Концентраторы солнечных лучей
В детстве, почти каждый из нас пробовал использовать энергию солнца через линзу, выжигая на дощечке имена или подпаливая бумагу. О линзе, как концентраторе солнечных лучей мы не знали. Ее воспринимали как игрушку или очередным детским увлечением.
Подготавливая материал очередной статьи, я все время ловлю себя на мысли, что масса полезной и познавательной информации приходит от моих коллег из социальных сетей. Вот и в этот раз, из группы facebook «Дом твоей мечты» пришла информация о концентраторах солнечного света, на основе сферических линз.
Да, да тех самых линз, которыми мы так любили играться в детстве. Но только линзы изготовлены по новой технологии, так называемые линзы Френеля (Август Френель – французский математик 19 век). Ранее линзы Френеля использовались только в маяках для усиления силы света от лампы для увеличения расстояния видимости.
Никто ранее не догадывался, что этот эффект можно применить для создания мощных солнечных батарей или солнечных печей. Результатом эксперимента, который провели ученые из НАСА с этими линзами, стала миниатюрная солнечная система, под названием SolarVolt.
Новая установка за счет линз Френеля увеличила световой поток в двадцать раз. При этом конечное производство электричества увеличилось на 15 процентов. В солнечных панелях использовали такие линзы толщиной всего в 0,2 миллиметра.
При помощи линз концентрация солнечного света происходит на меньшей площади, что дает возможность уменьшить габаритные размеры установки, не теряя при этом количество вырабатываемой электроэнергии. По новой технологии значительно уменьшаются размеры солнечных панелей, а при реконструкции уже существующих станций повысится их производительность при той же занимаемой площади.
Новая технология увеличения эффективности начала применяться в космической технике на космических кораблях для запуска ионного двигателя. Но опустимся с космических высот на землю и попытаемся разобраться, где же можно использовать эффект линзы, как концентратора солнечного света.
Для более детального описания данной новой технологии я использовал ту информацию, которые прислали мои коллеги.
«Концентраторы солнечных лучей могут быть использованы в двух направлениях. Одно из них – применение линз, которые помещаются поверх фотоэлементов. За счёт размещения на солнечной батарее этих специальных линз в восемь раз повышается концентрация светового потока. Таким образом, появляется возможность уменьшить количество фотоэлементов арсенида галлия, которые составляют основную часть стоимости солнечных батарей.
А второе, использование солнечного света для работы солнечных печей.
Солнечные линзовые панели.
Самодельные солнечные панели с применением линз были установлены в Калифорнии, еще в 1998 году, для обеспечения электричеством частного дома. Последние 10 лет учеными разных стран достигнуты большие успехи в технологиях по изготовления тонких линз для солнечных электрических панелей.
Самой известной крупной компанией, которая попыталась масштабно внедрить линзовые солнечные панели, стала компания SolFocus (Калифорния США). В 2006 году им удалось разработать компактные линзовые солнечные панели. На их создание использовалось гораздо меньше кремния, чем на обычные панели, так как они использовали линзы и зеркала, чтобы сконцентрировать солнечный свет.
Такие концентраторы солнечного света увеличивали солнечную энергию в 500 раз, и таким образом они наращивали продуктивность фотоэлементов. Что в то время сокращало расходы на производство солнечной энергии практически на 40%.
Однако, по заключению разработчиков, систем SolFocus, есть одно но: «При использовании системы фотогальванических панелей вы захватываете только небольшой кусочек неба, поэтому очень важно, чтобы система могла следовать за солнцем от рассвета до заката» (автор).
За последующие 5 лет компания SolFocus реализовала несколько крупных проектов и собрала около 230 млн. $ инвестиций. Системы SolFocus установлены и работают в 13 странах от США (на Гавайском острове Кона, а также в Калифорнии и Колорадо) до острова Крит, и вплоть до Саудовской Аравии, Малайзии и малонаселённых областей Австралии.
Это модульная система, и поэтому мощность комплексов фотогальванических панелей может быть от нескольких сотен киловатт до более 50 мегаватт. Однако, учитывая тот фактор, что для постоянного движения панели SolFocus нужен актуатор (механизм приводящий в движение солнечную панель, который находится в задней ее части), что связано с большими эксплуатационными расходами по техническому обслуживанию, данное направление не получило интенсивного развития.
Кроме американцев, в направлении создания концентраторов солнечных лучей для получения электрической энергии трудились российские ученые (Петербург) и немецкие. Последним удалось при помощи такой технологии увеличить КПД солнечных панелей до 40%, а в полевых испытаниях эффективность установки достигла 28,5%.»
