Это открывает много возможностей для ненавязчивого использования солнечной энергии», — сказал Лант. «Его можно использовать на высоких зданиях с большим количеством окон или на любых мобильных устройствах, требующих высокого эстетического качества, таких как телефон или электронная книга. В конечном итоге мы хотим создать поверхности для сбора солнечной энергии, о которых вы даже не подозреваете».

Лант сказал, что для повышения эффективности производства энергии необходимо провести дополнительную работу. В настоящее время он может обеспечить эффективность преобразования солнечной энергии, близкую к 1%, но отметили, что они стремятся достичь КПД выше 5% при полной оптимизации.Самый лучший цветной LSC имеет эффективность около 7 процентов.

Исследование было помещено на обложку недавнего выпуска журнала Advanced Optical Materials.

Среди других членов исследовательской группы — Иму Чжао, докторант МГУ в области химического машиностроения и материаловедения; Бенджамин Левин, доцент химии; и Гаррет Мик, докторант по химии.

История Источник:

Материалы предоставлены Michigan State University . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

.