DIY zonne-energieconcentrator. Rendementverhogende spiegelconcentrators voor zonnecollectoren

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

Kort:
1) De capaciteit van CSP-stations (Concentrated Solar Power) is in 2012 wereldwijd met 1 GW toegenomen. Elk jaar groeit deze markt met >100% (geen typfout!).
2) Geïnstalleerde capaciteiten: 2,8 GW, 2,9 in aanbouw, 7 GW gepland.
3) De meest populaire technologie zijn parabolische reflectoren, maar torenconcentrators en Fresnel-lensconcentrators winnen aan populariteit.

Nu meer details. De markt groeit als volgt:


(in lichtbruin en bruin: geïnstalleerd en jaarlijks 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 is voor eind 2012, het tweede: in aanbouw, het laatste: gepland)

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

CLFR wint stilaan de markt terug: er is een stijging van 1 naar 7%. Meest groot project in dit gebied is het 100 MW in Rajasthan van Avera Solar.

Wat zijn parabolische reflectoren?

Dit is een systeem waarbij parabolische spiegels, die langs hun as draaien, de zonnestralen op een warmte-absorberende buis concentreren. Met dit systeem kun je je 100 keer concentreren en de koelvloeistof (speciale olie) verwarmen tot 400 graden. Via een warmtewisselaar geeft de hete olie energie af aan de stoom, die op zijn beurt de turbine laat draaien. Nieuwere 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. Maar hoge kosten in vergelijking met andere, “groene” bronnen (bijvoorbeeld PV).


3. Maar, lage temperatuur koelmiddel.


4. Maar in sommige gevallen vereisen dergelijke systemen de voorziening van water, wat niet gemakkelijk is in woestijnomstandigheden.


5. Maar de installatielocatie mag geen helling van meer dan 1% hebben.

Wat zijn hubs - torens?
Dit is een systeem waarbij vaak duizenden roterende spiegels de zon volgen en energie richten op een energieontvanger. 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. Hiermee kunt u meer bereiken hoge temperaturen, meer hoge efficiëntie, lagere energiekosten dan parabolische reflectoren.


2. Vereist geen ultravlakke landschappen (kan worden geïnstalleerd met een helling van 5%).


3. De energiereserve in de tank met gesmolten zout bedraagt ​​maximaal 15 uur.


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


5. Maar de prijs is nog steeds hoog.

Wat zijn concentratorsystemen met lineaire Fresnel-reflectoren?
Het is meer eenvoudige systemen vergeleken met parabolische kanalen. Ze concentreren het licht 30 keer en gebruiken water in plaats van olie voor warmteoverdracht.

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

tegenwoordig vechten concentrators voor hun bestaan: ze worden goedkoper en zijn al bekend geworden zonnepanelen zetten deze markt onder druk.

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


• 1 geïnstalleerde watt voor concentratietorens kost ongeveer $7 (de prijs blijft hetzelfde als de energie 6-7 uur in zandsmelt wordt opgeslagen, $10 als de levering 12-15 uur duurt).


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

Opwekking van 1 kWh kost 14-35 cent. Volgens de doelstelling van het Amerikaanse ministerie van Energie zullen de elektriciteitskosten in 2020 dalen. energie uit concentrators in Zuid-Californië zou 6 cent moeten zijn.

We mogen echter niet vergeten dat dit een veel jongere industrie is die het pad volgt van de traditionele fotovoltaïsche zonne-energie van tien jaar geleden. Er is potentieel voor prijsverlagingen op dit gebied en ik ben ervan overtuigd dat er voor alle technologieën voldoende “plek in de zon” zal zijn.

Maar ik herinner me ook het optimisme waarmee Siemens met concentrators begon (Siemens heeft onlangs aangekondigd dat de werkzaamheden op dit gebied zijn stopgezet) en ik herinner me het enthousiasme op het gebied van dunnefilm-siliciumfotovoltaïsche zonne-energie. In beide gevallen sloot de kans voor veel portemonnees met een knal.

