DIY zonne-energie concentrator. Efficiëntieverhogende spiegelconcentratoren voor zonnecollectoren

geschreven na het lezen van een artikel in Photon International 12/2012. Alle foto's en gegevens zijn van deze bron.

Kort:
1) De capaciteit van CSP-stations (Concentrated Solar Power) over de hele wereld is in 2012 met 1 GW toegenomen. Deze markt groeit elk jaar met >100% (geen typfout!).
2) Geïnstalleerd vermogen: 2,8 GW, 2,9 in aanbouw, 7 GW gepland.
3) De meest populaire is de technologie van parabolische reflectoren, maar concentrators-torens en concentrators op Fresnel-lenzen winnen aan kracht.

Nu meer. De markt groeit als volgt:


(in lichtbruin en bruin: jaarlijks geïnstalleerd en geïnstalleerd vermogen (GW) van CSP. Bron: Photon International 12/2012)

Hoe zullen CSP-technologieën zich ontwikkelen? Laten we naar deze foto kijken:


(uitleg van de "legende" van links naar rechts: algemeen, parabolische reflectoren, torens, parabolische schotels, lineaire Fresnel-reflectoren. Het eerste diagram - eind 2012, het tweede: in aanbouw, het laatste: gepland)

Het is duidelijk dat parabolische reflectoren "vandaag" zijn, maar concentratortorens zullen "morgen" populair zijn. Het grootste project in aanbouw in dit gebied tot nu toe is het 392 MW Ivanpah Solar Electric Generating Station in Zuid-Californië. 170.000 spiegels zullen het licht op de torens richten.

CLFR's winnen stilaan de markt terug: er is een stijging van 1 naar 7%. Het grootste project in dit gebied is een 100 MW-project in Rajasthan van Avera Solar.

Wat zijn parabolische reflectoren?

Dit is een systeem waarbij parabolische spiegels, die om hun as draaien, de zonnestralen bundelen op een warmteabsorberende buis. Met zo'n systeem kun je 100 keer concentreren en de warmtedrager (speciale olie) opwarmen tot 400 graden. Via de warmtewisselaar geeft de hete olie energie af aan de stoom, die op zijn beurt de turbine laat draaien. Nieuwe systemen op dit gebied kunnen een batterij bevatten in de vorm van een gesmolten zouttank (tot 8 uur). Het systeem is al bekend (sinds de jaren 80).

Nadelen en voordelen:

1. bewezen technologie.


2. Wel hoge kosten ten opzichte van andere, "groene" bronnen (bijv. PV).


3. Maar de lage temperatuur van de koelvloeistof.


4. Maar in sommige gevallen vereisen dergelijke systemen watervoorziening, wat niet gemakkelijk is in een woestijnomgeving.


5. De installatieplaats mag echter geen helling van meer dan 1% hebben.

Wat zijn concentrators - torens?
Dit is een systeem waarbij vaak duizenden roterende spiegels de zon volgen en de energie op een stroomontvanger concentreren. Je kunt energie 1000 keer concentreren. Torenhoogte van 5 tot 165 m. Spiegels van 1,1 tot 120 m². Temperatuur van 440 tot 550 graden Celsius. Water of gesmolten zout wordt gebruikt om warmte over te dragen.

Nadelen en voordelen:

1. Ze maken het mogelijk om hogere temperaturen, hogere efficiëntie en lagere energiekosten te bereiken dan parabolische reflectoren.


2. Vereist geen ultravlakke terreinen (kan worden ingesteld op een helling van 5%).


3. De energiereserve in de tank met gesmolten zout is tot 15 uur.


4. Maar de geschiedenis van het gebruik van dergelijke systemen is korter en daarom is het risico van uitlenen groter.


5. Maar de prijs is nog steeds hoog.

Wat zijn concentratorsystemen met lineaire Fresnel-reflectoren?
Dit zijn eenvoudigere systemen in vergelijking met parabolische kanalen. Licht wordt 30 keer geconcentreerd en in plaats van olie wordt water gebruikt voor warmteoverdracht.

Nadelen en voordelen:
Eenvoudig ontwerp, lage energiekosten.
Maar hoog technologisch risico: de technologie is nog niet getest als parabolische reflectoren.

Tegenwoordig vechten concentrators voor hun bestaan: zonnepanelen die goedkoper worden en al vertrouwd zijn, zetten deze markt onder druk.

• 1 geïnstalleerde watt van concentrators kost tegenwoordig ongeveer $ 5 (parabolische concentrators),


• 1 geïnstalleerde watt voor concentratortorens is ongeveer $ 7 (de prijs blijft hetzelfde als de energie 6-7 uur in het zand wordt opgeslagen, $ 10 als de reserve 12-15 uur is).


• 1 geïnstalleerde watt voor conventionele panelen is ongeveer $ 1.

Opwekking van 1 kWh kost 14-35 cent. Volgens het doel van het Amerikaanse ministerie van Energie zullen in 2020 de kosten van el. energie van hubs in Zuid-Californië zou 6 cent moeten zijn.

Vergeet echter niet dat dit een veel jongere industrie is die het pad volgt van de traditionele fotovoltaïsche energie die 10 jaar geleden werd gemaakt. Er is een potentieel voor prijsverlaging op dit gebied, en ik ben er zeker van dat er genoeg "plaats in de zon" zal zijn voor alle technologieën.