В заключении можно сказать, что получение электроэнергии от солнечных панелей с применением линз, гораздо эффективней, чем традиционные плоские солнечные панели. Важен факт, что данная технология может применяться как в быту (частное домостроение) так и в промышленном масштабе, при строительстве солнечных электростанций. Мы надеемся, что данное направление займет достойное место среди возобновляемых источников энергии.
Понравилась статья, поделись с друзьями. Ваши отзывы и пожелания в комментариях всегда приветствуются.
Источник
Солнечная печь из линзы френеля
Вероятно, практически каждый в детстве выжигал надписи и рисунки на дощечке или пробовал разводить огонь при помощи увеличительного стекла. Как известно это возможно за счет того, что увеличительное стекло фокусирует солнечные лучи в одну небольшую точку. Вспоминая об этом, автору пришла в голову мысль о создании солнечной печи для приготовления пищи на основе большого увеличительного стекла.
Материалы и инструменты, которые использовал автор для создания солнечной печи на основе линзы Френеля:
1) старый проекционный телевизор
2) алюминиевый профиль
3) болты и гайки с зажимами
4) деревянные брусья и рейки
5) дрель
Рассмотрим подробнее создание данной конструкции солнечной печи и основные моменты, касающиеся ее работы.
Естественно температура в точке фокусировки зависит не только от интенсивности солнечного излучения, но так же и от размеров самого увеличительного стекла. Для приготовления пищи и создания солнечной печи потребуется довольно большое увеличительное стекло, поэтому возникает естественный вопрос: где его взять?
К тому же линзы, которые вы использовали в детстве делались из стекла и были довольно толстыми, а следовательно стекло необходимых размеров для солнечной печи будет еще более толстым. К тому же большое увеличительное стекло найти не так то просто. ведь они не особенно пользуются популярностью. Да и даже, если раздобыть такое стекло, то оно будет стоить весьма больших денег, а так же будет тяжелым, что значит неудобным в практическом использовании.
Ища ответы на эти вопросы в интернете, автор наткнулся на так называемую линзу Френнеля. Они пользуются гораздо большей популярностью по нескольким причинам. Во-первых, они могут иметь большие размеры и при этом толщину всего в несколько миллиметров. Во-вторых, они могут изготавливаться не только из стекла, но и из пластика, что сильно сказывается на цене подобных линз в сторону их дешевизны.
Такие линзы можно заказать через зарубежные интернет-магазины, такие как Таобао, Алиэкспресс, Ebay. Так же автор узнал, что такие линзы используются в моделях проекционных телевизоров.
Ниже представлена схема структуры одного из таких телевизоров:
Поэтому автор предпочел использовать линзу из старого уже не рабочего проекционного телевизора, такие кстати тоже можно поискать на барахолках радио-рынков.
В итоге с экрана проекционного телевизора была демонтирована линза Френеля таких же размеров.
Так как сама линза довольно тонкая и пластичная, то для ее практического использования необходимо создать каркас, в который она будет крепиться.
Взяв за основу алюминиевый профиль и деревянные бруски, автор соорудил жесткую рамку под размеры линзы. Для того, чтобы устанавливать линзу в одно положение, автор сделал так же из деревянных брусков треногу, и просверлил в ее вертикальных направляющих несколько отверстий для крепления зажимов. На рамке линзы были так же сделаны специальные полки, в которые вставляются болты, закрепляя эти болты в соответствующие деления на ножнах подставки, можно регулировать высоту расположения и наклон линзы.
После того как линза оказалась на подставке, остается только вынести ее на солнце, определить точку фокусировки лучей и поставить в нее кастрюлю или сковородку, где будет готовиться пища. Будьте предельно аккуратны при установки посуды для приготовления под точку фокусировки солнечных лучей, так как температура в этой точке может достигать 1000 градусов. Для того, чтобы регулировать температуру готовки, следует помещать сковородку немного выше или ниже точки фокусировки.
Источник
SolarVolt – солнечные батареи с линзой Френеля от NASA
Никто не ожидал, что маяки будут способствовать появлению более мощных солнечных батарей в космосе и на Земле. Ключом этого процесса являются линзы Френеля, которые позволяли маякам с 19 века концентрировать пучок света и отражать его на многие километры.
Инженеры НАСА используют этот прибор с более тонкими линзами для получения энергии солнца в космосе. Ученые также недавно использовали линзы Френеля для создания миниатюрной фотоэлектрической системы SolarVolt, которая может концентрировать солнечные лучи в 20 раз эффективнее.