Laten we het hebben over de tekortkomingen. Spiegels moeten schoongemaakt worden. Bovendien moet hun oppervlak ideaal zijn en blijven. altijd werking van het station.


(schoonmaak

Ik wilde al heel lang een parabolische concentrator op zonne-energie maken. Nadat ik veel literatuur had gelezen over het maken van een mal voor een parabolische spiegel, koos ik voor de eenvoudigste optie: een satellietschotel. De satellietschotel heeft een parabolische vorm die op één punt gereflecteerde stralen opvangt.

Ik bekeek de Kharkov "Variant" -platen als basis. Voor een voor mij acceptabele prijs kon ik alleen een product van 90 cm kopen. Maar het doel van mijn experiment is de hoge temperatuur in het brandpunt. Voor prestatie goede resultaten spiegeloppervlak is vereist - hoe meer, hoe beter. Daarom moet de plaat 1,5 m zijn, of beter nog 2 m. De fabrikant uit Charkov heeft deze maten in het assortiment, maar ze zijn gemaakt van aluminium en daarom zijn de prijzen torenhoog. Ik moest het internet op duiken op zoek naar een gebruikt product. En in Odessa boden bouwers mij, terwijl ze een object demonteerden, een satellietschotel aan van 1,36 x 1,2 meter, gemaakt van plastic. Het was een beetje minder dan ik wilde, maar de prijs was goed en ik bestelde een bord.

Toen ik de plaat een paar dagen later ontving, ontdekte ik dat deze in de VS was gemaakt, krachtige verstijvingsribben had (ik was bang of de carrosserie sterk genoeg was en of deze zou bewegen nadat de spiegels erop waren gelijmd) en een sterke oriëntatie Mechanisme met veel instellingen.

Ik heb ook spiegels gekocht, 3 mm dik. Besteld 2 m² - een beetje met reserve. Spiegels worden voornamelijk verkocht in een dikte van 4 mm, maar ik heb een drie gevonden om het snijden gemakkelijker te maken. Ik besloot om de maat van de spiegels voor de concentrator 2 x 2 cm te maken.

Nadat ik de belangrijkste componenten had verzameld, begon ik een standpunt in te nemen voor de concentrator. Er waren verschillende hoeken, stukken buizen en profielen. Ik heb het op maat geknipt, gelast, schoongemaakt en geverfd. Dit is wat er gebeurde:

Dus nadat ik de standaard had gemaakt, begon ik de spiegels te snijden. De spiegels kregen afmetingen van 500 x 500 mm. Allereerst heb ik het doormidden gesneden en vervolgens met een maaswijdte van 2 x 2 cm. Ik heb een aantal glassnijders geprobeerd, maar nu is het niet mogelijk om iets zinnigs in de winkels te vinden. Een nieuwe glassnijder snijdt 5-10 keer perfect, en dat is alles... Daarna kun 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 doorsnijden van de spiegels het moeilijkst!

De spiegels zijn uitgesneden, het statief is klaar, ik begin met het lijmen van de spiegels! Het proces is lang en vervelend. Mijn aantal spiegels op de voltooide naaf was 2480 stuks. Ik heb de verkeerde lijm gekozen. Ik heb een speciale lijm voor spiegels gekocht - deze houdt goed vast, maar is dik. Bij het plakken, een druppel op de spiegel knijpen en deze vervolgens tegen de wand van de plaat drukken, bestaat de mogelijkheid dat de spiegel ongelijkmatig wordt aangedrukt (ergens sterker, ergens zwakker). Hierdoor kan het voorkomen dat de spiegel niet strak verlijmd wordt, d.w.z. zal zijn zonnestraal niet op het brandpunt richten, maar er dichtbij. En als de focus wazig is, is er niets te verwachten van goede resultaten. Vooruitkijkend zal ik zeggen dat mijn focus wazig bleek te zijn (waaruit ik concludeer dat het nodig was om een ​​andere lijm te gebruiken). Hoewel de resultaten van het experiment aangenaam waren, was de focus ongeveer 10 cm groot en eromheen was er nog steeds een wazige vlek van nog eens 3-5 cm. Hoe kleiner de focus, hoe nauwkeuriger de focus van de stralen, des te hoger de temperatuur. Het kostte me bijna 3 jaar om de spiegels te lijmen volle dagen. Het oppervlak van de gesneden spiegels was ongeveer 1,5 m². Er was eerst een huwelijk, totdat hij zich aanpaste - veel, later aanzienlijk minder. Defecte spiegels bedroegen waarschijnlijk niet meer dan 5%.