Maar ik herinner me ook het optimisme waarmee Siemens concentratoren begon (Siemens kondigde onlangs het einde van de werkzaamheden op dit gebied aan) en ik herinner me het enthousiasme voor dunne-film silicium fotovoltaïsche energie. In beide gevallen sloot de window of opportunity met een knal voor veel zakken.

Laten we het hebben over de nadelen. Spiegels moeten schoongemaakt worden. Bovendien moet hun oppervlak perfect zijn en blijven. altijd stationswerking.


(schoonmaak

Lange tijd wilde ik een zonne-parabolische concentrator maken. Na veel literatuur te hebben gelezen over het maken van een mal voor een parabolische spiegel, koos ik voor de eenvoudigste optie: een schotelantenne. De schotelantenne heeft een parabolische vorm die de gereflecteerde stralen op één punt opvangt.

Voor de basis verzorgde ik Kharkov platen "Variant". Tegen een voor mij acceptabele prijs kon ik alleen een product van 90 cm kopen. Maar het doel van mijn ervaring is de hoge temperatuur in het brandpunt. Om goede resultaten te bereiken, is een spiegeloppervlak nodig - hoe groter, hoe beter. Daarom moet de plaat 1,5 m zijn, en bij voorkeur 2 m. Het assortiment van de Kharkov-fabrikant heeft deze maten, maar ze zijn gemaakt van aluminium en daarom zijn de prijzen exorbitant. Ik moest het internet induiken, op zoek naar een gebruikt product. En in Odessa boden de bouwers, die een object ontmantelden, me een schotelantenne aan van 1,36 m x 1,2 m, gemaakt van plastic. Een beetje kort van wat ik wilde, maar de prijs was goed en ik bestelde een bord.

Nadat ik de schaal binnen een paar dagen had ontvangen, ontdekte ik dat hij in de VS is gemaakt, krachtige verstevigende ribben heeft (ik was bezorgd of de behuizing sterk genoeg was en of hij zou leiden nadat de spiegels waren gelijmd), en een sterke oriëntatie mechanisme met veel instellingen.

Ik heb ook spiegels gekocht, 3 mm dik. Ik bestelde 2 m². - een beetje met een marge. Spiegels worden voornamelijk verkocht met een dikte van 4 mm., Ik vond een C-kwaliteit om het gemakkelijker te maken om te snijden. Ik besloot om het formaat van de spiegels voor de concentrator 2 x 2 cm te maken.

Nadat ik de belangrijkste componenten had verzameld, begon ik de standaard voor de hub te vervaardigen. Er waren verschillende hoeken, stukken buizen en profielen. Op maat gesneden, gelast, schoongemaakt en geverfd. Dit is wat er is gebeurd:

Dus, nadat ik een standpunt heb ingenomen, begin ik spiegels te snijden. De spiegels waren 500 x 500 mm groot. Ik heb het eerst doormidden gesneden en daarna met een rooster van 2 x 2 cm Ik heb een aantal glassnijders geprobeerd, maar nu is het niet mogelijk om op zijn minst iets zinnigs in de winkel te vinden. Een nieuwe glassnijder snijdt 5-10 keer perfect, en dat is het.... Daarna kan je hem meteen weggooien. Misschien zijn er enkele professionele, maar je moet ze niet in bouwmarkten kopen. Daarom, als iemand een concentrator van spiegels gaat maken, is de kwestie van het snijden van spiegels het moeilijkst!

De spiegels zijn gesneden, het statief is klaar, ik begin de spiegels te lijmen! Het proces is lang en vervelend. Mijn aantal spiegels op de afgewerkte naaf bleek 2480 stuks te zijn. Clay koos de verkeerde. Ik kocht een speciale lijm voor spiegels - het houdt goed vast, maar het is dik. Bij het plakken, een druppel op de spiegel uitknijpen en vervolgens tegen de wand van de plaat drukken, bestaat de kans dat de spiegel ongelijkmatig wordt aangedrukt (ergens sterker, ergens zwakker). Hierdoor mag de spiegel niet strak worden gelijmd, d.w.z. zal zijn zonnestraal niet in focus richten, maar eromheen. En als de focus wazig is, hoeft u geen hoge resultaten te verwachten. Vooruitkijkend zal ik zeggen dat mijn focus wazig bleek te zijn (waaruit ik concludeer dat het nodig was om een ​​andere lijm aan te brengen). Hoewel de resultaten van het experiment bevredigend waren, was de focus ongeveer 10 cm groot en was er nog steeds een wazige plek van ongeveer 3-5 cm elk. Hoe kleiner de focus, hoe nauwkeuriger de focus van de stralen, hoe hoger de temperatuur. Het kostte me bijna 3 volle dagen om de spiegels te lijmen. Het gebied van gesneden spiegels was ongeveer 1,5 m². Er was eerst een huwelijk, totdat hij zich aanpaste - veel, later veel minder. Defecte spiegels waren waarschijnlijk niet groter dan 5%.

De zonne-parabolische concentrator is klaar.