Исследовательские центры Entech Solar и NASA‘s Glenn Research Center совместно разработали систему SolarVolt, которая использует крошечные линзы Френеля всего в десять тысячных дюйма (дюйм = 2,54 см) толщиной.
Эти линзы позволяют многокомпонентным солнечным панелям концентрировать солнечную световую энергию элементами гораздо меньшей площади и производить такое же количество энергии, что и большие по площади элементы.
Новая технология может привести к уменьшению размеров солнечных электростанций или значительно повысить эффективность крупнейших в мире солнечных ферм. Революционная технология в изготовлении солнечных панелей стала победителем R&D 100 Award в 2012 году. Конечно, эта технология никогда не появилась бы, если бы инженеры НАСА не изменили допустимые размеры линз.
Ранее исследователи NASA использовали сравнительно большие линзы Френеля для повышения эффективности фотоэлектрической системы миссии Deep Space 1 mission.
Концентратор Solar Concentrator Arrays и система Refractive Linear Element Technology (SCARLET) были оснащены массивом из 720 20сантиметровых линз, приводящим в движение первый когда-либо использовавшийся в качестве основной силовой установки ионный двигатель космического аппарата.
Источник
Солнечные гелиоколлекторы на принципе линзы Френеля.
Солнечный концентратор Diversity — это, по сути, параболическая поверхность, разделенная на секции, совмещенные в одной плоскости, реализующая принцип линзы Френеля. Отражающий КПД такой поверхности несколько ниже стандартной параболической фокусирующей линзы, но это компенсируется значительно более простой процедурой изготовления и снижением парусности готового изделия (при эксплуатации меньше риск, что конструкцию сдует ветром).
Задача конструкции — концентрировать тепло солнечного излучения в своём фокусе, где можно разместить нагреваемый объект или теплообменник.
Открытый проект Diversity предлагает полный набор документации для самостоятельного изготовления гелиоколлекторов по этой технологии, всё уже посчитано и расчерчено, остаётся только изготовить.
В Украине уже изготавливаются солнечные концентраторы по подобной схеме, харьковское предприятие Syneko делает под заказ кольцевые концентраторы, причем отличительной чертой предлагаемой конструкции концентратора является то, что при перемещении Солнца по небосклону и перемещении концентратора вслед за ним, фокальная область (область максимальной фокусировки) остается неподвижной. Это избавляет от необходимости перемещать и приемник излучения вслед за Солнцем — трекер нужен только для слежения за Солнцем самой линзы.
Плюсы — относительная дешевизна изготовления, низкая стоимость обслуживания, мобильность.
Минусы — нужен трекер и точная настройка после каждого перемещения. В районах с сильными ветрами эти коллекторы придется делать более тяжелыми, иначе просто сдует =)
Комментарии
SOLARSAN -GPS
V 1 7 ( WiFi
MQTT)
Комплекс
слежения за солнцем на основе расчета
данных, полученных от GPS
приемника. Данная система состоит
из базового модуля SOLARSAN-GPS
который может работать самостоятельно
и SOLARSAN-SLAVE работающие
только как исполнительное устройство.
С помощью SOLARSAN-GPS можно
ориентировать солнечные концентраторы,
коллекторы или панели под прямым углом
к солнечному свету. Управление
осуществляется с помощью актуаторов
или поворотных приводов в двух плоскостях
и имеет точность один градус. Модуль
имеет вход для подключения «анемометра»
для защиты от сильного ветра, вход
«датчика града и снега» и вход
«фото-датчика» для режима сна при низкой
солнечной активности. Встроенный WiFi
модуль позволяет конфигурировать
трекер через WEB страницу
по локальной сети или через точку
доступа. Встроенный MQTT брокер
позволяет управлять и получать данные
через сеть интернет по всему миру.
Питание от 12 V до 30 V
(и версию HV с питанием
от 1 2 V до
55 V). Защита по току. Защита
от короткого замыкания. Встроенный
радио-модем 433.92 (315.00) мГц
мощностью 100 мВт для передачи данных в
радиусе до 100 метров модулям SOLARSAN-SLAVE.
Работает как в одной так и в двух
осях. Корпус IP 66 позволяет
устанавливать солнечный трекер под
открытым небом.
Привет, незнакомец!
Похоже, вы здесь новенький. Чтобы принять участие, нажмите одну из кнопок ниже!
Источник