De parabolische zonneconcentrator is klaar.

Tijdens metingen was de maximale temperatuur in het brandpunt van de concentrator maar liefst 616,5 graden. De zonnestralen hielpen het vuur aansteken houten bord, smelttin, loodgewicht en aluminium bierblikje. Ik voerde het experiment uit op 25 augustus 2015 in de regio Kharkov, het dorp Novaya Vodolaga.

Plannen voor volgend jaar(en misschien lukt het wel winterperiode) Pas de concentrator aan de praktische behoeften aan. Misschien voor het verwarmen van water, misschien voor het opwekken van elektriciteit.

Hoe dan ook heeft de natuur ons allemaal een krachtige energiebron gegeven, we moeten alleen leren hoe we die kunnen gebruiken. De energie van de zon dekt duizenden keren alle behoeften van de mensheid. 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 productieproces van een zonneconcentrator op basis van een satellietschotel ziet, en de experimenten die met de concentrator zijn uitgevoerd.

De totale hoeveelheid energie van de zon die in slechts een week het aardoppervlak bereikt, overtreft de energie die wereldwijd in olie, uranium, steenkool en gas is opgeslagen. Je kunt zonnewarmte besparen verschillende manieren. Eén van die oplossingen zijn zonneconcentrators. Dit speciaal apparaat voor het verzamelen van zonne-energie, die de functie vervult van het verwarmen van het koelvloeistofmateriaal. Meestal gebruikt voor ruimteverwarming en warmwatervoorziening. Het is juist deze eigenschap waar het zich van onderscheidt zonnepanelen die rechtstreeks elektriciteit produceren.

Apparaat

De belangrijkste functie van een zonneconcentrator is scherpstellen zonnestraling bij de zenderontvanger, die zich op de brandpuntslijn of het brandpunt van de zonne-energiecollector bevindt.

Het ontwerp van een zonneconcentrator vereist de aanwezigheid van de volgende elementen:

• Lenzen of reflectoren die worden gebruikt als concentrator van zonlicht.
• De structuur van de basis waarop lenzen of reflectoren zijn gemonteerd.
• Een warmte-ontvangend element, vaak een zonnecollector.
• Leidingen die koelvloeistof aan- en afvoeren.
• Aandrijfmechanisme van het volgsysteem. Dit mechanisme omvat in de meeste gevallen:
  — De elektronische eenheid signaal conversie.
  — Richtingsensor naar de zon.
  — Een elektromotor met een versnellingsbak die de zonneconcentratorstructuur in twee vlakken roteert.

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

Operatie principe

Het werkingsprincipe van zonneconcentrators ligt in het focusseren van de zonnestralen op een container met koelvloeistof.

De taak van het koelmiddel is het absorberen van zonne-energie. Afhankelijk van de methode die wordt gebruikt om zonne-energie te concentreren, kan het volgende worden gebruikt:

• Parabolische concentratoren die zonnestraling richten op olie- of waterleidingen
• Heliocentrische torenachtige installaties.
• Speciale parabolische spiegels.

Zonnestraling in bepaalde concentratormodellen kan geconcentreerd zijn:

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

Alles ziet er zo uit:

• Het bereiken van hoge temperaturen in concentrators wordt bereikt door zonnestraling van een groter oppervlak op een kleiner oppervlak van de ontvanger-absorber te reflecteren.
• De koelvloeistof 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 concentrators kunnen alleen directe zonnestraling concentreren. Als gevolg hiervan wordt hun effectiviteit bij bewolkt of mistig weer aanzienlijk verminderd. Meest hoge performantie Efficiëntie wordt gedemonstreerd in regio's met hoge graad zonnestraling, bijvoorbeeld in equatoriale of woestijngebieden.