Tijdens metingen was de maximale temperatuur in het brandpunt van de concentrator minimaal 616,5 graden. De zonnestralen hielpen een houten plank, een smeltblik, een loden gewicht en een aluminium bierblikje in brand te steken. Ik voerde het experiment uit op 25 augustus 2015 in de regio Charkov, de stad Novaya Vodolaga.

In de plannen voor het komende jaar (en misschien zal het in de winterperiode blijken te zijn) om de concentrator aan te passen aan praktische behoeften. Misschien voor het verwarmen van water, misschien voor het opwekken van elektriciteit.

Hoe dan ook, de natuur heeft ons allemaal een krachtige energiebron gegeven, we moeten alleen leren hoe we die kunnen gebruiken. De energie van de zon dekt alle behoeften van de mensheid duizend keer. En als een persoon op zijn minst een klein deel van deze energie kan opnemen, dan zal dit de grootste prestatie van onze beschaving zijn, waardoor we onze planeet zullen redden.

Hieronder ziet u een video waarin u het fabricageproces van een zonneconcentrator op basis van een satellietschotel ziet en de experimenten die met de concentrator zijn uitgevoerd.

De totale hoeveelheid zonne-energie die in slechts een week het aardoppervlak bereikt, overschrijdt de energiereserves van olie, uranium, kolen en gas wereldwijd. Er zijn veel manieren om zonnewarmte te besparen. Een van die oplossingen zijn zonneconcentratoren. Dit is een speciaal apparaat voor het verzamelen van zonne-energie, dat de functie vervult van het verwarmen van het warmteoverdrachtsmateriaal. Meestal gebruikt voor ruimteverwarming en warmwaterbehoeften. Het is in dit pand dat het zich onderscheidt van zonnepanelen, die direct elektriciteit produceren.

Apparaat

De belangrijkste functie van een zonneconcentrator is om zonnestraling te concentreren op de zenderontvanger, die zich op de brandlijn of het brandpunt van de zonne-energiecollector bevindt.

Het apparaat van de zonneconcentrator gaat uit van de aanwezigheid van de volgende elementen:

• Lenzen of reflectoren die worden gebruikt als concentrator van zonlicht.
• Basisstructuur waarop lenzen of reflectoren worden gemonteerd.
• Een warmte-ontvangend element, dat vaak als zonnecollector fungeert.
• Pijpleidingen die koelvloeistof aan- en afvoeren.
• Aandrijfmechanisme van het volgsysteem. Dit mechanisme omvat in de meeste gevallen:
  - Elektronische signaalconversie-eenheid.
  — Zonnerichtingsensor.
  – Een elektromotor met een tandwielkast die de structuur van de zonneconcentrator in twee vlakken laat draaien.

Afhankelijk van het ontwerp kan het apparaat ook Fresnel-lenzen, een thermometer, een regelklep, een verwarmingscircuit, een circulatiepomp en een aantal andere elementen bevatten.

Operatie principe

Het werkingsprincipe van zonneconcentratoren ligt in het focussen van de zonnestralen op een container met koelvloeistof.

Het werk van de koelvloeistof is het absorberen van zonne-energie. Afhankelijk van de methode die wordt gebruikt om zonne-energie te concentreren, kan het volgende worden gebruikt:

• Parabolische trogconcentratoren die zonnestraling richten op olie- of waterleidingen
• Heliocentrische torens.
• Speciale parabolische spiegels.

Zonnestraling in bepaalde modellen concentratoren kan worden geconcentreerd:

• Op het brandpunt.
• Langs de brandlijn waar de ontvanger zich bevindt.

Alles ziet er zo uit:

• Het bereiken van hoge temperaturen in concentrators wordt verzekerd door zonnestraling van een groter oppervlak op een kleiner oppervlak van de ontvanger-absorber te reflecteren.
• De warmtedragende vloeistof die door de ontvanger gaat, neemt zoveel mogelijk warmte op en geeft deze af aan de consument.

De temperatuur in de ontvanger bereikt hoge waarden, maar de concentrators kunnen alleen directe zonnestraling focussen. Als gevolg hiervan wordt hun effectiviteit bij bewolkt of mistig weer aanzienlijk verminderd. De hoogste efficiëntie-indicatoren worden weergegeven in regio's met een hoge mate van instraling, bijvoorbeeld in equatoriale of woestijngebieden.

Om de zonnestraling zo efficiënt mogelijk te benutten, is het noodzakelijk ervoor te zorgen dat de zonneconcentratoren in de richting van de zon zijn gericht. Hiervoor zijn de hubs uitgerust met een tracker, oftewel een speciaal volgsysteem. Het draait het systeem direct "gezicht" naar de zon.

Eenassige servosystemen draaien het systeem van oost naar west. Op hun beurt biaxiale systemen van noord naar zuid, om het systeem het hele jaar door naar de zon te oriënteren.

Op industriële schaal zorgt een parabolisch-cilindrische spiegelconcentrator voor focussering van zonnestraling, waardoor de concentratie meer dan honderd keer zo groot is. Hierdoor warmt de vloeistof op tot bijna 400 graden. De vloeistof gaat door een reeks warmtewisselaars en genereert stoom, die de turbine van de stoomgenerator laat draaien. Om warmteverlies te minimaliseren, is de ontvangende buis omgeven door een transparante glazen buis die zich langs de brandlijn van de cilinder uitstrekt.

soorten

Volgens het constructieve werkschema zijn concentrators onderverdeeld in de volgende variëteiten:

• Parabolische zonneconcentratoren.