Om zonnestraling zo efficiënt mogelijk te gebruiken, moeten zonneconcentrators in de richting van de zon worden gericht. Voor dit doel zijn concentrators uitgerust met een tracker, dat wil zeggen een speciaal volgsysteem. Het zorgt ervoor dat het systeem rechtstreeks naar de zon gericht is.

Volgsystemen met één as roteren het systeem van oost naar west. Op hun beurt zorgen biaxiale systemen van noord naar zuid ervoor dat het systeem het hele jaar door naar de zon wordt gericht.

Op industriële schaal zorgt een parabolisch-cilindrische spiegelconcentrator voor het focusseren van zonnestraling, waardoor een meer dan honderdvoudige concentratie ontstaat. Het gevolg is dat de vloeistof opwarmt tot bijna 400 graden. De vloeistof gaat door een reeks warmtewisselaars en produceert stoom, die de turbine van de stoomgenerator laat draaien. Minimaliseren warmteverliezen is de ontvangstbuis omgeven door een transparante glazen buis die zich uitstrekt langs de brandpuntslijn van de cilinder.

Soorten

Volgens het ontwerpschema zijn concentrators onderverdeeld in de volgende typen:

• Parabolische zonneconcentrators.

• Parabolische cilindrische concentrators.

• Zonne-torens.

• Concentratoren 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 de spectrale kenmerken.
• Brekings- (lens) en reflecterende (spiegel)systemen - afhankelijk van de aard van de interactie van zonnestralen ermee
  optische elementen van zonneconcentrators.
• Zonder tracking, equatoriaal, azimut-zenitaal systeem - volgens het zonvolgschema.
• Systemen met één en meerdere elementen - afhankelijk van het aantal optische elementen dat opeenvolgend deelneemt aan het proces van concentratie van straling.
• Met een volgontvanger, met een volgreflector - met behulp van de zonvolgmethode.
• vloeistof- of luchtconvectieve warmteafvoer - volgens de warmteafvoermethode.

Eigenaardigheden

• De straling van de zon is in sommige concentrators gefocust op een brandpunt, in andere langs de brandpuntslijn, 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 het koelmiddel afgevoerd.
• De efficiëntie van concentrators wordt tijdens bewolkte perioden aanzienlijk verminderd, omdat alleen directe zonnestraling wordt gebundeld. In dit opzicht hebben dergelijke systemen een hoge efficiëntie in regio's waar het niveau van zonnestraling bijzonder hoog is: in het evenaargebied en in woestijnen. Om de efficiëntie van het gebruik van zonnestraling te vergroten, zijn concentrators vaak uitgerust met volgsystemen die een nauwkeurige oriëntatie op de zon bieden.
• Omdat de kosten van zonneconcentratoren vrij hoog zijn en volgsystemen periodiek onderhoud vereisen, is het gebruik ervan in de meeste gevallen beperkt tot industriële. Bovendien kunnen dergelijke installaties worden toegepast in hybride systemen, bijvoorbeeld in combinatie met koolwaterstofbrandstof. In dit geval zal het opslagsysteem de kosten van de geleverde elektriciteit verlagen.

Sollicitatie

• Parabolische zonneconcentrators en -torens functioneren optimaal in de structuur van grote systemen die zijn aangesloten op een netwerk van energiecentrales met een capaciteit van 30-200 MW.
• Systemen van het schoteltype zijn gemaakt van modules en kunnen worden gebruikt in stand-alone installaties en groepen met een totaal vermogen van enkele megawatt.

Parabolische cilindrische zonneconcentrators zijn momenteel een van de meest ontwikkelde zonne-energietechnologieën. Hoogstwaarschijnlijk zullen ze in de nabije toekomst in de industrie worden gebruikt. Dankzij hun efficiënte thermische opslagcapaciteit kunnen torenachtige stations ook stations van de nabije toekomst worden. Door het modulaire karakter van de trays zijn ze toepasbaar in kleine installaties.

"Tafels" 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 concentrators al getest en deze zullen binnenkort worden verbeterd. Torenzonneconcentrators vereisen demonstratie van operationele betrouwbaarheid en efficiëntie. Schijfvormige systemen vereisen de ontwikkeling van een goedkope concentrator en de creatie van een commerciële motor.

Parabolische concentrators

Voordelen: bewezen technologie.

Gebreken:

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

Torens

Voordelen:

• Hogere efficiëntie.
• Hogere temperatuur.
• Lagere energiekosten.
• Geen behoefte aan ultravlak terrein.

Gebreken:

• Hoge prijs.
• Lage prevalentie.

Zonneconcentrators met lineaire Fresnel-reflectoren

Voordelen:

• Lage energiekosten.
• Simpel ontwerp.

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

Toon alles

Ontwerp en werkingsprincipe

Het verwarmen van een huis door het omzetten van zonne-energie in elektrische energie wordt meestal gebruikt als extra warmtebron, in plaats van als hoofdbron. Aan de andere kant, als je een structuur met hoog vermogen installeert en alle apparaten in huis omzet op elektriciteit, dan kun je alleen rondkomen met een zonnecollector.

Maar het is de moeite waard eraan te denken dat verwarming met zonnecollectoren zonder extra warmtebronnen alleen mogelijk is in de zuidelijke regio's. In dit geval zouden er behoorlijk wat panelen moeten zijn. Ze moeten zo worden geplaatst dat er geen schaduwen op vallen (bijvoorbeeld van bomen). De panelen moeten met de voorkant in de richting worden geplaatst waarin de zon gedurende de dag maximaal wordt blootgesteld.

Concentratoren voor zonne-energie

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

De collector bestaat uit buizen die in serie zijn aangesloten op de inlaat en uitlaat. Ze kunnen ook in de vorm van een spoel worden aangebracht. In de buizen bevindt zich proceswater of een mengsel van water en antivries. Soms zijn ze eenvoudigweg gevuld met luchtstroom. Circulatie vindt plaats 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 zien eruit als een massieve zwarte metalen plaat of een structuur die bestaat uit vele platen die door buizen met elkaar zijn verbonden.

Voor het maken van de behuizingsafdekking zijn materialen met een hoge lichtdoorlatendheid gebruikt. Vaak is dit plexiglas of geharde soorten gewoon glas. Soms worden polymere materialen gebruikt, maar het maken van collectoren uit plastic wordt 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 de lente wordt gebruikt, kan water als koelvloeistof worden gebruikt. Maar in de winter wel moet worden vervangen door een mengsel van antivries en water. In klassieke ontwerpen wordt de rol van koelvloeistof gespeeld door lucht, die door kanalen beweegt. Ze kunnen worden gemaakt van gewone golfplaten.

Zelfstandig gemaakte ervaring met het bedienen van een zonnebatterij (zonnebatterij deel 3).

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

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

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 uw eigen handen.



Classificatie op basis van temperatuurindicatoren

Zonnesystemen worden geclassificeerd volgens verschillende criteria. Maar bij apparaten die u zelf kunt maken, moet u letten op het type koelvloeistof. Dergelijke systemen kunnen in twee typen worden verdeeld:

• gebruik van verschillende vloeistoffen;
• lucht structuren.

De eerste worden het vaakst gebruikt. Ze zijn productiever en stellen u in staat de collector rechtstreeks op het verwarmingssysteem aan te sluiten. Classificatie op basis van temperatuur is ook gebruikelijk, waarbinnen het apparaat kan werken:



DIY-zonnebatterij Deel 11

Het laatste type zonnestelsel werkt dankzij een zeer complex principe van zonne-energieoverdracht. De apparatuur vergt veel ruimte. Als u het in een landhuis plaatst, zal het het overheersende deel van de site bezetten. Om energie te produceren heb je speciale apparatuur nodig, dus het is bijna onmogelijk om zelf zo'n zonnestelsel te maken.