• Parabolische trogconcentratoren.

• Zonne torens.

• Concentrators op sferische lenzen.

• Concentrators op Fresnel-lenzen, dat wil zeggen platte lenzen.

Zonneconcentrators worden ook ingedeeld in de volgende typen:

• Sterk concentrerend (Ks≥100) en zwak concentrerend (Ks<100). Это зависит от уровня повышения плотности излучения, либо степени его концентрации.
• Selectieve en niet-selectieve systemen, dat wil zeggen, afhankelijk van de mate van invloed van geconcentreerde straling op spectrale kenmerken.
• Refractieve (lens) en reflecterende (spiegel) systemen - afhankelijk van de aard van de interactie van zonlicht met
  optische elementen van zonneconcentratoren.
• Zonder tracking, equatoriaal, azimut-zenithaal systeem - volgens het zonvolgschema.
• Systemen met één en meerdere elementen - volgens het aantal optische elementen die opeenvolgend deelnemen aan het proces van stralingsconcentratie.
• Met een volgontvanger, met een volgreflector - volgens de methode van het volgen van de zon.
• vloeistof- of luchtconvectieve warmteafvoer - volgens de warmteafvoermethode.

Eigenaardigheden

• De straling van de zon in sommige concentrators is gericht op het brandpunt, in andere - langs de brandlijn, waar de ontvanger zich bevindt. Wanneer straling van een groter oppervlak naar een kleiner oppervlak wordt gereflecteerd, wordt een hoge temperatuur van de ontvanger bereikt, deze warmte wordt door de koelvloeistof afgevoerd.
• De efficiëntie van concentrators wordt aanzienlijk verminderd tijdens bewolkte perioden, omdat alleen directe zonnestraling wordt gefocust. In dit opzicht hebben dergelijke systemen een hoog rendement in regio's waar de zonnestraling bijzonder hoog is: in de equatoriale regio en woestijnen. Om de efficiëntie van de toepassing van zonnestraling te verbeteren, zijn concentrators vaak uitgerust met volgsystemen die zorgen voor een nauwkeurige oriëntatie op de zon.
• Aangezien de kosten van zonneconcentratoren vrij hoog zijn en volgsystemen periodiek onderhoud nodig hebben, is het gebruik ervan in de meeste gevallen beperkt tot industriële stroomopwekkingssystemen. Bovendien kunnen dergelijke installaties worden toegepast in hybride systemen, bijvoorbeeld in combinatie met koolwaterstofbrandstoffen. In dit geval zal het opslagsysteem de kosten van geproduceerde elektriciteit verlagen.

Sollicitatie

• Parabolisch-cilindrische zonneconcentratoren en torens werken optimaal in de structuur van grote systemen die zijn aangesloten op een netwerk van energiecentrales met een vermogen van 30-200 MW.
• Disk-type systemen zijn gemaakt van modules en kunnen worden gebruikt in stand-alone installaties en groepen met een totaal vermogen van meerdere megawatts.

Parabolische trog-zonneconcentratoren zijn momenteel een van de meest geavanceerde zonne-energietechnologieën. Hoogstwaarschijnlijk zullen ze in de nabije toekomst in de industrie worden gebruikt. Dankzij hun efficiënte warmteopslagcapaciteit kunnen torenachtige stations ook stations van de nabije toekomst worden. Door het modulaire karakter van de "trays" kunnen ze worden gebruikt in kleine installaties.

"Platen" en torens maken het mogelijk om hogere efficiëntiewaarden te bieden en tegelijkertijd energie te verkrijgen tegen lagere kosten. Dit vereist echter een aanzienlijke verlaging van de kapitaalkosten. Momenteel zijn alleen parabolische concentratoren al getest en deze zullen binnenkort worden verbeterd. Toren-zonneconcentratoren vereisen de demonstratie van operationele betrouwbaarheid en efficiëntie. Voor systemen van het schoteltype zijn de ontwikkeling van een goedkope concentrator en de creatie van een commerciële motor nodig.

Parabolische concentratoren

Voordelen - Bewezen technologie.

Gebreken:

• Hoge kosten.
• Lage koelvloeistoftemperatuur.
• We hebben een ultraplat landschap nodig.

torens

Voordelen:

• Hogere efficiëntie.
• hogere temperatuur.
• Lagere energiekosten.
• Je hebt geen ultravlak landschap nodig.

Gebreken:

• Hoge prijs.
• Lage prevalentie.

Zonneconcentrators met lineaire Fresnel-reflectoren

Voordelen:

• Lage energiekosten.
• Simpel ontwerp.

De belangrijkste taak van een zonnecollector is het omzetten van de van de zon ontvangen energie in elektriciteit. Het werkingsprincipe en het ontwerp van de apparatuur zijn eenvoudig, dus het is technisch eenvoudig om het te maken. In de regel wordt de ontvangen energie gebruikt voor het verwarmen van gebouwen. Het maken van een zonnecollector voor het verwarmen van een huis met uw eigen handen moet beginnen met de selectie van alle componenten.