DIY-maken

Het proces om met je eigen handen een zonneboiler te maken is best spannend en het voltooide ontwerp zal de eigenaar veel voordelen opleveren. Dankzij dit apparaat kunt u het probleem van het verwarmen van kamers, het verwarmen van water en andere belangrijke huishoudelijke taken oplossen.



Materialen voor zelfproductie

Een voorbeeld is het proces van het maken van een verwarmingsapparaat dat verwarmd water aan het systeem levert. De goedkoopste optie voor het produceren van een zonnecollector is het gebruik van houten blokken en multiplex, evenals spaanplaten, als de belangrijkste materialen. Als alternatief kunt u aluminium profielen en metalen platen gebruiken, maar deze zijn duurder.

Alle materialen moeten vochtbestendig zijn, dat wil zeggen voldoen aan de eisen voor gebruik buitenshuis. Een goed gemaakte en geïnstalleerde zonnecollector kan 20 tot 30 jaar meegaan. In dit opzicht moeten materialen gedurende hun gehele levensduur de noodzakelijke prestatiekenmerken hebben voor gebruik. Als de behuizing van hout of spaanplaat is gemaakt, wordt deze om de levensduur te verlengen geïmpregneerd met water-polymeeremulsies en vernis.

Review: Zelfgemaakt zonnepaneel (batterij).

De benodigde materialen voor de productie kunnen vrij op de markt worden gekocht, of er kan een structuur worden gemaakt van restmaterialen 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 beperken wordt er isolatiemateriaal onderin de doos geplaatst. U kunt polystyreenschuim, minerale wol, enz. Gebruiken. De moderne industrie biedt een grote keuze aan verschillende isolatiematerialen. Het gebruik van folie is bijvoorbeeld een goede optie. Het voorkomt niet alleen warmteverlies, maar reflecteert ook de zonnestralen, waardoor de opwarming van de koelvloeistof toeneemt.

Als u piepschuim of polystyreen voor isolatie gebruikt, kunt u groeven voor de buizen uitsnijden en deze op deze manier installeren. In de regel wordt de absorber aan de onderkant van de behuizing bevestigd en over het isolatiemateriaal gelegd.

Collectorkoellichaam

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

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

Het is toegestaan ​​om verschillende materialen en middelen te gebruiken die voorhanden zijn, dat wil zeggen bijna alle materialen en middelen die op de boerderij aanwezig zijn. Een doe-het-zelf-warmtecollector kan worden gemaakt van een oude koelkast, polypropyleen- en polyethyleenbuizen, stalen paneelradiatoren en andere beschikbare materialen. 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 buizen in plaats van polypropyleen betekent niet dat het apparaat veel meer warm water zal produceren. Onder gelijke omstandigheden zullen koperen buizen 15-25% efficiënter zijn dan het installeren van polypropyleen-analogen. Daarom is het gebruik van plastic ook aan te raden, en het is veel goedkoper dan koper.

Bij gebruik van koper of polypropyleen moeten alle verbindingen (schroefdraad en gelast) afgedicht zijn. Mogelijke plaatsing van pijpen is parallel of in de vorm van een spoel. De bovenkant van de hoofdconstructie met buizen is bedekt met glas. Wanneer het in de vorm van een spiraal is gevormd, wordt het aantal aansluitingen verminderd en daarmee de mogelijke vorming van lekken, en wordt ook een uniforme beweging van het koelmiddel door de buizen gegarandeerd.

Je kunt meer dan alleen glas gebruiken om de doos af te dekken. Voor deze doeleinden worden doorschijnende, matte of gegolfde materialen gebruikt. U kunt moderne acrylanalogen of monolithische polycarbonaten gebruiken.

Bij het maken 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) de lichttransmissiecapaciteit helpt verminderen. In fabrieksmodellen wordt hiervoor speciaal zonneglas gebruikt. Het heeft een beetje ijzer in de samenstelling, wat zorgt voor een laag warmteverlies.

Installatie opslagtank

Om een ​​opslagtank te maken, kunt u elke container met een volume van 20 tot 40 liter gebruiken. Er wordt ook gebruik gemaakt van een schema met meerdere tanks die met elkaar zijn verbonden in één systeem. Het is raadzaam om de tank te isoleren, anders koelt het verwarmde water snel af.