Toon alles

Ontwerp en werkingsprincipe:

Het verwarmen van een huis met behulp van het omzetten van zonne-energie in elektrische energie wordt in de regel als extra warmtebron gebruikt, en niet als hoofdbron. Aan de andere kant, als je een hoogvermogenconstructie installeert en alle apparaten in huis omzet naar elektriciteit, dan kun je alleen rondkomen met een zonnecollector.

Maar het is de moeite waard eraan te denken dat verwarming met behulp van zonnecollectoren zonder extra warmtebronnen alleen in de zuidelijke regio's mogelijk is. In dit geval moeten er veel panelen zijn. Ze moeten zo worden geplaatst dat ze geen schaduw hebben (bijvoorbeeld van bomen). Panelen dienen geplaatst te worden met de voorzijde in de richting die gedurende de dag maximaal door de zon wordt verlicht.

Zonne-energieconcentratoren

Hoewel er tegenwoordig veel soorten van dergelijke apparaten zijn, is het werkingsprincipe voor iedereen hetzelfde. Elk schema neemt zonne-energie en draagt ​​​​het over aan de consument, wat een circuit vertegenwoordigt met een seriële opstelling van apparaten. Componenten die elektriciteit produceren zijn zonnepanelen of collectoren.

De collector bestaat uit buizen die in serie zijn geschakeld met de in- en uitlaat. Ze kunnen ook in de vorm van een spoel worden aangebracht. In de buizen zit proceswater of een mengsel van water en antivries. Soms zijn ze gevuld met alleen luchtstroom. De circulatie wordt uitgevoerd als gevolg van fysieke verschijnselen, zoals verdamping, veranderingen in de aggregatietoestand, druk en dichtheid.

Absorbers vervullen de functie van het verzamelen van zonne-energie. Ze hebben de vorm van een stevige zwarte metalen plaat of een structuur van vele platen die met elkaar zijn verbonden door buizen.

Voor de vervaardiging van de behuizingsafdekking worden materialen met een hoge lichttransmissie gebruikt. Vaak is dit plexiglas of geharde soorten gewoon glas. Soms worden polymere materialen gebruikt, maar plastic verzamelaars worden niet aanbevolen. Dit komt door de grote uitzetting door verwarming door de zon. Als gevolg hiervan kan drukverlaging van de behuizing optreden.

Als het systeem alleen in de herfst en het voorjaar wordt gebruikt, kan water als warmtedrager worden gebruikt. Maar in de winter is het moet worden vervangen door een mengsel van antivries en water. In klassieke ontwerpen wordt de rol van het koelmiddel gespeeld door lucht die door de kanalen beweegt. Ze kunnen worden gemaakt van een gewone geprofileerde plaat.

Ervaring met het bedienen van een zelfstandig gemaakte zonnebatterij (zonnebatterij deel 3).

Als de collector moet worden geïnstalleerd om een ​​klein gebouw te verwarmen dat niet is aangesloten op een autonoom verwarmingssysteem van een privéwoning of gecentraliseerde netwerken, dan is een eenvoudig systeem met één circuit en een verwarmingselement aan het begin voldoende. Het schema is eenvoudig, maar de haalbaarheid van de installatie ervan wordt betwist, omdat het alleen in een zonnige zomer zal werken. Er zijn echter geen circulatiepompen en extra verwarmingen nodig voor de werking ervan.

Met twee circuits is alles veel ingewikkelder, maar het aantal dagen dat er actief elektriciteit wordt opgewekt, neemt meerdere keren toe. In dit geval zal de collector slechts één circuit verwerken. Het grootste deel van de belasting wordt geplaatst op een enkel apparaat dat werkt op elektriciteit of een ander type brandstof.

Hoewel de prestaties van het apparaat direct afhankelijk zijn van het aantal zonnige dagen per jaar en de prijs te hoog is, is het nog steeds erg populair onder de bevolking. Niet minder gebruikelijk is de productie van zonnewarmtewisselaars met hun eigen handen.



Temperatuurclassificatie

Zonnestelsels worden ingedeeld op basis van verschillende criteria. Maar in apparaten die onafhankelijk kunnen worden gemaakt, moet u letten op het type koelvloeistof. Dergelijke systemen kunnen worden onderverdeeld in twee typen:

• gebruik van verschillende vloeistoffen;
• lucht structuren.

De eerstgenoemde worden het meest gebruikt. Ze zijn productiever en stellen u in staat om de collector rechtstreeks op het verwarmingssysteem aan te sluiten. Temperatuurclassificatie is ook gebruikelijk. waarbinnen het apparaat kan werken:



DIY zonnebatterij Part11

Het laatste type zonne-energiesystemen werkt dankzij een zeer complex principe van zonne-energietransmissie. De apparatuur heeft veel ruimte nodig. Als u het in een chalet plaatst, neemt het het overheersende deel van de site in beslag. Om energie te produceren, heb je speciale apparatuur nodig, dus het zal bijna onmogelijk zijn om zo'n zonnestelsel alleen te maken.






DIY productie

Het proces van het maken van een zonneboiler met uw eigen handen is best spannend en het voltooide ontwerp zal de eigenaar veel voordelen opleveren. Dankzij een dergelijk apparaat is het mogelijk om het probleem van ruimteverwarming, waterverwarming en andere belangrijke economische taken op te lossen.



Materialen voor zelfproductie

Een voorbeeld is het proces van het maken van een verwarmingsapparaat dat verwarmd water aan het systeem zal leveren. De goedkoopste manier om een ​​zonnecollector te produceren, is door houten blokken en multiplex als hoofdmaterialen te gebruiken, evenals spaanplaat. Als alternatief kunt u aluminium profielen en metalen platen gebruiken, maar deze kosten meer.

Alle materialen moeten vochtbestendig zijn, dat wil zeggen voldoen aan de eisen voor gebruik buitenshuis. Kwalitatief vervaardigde en geïnstalleerde zonnecollectoren kunnen 20 tot 30 jaar meegaan. In dit opzicht moeten de materialen de nodige prestatiekenmerken hebben voor gebruik gedurende de hele periode. Als de behuizing is gemaakt van hout of spaanplaat, is deze om de levensduur te verlengen geïmpregneerd met water-polymeeremulsies en vernis.

Overzicht: Zelfgemaakt zonnepaneel (accu).

De benodigde materialen voor de productie kunnen ofwel op de markt in het publieke domein worden gekocht, of u kunt een ontwerp maken van geïmproviseerde materialen die in elk huishouden te vinden zijn. Daarom is het belangrijkste waar u op moet letten de prijs van materialen en componenten.

Opstelling van thermische isolatie

Om warmteverlies te verminderen, wordt isolatiemateriaal op de bodem van de doos gelegd. Hiervoor kunt u schuim, minerale wol, enz. Gebruiken. De moderne industrie biedt een grote keuze aan verschillende kachels. Het gebruik van folie zou bijvoorbeeld een goede optie zijn. Het voorkomt niet alleen warmteverlies, maar reflecteert ook de zonnestralen, waardoor de verwarming van de koelvloeistof wordt verhoogd.

Bij gebruik van piepschuim of piepschuim als isolatie kunnen groeven voor de buizen worden gesneden en op deze manier worden gemonteerd. In de regel wordt de absorber aan de onderkant van de behuizing bevestigd en op het isolatiemateriaal gelegd.

Collector koellichaam

Het koellichaam van de zonnecollector is een absorberend element. Het is een systeem dat bestaat uit buizen waar de koelvloeistof doorheen beweegt en andere onderdelen, meestal gemaakt van koperplaten.

Het beste materiaal voor het buisvormige deel is koper. Maar thuisvakmensen bedachten een goedkopere optie - polypropyleen slangen, die in een spiraalvorm zijn gedraaid. Fittingen worden gebruikt om verbinding te maken met het systeem bij de inlaat en uitlaat.

Geïmproviseerde materialen en middelen mogen verschillende gebruiken, dat wil zeggen bijna alles wat zich op de boerderij bevindt. Een doe-het-zelf warmtecollector kan worden gemaakt van een oude koelkast, polypropyleen en polyethyleen buizen, stalen paneelradiatoren en andere geïmproviseerde middelen. Een belangrijke factor bij het kiezen van een warmtewisselaar is de thermische geleidbaarheid van het materiaal waaruit deze is gemaakt.




De ideale optie voor het maken van een zelfgemaakte watercollector is koper. Het heeft de hoogste thermische geleidbaarheid. Maar het gebruik van koperen leidingen in plaats van polypropyleen betekent niet dat het apparaat veel meer warm water zal produceren. Op gelijke voorwaarden zullen koperen leidingen 15-25% efficiënter zijn dan het installeren van tegenhangers van polypropyleen. Daarom is het gebruik van plastic ook aan te raden, bovendien is het veel goedkoper dan koper.

Bij gebruik van koper of polypropyleen moeten alle verbindingen (met schroefdraad en gelast) worden afgedicht. Mogelijke opstelling van pijpen - parallel of in de vorm van een spoel. De bovenkant van de hoofdstructuur met buizen is bedekt met glas. Met de vorm in de vorm van een spoel wordt het aantal aansluitingen en daarmee de mogelijke lekkage verminderd en wordt een gelijkmatige beweging van het koelmiddel door de buizen verzekerd.

Niet alleen glas kan worden gebruikt om de doos te bedekken. Voor deze doeleinden worden doorschijnende, matte of gegolfde materialen gebruikt. U kunt moderne acrylanalogen of monolithische polycarbonaten gebruiken.

Bij de vervaardiging van de klassieke versie kunt u gehard glas of plexiglas, polycarbonaatmaterialen, enz. Gebruiken. Een goed alternatief zou het gebruik van polyethyleen zijn.

Het is belangrijk om te bedenken dat het gebruik van analogen (gegolfde en matte oppervlakken) helpt om de lichttransmissie te verminderen. In fabrieksmodellen wordt hiervoor speciaal solarglas gebruikt. Het heeft een beetje ijzer in zijn samenstelling, wat zorgt voor een laag warmteverlies.

Accumulatieve tank van de installatie

Voor het maken van een opslagtank kunt u elke container met een inhoud van 20 tot 40 liter gebruiken. Er wordt ook een schema met meerdere tanks gebruikt, die met elkaar zijn verbonden tot één systeem. Het is wenselijk om de tank te isoleren, anders zal het verwarmde water snel afkoelen.