Als je ernaar 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 de druk in het systeem;
• het vervangen van de camera aan de voorkant;
• distributie van verwarmd 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 uitsluitend gebruik te maken van beschikbare materialen hoeft er niet gesproken te worden over een hoog rendement. In industriële monsters zijn dergelijke indicatoren meerdere malen hoger. De financiële kosten zullen hier echter veel lager zijn, omdat er gebruik wordt gemaakt van geïmproviseerde middelen. Een zelfgemaakte zonne-installatie zal het comfortniveau in een landhuis aanzienlijk verhogen en de kosten voor andere energiebronnen verlagen.

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

Dit alles heeft een uiterst negatief effect op de vooruitzichten voor het gebruik van zonne-energie om de warmwatervoorziening in een landhuis of landhuis te organiseren. Traditionele zonnecollectoren en waterverwarmers zijn fysiek simpelweg niet in staat om water efficiënt te verwarmen. Omdat ze gebaseerd zijn op het principe van continue watercirculatie 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 met eenvoudige berekeningen.

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

Op elke vierkante meter oppervlakte 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 de 1,5 liter water die erin past aan de kook brengt. In minuten! Wat als je hem een ​​vat water laat koken? Hij verwarmt het slechts 3-4 uur.

Aan de andere kant hebben we niet meteen een heel vat heet water nodig. We hebben in totaal 2-3 liter per minuut nodig. Was je gezicht, doe de afwas. En het volgende waterverwarmingsschema doet zich voor. Met behulp van een relatief energiezuinige “ketel” verwarmen we snel 1-2 liter water en gieten dit in een thermoskan. Vervolgens verwarmen we de volgende portie en gieten deze weer in de thermoskan, enzovoort. En voor onze behoeften gebruiken we het uit een thermoskan. Die. We maken een doorstroomverwarmer met de accumulatie van het resultaat van zijn werking. Op deze manier wordt het een flow-opslag.

Dit schema vermindert de stroombehoefte van de verwarming zelf aanzienlijk en zorgt tegelijkertijd voor een vrij grote toevoer van warm water van enkele tientallen liters.

Oordeel zelf, zelfs binnen 10-15 minuten als de zon schijnt, ontvangen we ongeveer 200 wattuur aan energie van de zon. Dit komt overeen met 720 kJ. Hiermee kun je ongeveer 4-5 liter water verwarmen tot 50-60 graden (bijna een halve emmer trouwens). De volgende keer dat de zon opkomt - nog eens 5 liter, dan nog een. En zo de hele dag door.

Bovendien geldt: hoe kleiner de capaciteit van onze verwarming, hoe efficiënter deze zonne-energie zal gebruiken. Hij zal erin slagen de hitte van de zon op te vangen, zelfs als deze maar een paar minuten opduikt! Zoals ze zeggen, is er op zijn minst een plukje wol van een zwart schaap. En als het lang meegaat, verandert zo'n verwarming in een ketel.

Er zijn twee manieren om zo’n zonnecollector met lage capaciteit te maken. De eerste is om een ​​zeer platte klassieke collector te maken met een zo groot mogelijk oppervlak. Bijvoorbeeld een totale dikte van 1-2-3 cm en een oppervlakte van 1-1,5 vierkante meter. meter. Maar de capaciteit zal ongeveer 20-40 liter zijn! Ik zou hem niet bijzonder klein noemen. En om al dit water te verwarmen heb je minimaal een uur zon nodig.