Als je kijkt, is er geen ophoping in dit systeem en moet de verwarmde koelvloeistof onmiddellijk worden gebruikt. Daarom wordt de opslagtank gebruikt voor:

• het handhaven van druk in het systeem;
• vervanging van de voorkamer;
• distributie van warm water.

Natuurlijk zal een door u zelf gemaakte zonnecollector niet de kwaliteit en efficiëntie bieden die kenmerkend zijn voor in de fabriek gemaakte modellen. Door alleen geïmproviseerde materialen te gebruiken, is het niet de moeite waard om over een hoog rendement te praten. In industriële ontwerpen zijn dergelijke indicatoren meerdere malen hoger. De financiële kosten zullen hier echter veel lager zijn, omdat geïmproviseerde middelen worden gebruikt. Een doe-het-zelf zonne-installatie zal het comfort in een landhuis aanzienlijk verhogen en de kosten van andere energiebronnen verlagen.

Het klimaat van centraal Rusland verwent zijn inwoners niet met een overvloed aan direct zonlicht. Er zijn maar weinig absoluut heldere zonnige dagen gedurende het jaar. Kortom, in de regel gedeeltelijk bewolkt, wanneer de zon een tiental of twee minuten verschijnt en zich vervolgens voor dezelfde tijd achter de wolken verbergt en de intensiteit van thermische zonne-energie sterk daalt.

Dit alles heeft een uiterst ongunstig effect op de vooruitzichten voor het gebruik van zonne-energie voor het organiseren van de warmwatervoorziening in een landhuis of landhuis. Zonnecollectoren en traditionele waterverwarmers zijn simpelweg fysiek niet in staat om water efficiënt te verwarmen. Omdat ze gebaseerd zijn op het principe van continue circulatie van water van de opslagtank naar de zonnecollector en terug. En een kleine zonnecollector met een oppervlakte van 1-2 vierkante meter. meter is niet in staat om snel een grote hoeveelheid water van enkele honderden liters te verwarmen. Dit is eenvoudig te bewijzen door eenvoudige berekeningen.

Bijna de enige manier om een ​​echt betrouwbare warmwatervoorziening uit zonne-energie te organiseren, is door een geconcentreerde zonnecollector te bouwen met een kleine hoeveelheid water die per tijdseenheid wordt verwarmd. De logica hier is vrij eenvoudig.

Op elke vierkante meter oppervlak valt ongeveer 800-1000 watt aan zonne-energie. Laten we de lagere waarde nemen (rekening houdend met de reflectie van de zonnecollector zelf, deze is helaas niet nul). De calorische waarde van onze "ketel" is dus 800 watt (of 2900 kJ). De warmtecapaciteit van water is 4,2 KJ/kg*deg. Laten we nu eens bedenken hoe lang het duurt voordat een waterkoker met een vermogen van 1,5 kW die 1,5 liter water aan de kook brengt. In minuten! En als je hem een ​​vat water laat koken? Hij zal het maar 3-4 uur opwarmen.

Aan de andere kant hebben we niet meteen een heel vat warm water nodig. We hebben in elke minuut 2-3 liter van alles nodig. Was je gezicht, was de afwas ... En het volgende waterverwarmingsschema suggereert zichzelf. Met een relatief energiezuinige "waterkoker" warmen we snel 1-2 liter water op en gieten het in een thermoskan. Daarna verwarmen we de volgende portie en schenken deze weer in een thermoskan enzovoort. En voor onze behoeften gebruiken we het uit een thermoskan. Die. we maken een stromende waterverwarmer met de accumulatie van het resultaat van zijn werk. Zodanig zal het stroomaccumulerend zijn.

Een dergelijk schema vermindert de vereisten voor het vermogen van de kachel zelf aanzienlijk en stelt u tegelijkertijd in staat om een ​​voldoende grote toevoer van warm water van enkele tientallen liters te hebben.

Oordeel zelf, zelfs voor 10-15 minuten als de zon schijnt, krijgen we ongeveer 200 wattuur energie van de zon. Dit komt overeen met 720 kJ. Hiermee kun je ongeveer 4-5 liter water (bijna een halve emmer trouwens) opwarmen tot 50-60 graden. In de volgende "uitgang" van de zon - nog eens 5 liter, dan nog een. En zo de hele dag door.

Bovendien, hoe kleiner het vermogen van onze heater, hoe efficiënter hij zonne-energie zal gebruiken. Het zal erin slagen om de warmte van de zon te grijpen, zelfs als het maar een paar minuten opduikt! Zoals ze zeggen, een zwart schaap heeft op zijn minst een plukje wol. En als het lang is, verandert zo'n kachel in een ketel.

Er zijn twee manieren om zo'n lage capaciteit zonnecollector te maken. De eerste is om een ​​zeer platte klassieke verzamelaar te maken van een zo groot mogelijk oppervlak. Bijvoorbeeld met een dikte van in totaal 1-2-3 cm en een oppervlakte van 1-1,5 vierkante meter. meter. Maar de capaciteit zal ongeveer 20-40 liter zijn! Noem het niet te klein. En het zou minstens een uur zon kosten om al dat water op te warmen.