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 uurtje zon - en we hebben een hele emmer heet water! Bovendien is de concentrerende collector in staat 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 worden geïntimideerd door het woord ‘parabolisch’ en denken dat het maken van een parabolische concentrator moeilijk is. Sterker nog, zelfs een schoolkind kan een parabolische spiegel maken. Bovendien is de concentrerende collector veel eenvoudiger, zelfs fysiek gezien. Het is niet nodig om je te "lasten" met een enorme en fragiele platte "bus". Bereik de absolute dichtheid en stijfheid, zorg voor minimale hydrodynamische weerstand, enz. Bij een parabolische zonneboiler is de collector een eenvoudig plat geprefabriceerd metalen profiel of buis! U hoeft alleen maar pluggen aan de uiteinden te maken en een paar voetteksten in te snijden voor de waterinlaat en -uitlaat. Alle andere fittingen zijn in beide gevallen hetzelfde. De parabolische spiegel zelf is gemaakt van gewoon multiplex en bedekt met gewoon huishoudelijk bakfolie. De reflectiecoëfficiënt van IR-stralen is 90-95%!

Er is een vrij eenvoudige manier om een ​​parabool te construeren. We tekenen een rechte hoek op een stuk multiplex. Vervolgens maken we aan de ene kant markeringen per maateenheid (bijvoorbeeld elke 100 mm, in de figuur zijn dit letters). En volgens de ander - na 2 eenheden (d.w.z. na 200 mm zijn dit cijfers in de figuur). Vervolgens verbinden we de markeringen met lijnen a1, b2, c3, enz. De resulterende snijpunten van lijnen geven ons de gewenste parabool. Uiteraard moet het worden gladgestreken met behulp van een patroon. En natuurlijk is dit slechts de helft van de parabool die we nodig hebben. De tweede is een spiegelbeeld.

Hoe een concentrische parabolische zonneboiler eruit zou kunnen zien.

Nou, dat is het dan ook.

Water komt onder lage druk vanuit een druktank de collectorverwarmer binnen. En aan de uitlaat van de collector bevindt zich een klep - een thermostaat. Vergelijkbaar in actie met wat is geïnstalleerd in de koelcircuits van auto's. Die. het gaat open als het water een bepaalde temperatuur bereikt. Wanneer het watergedeelte in de collector opwarmt, gaat de thermostaat open en wordt het water in de thermostanks afgevoerd. Zodra al het warme water is weggelopen en het koude water begint te stromen, sluit de thermostaat direct en begint de collector de volgende portie te verwarmen.

Om ervoor te zorgen dat de ruimte achter de parabolische spiegel niet verloren gaat, zijn de thermostanks in vrije nissen geïnstalleerd en zorgvuldig geïsoleerd. Hoewel dit, zoals u begrijpt, 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 naar worden gericht, maar een zogenaamd brandvlak. Want als de stralen niet loodrecht op een parabool vallen, worden ze niet gereflecteerd in het midden van de parabool. Daarom worden in apparaten met parabolische spiegels zonnetrackers gemaakt, die de parabolische spiegel altijd strikt naar de zon draaien of de collector langs het brandpuntsvlak bewegen (wat naar mijn mening eenvoudiger is).

In tuin- en datsja-omstandigheden bemoeilijkt dit helaas het ontwerp van een concentrerende zonnecollector ernstig. Of je zult een soort automatisering moeten installeren, of de parabolische spiegel periodiek handmatig strikt in de zon moeten draaien.

Een definitieve oplossing is in dit geval misschien niet een horizontale, maar een verticale opstelling van een parabolische spiegel. De zon beweegt immers vrij snel horizontaal en heel langzaam verticaal. Als je dus een voldoende langwerpige parabool maakt en de collector in zijn brandpuntsvlak plaatst, zal het volledige volume aan gereflecteerde zonne-energie enkele uren achter elkaar op de collector vallen. En verticale aanpassing hoeft slechts één keer per week of twee te worden gedaan, afhankelijk van de hoek van de zon boven de horizon.

Maar de meest effectieve oplossing zou natuurlijk zijn om een ​​zonnetracker te maken die een parabolische spiegel rechtstreeks naar de zon richt.

Aandacht! Als u een soortgelijk project uitvoert, test dan in geen geval de temperatuur in het collectorgedeelte 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 vlamde een stuk hout dat in de verwarmingszone werd gebracht vrijwel onmiddellijk geruisloos op. Een behoorlijk mystiek gezicht trouwens.

Konstantin Timosjenko

U kunt uw vragen stellen en het ontwerp bespreken op