De tweede optie is om een ​​concentrerende parabolische zonnecollector te maken van ongeveer dezelfde oppervlakte en met een inhoud van 2-3 liter! Dan is het water erin in slechts 5-8 minuten opgewarmd! Slechts een half uur zon - en we hebben een hele emmer genoeg warm water! Bovendien is de concentrerende collector in staat om verstrooide zonne-energie op te vangen wanneer de stralen worden verstrooid door nevel en wolken.

Laten we nu verder gaan met het ontwerp. Veel mensen zijn geïntimideerd door het woord "parabolisch" en denken dat het moeilijk is om een ​​parabolische concentrator te maken. In feite kan zelfs een schooljongen een parabolische spiegel maken. Bovendien is de concentrerende collector zelfs fysiek veel eenvoudiger. Het is niet nodig om een ​​enorme en broze platte "bus" te "lasten". Bereik zijn absolute dichtheid, stijfheid, zorg voor minimale hydrodynamische weerstand, enz. Bij een parabolische zonneboiler is de collector een eenvoudig vlak afgewerkt metalen profiel of buis! Het is alleen nodig om pluggen aan de uiteinden te maken en een paar futons in te snijden voor de in- en uitvoer van water. Alle andere fittingen zijn in beide gevallen hetzelfde. De parabolische spiegel zelf is gemaakt van gewoon multiplex en beplakt met gewone huishoudfolie om te bakken. De reflectiecoëfficiënt van IR-stralen is 90-95%!

Er is een vrij eenvoudige manier om een ​​parabool te construeren. Op een stuk triplex tekenen we een rechte hoek. Vervolgens maken we aan één kant markeringen door 1 maateenheid (bijvoorbeeld tot 100 mm, in de afbeelding zijn dit letters). En aan de andere kant - na 2 eenheden (dat wil zeggen, na 200 mm zijn dit cijfers in de afbeelding). Vervolgens verbinden we de markeringen met lijnen a1, b2, c3, etc. De resulterende snijpunten van de lijnen geven ons de gewenste parabool. Natuurlijk moet het worden gladgestreken met een patroon. En dit is natuurlijk maar de helft van de parabool die we nodig hebben. De tweede is een spiegelbeeld.

Nu hoe een concentrische parabolische zonneboiler eruit zou kunnen zien.

Nou, zoiets.

Water in de collector - de verwarming komt onder lichte druk van de druktank. En aan de uitlaat van de collector bevindt zich een klep - een thermostaat. In actie vergelijkbaar met wat is geïnstalleerd in de koelcircuits van auto's. Die. het gaat open wanneer het water tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd. Wanneer het deel van het water in de collector wordt verwarmd, gaat de thermostaat open en loopt het water weg in de thermostanks. Zodra al het warme water wegloopt en het koude water begint te stromen, sluit de thermostaat onmiddellijk en begint de collector de volgende portie te verwarmen.

Om geen ruimte te verspillen achter de parabolische spiegel, zijn de thermostanks in vrije nissen geïnstalleerd en zorgvuldig geïsoleerd. Hoewel, zoals u weet, dit slechts een variant is van hun locatie. Ze kunnen op elke geschikte plaats worden geïnstalleerd, maar het is belangrijk om de leiding die ernaartoe leidt zorgvuldig te isoleren van de collector.

Over het algemeen heeft een parabolische spiegel niet alleen een brandpunt, waar alle gereflecteerde stralen op worden gericht, maar het zogenaamde brandvlak. Want als de stralen op de parabolische spiegel vallen die niet loodrecht staat, dan worden ze niet gereflecteerd in het centrum van de parabool. Daarom worden zonnevolgers gemaakt in apparaten met parabolische spiegels, die de parabolische spiegel altijd direct naar de zon draaien of de collector langs het brandvlak bewegen (wat naar mijn mening gemakkelijker is).

In tuinomstandigheden bemoeilijkt dit helaas het ontwerp van een concentrerende zonnecollector. Ofwel moet je een soort automatisering installeren, of periodiek, handmatig, de parabolische spiegel strikt in de zon uitvouwen.

Een bepaalde oplossing is in dit geval misschien niet een horizontale, maar een verticale opstelling van een parabolische spiegel. Horizontaal beweegt de zon immers snel genoeg, en verticaal heel langzaam. Daarom, als we een voldoende langwerpige parabool maken en de collector in zijn brandvlak plaatsen, zal gedurende enkele uren achter elkaar het volledige volume gereflecteerde zonne-energie op de collector vallen. En verticale afstelling hoeft maar één of twee keer per week te gebeuren, afhankelijk van de stand van de zon boven de horizon.

Maar de meest effectieve oplossing zou natuurlijk zijn om een ​​zonnevolger te maken die een parabolische spiegel direct in de zon verandert.

Aandacht! Als u een soortgelijk project uitvoert, probeer dan in geen geval de temperatuur in het collectorgebied met uw hand "door aanraking" !!! De temperatuur in de verwarmingszone bereikt 200-300 graden! Het is alsof je de spiraal van een elektrisch fornuis probeert aan te raken. Tijdens mijn experimenten flitste een stuk hout dat in de verwarmingszone werd gebracht bijna onmiddellijk stil. Vrij mystieke aanblik trouwens.

Konstantin Timosjenko

U kunt vragen stellen en het ontwerp bespreken op: