Bộ tập trung năng lượng mặt trời DIY. Bộ tập trung gương tăng hiệu quả cho bộ thu năng lượng mặt trời

được viết sau khi đọc một bài viết trên Photon International tháng 12/2012. Tất cả hình ảnh và dữ liệu từ nguồn này.

Tóm tắt:
1) Công suất của các trạm CSP (Điện mặt trời tập trung) trên toàn thế giới đã tăng thêm 1 GW vào năm 2012. Mỗi năm thị trường này tăng trưởng >100% (không phải lỗi đánh máy!).
2) Công suất lắp đặt: 2,8 GW, 2,9 đang xây dựng, 7 GW dự kiến.
3) Công nghệ phổ biến nhất là bộ phản xạ parabol, nhưng bộ tập trung tháp và bộ tập trung thấu kính Fresnel đang ngày càng phổ biến.

Bây giờ biết thêm chi tiết. Thị trường đang phát triển như thế này:


(màu nâu nhạt và nâu: công suất lắp đặt và công suất lắp đặt hàng năm (GW) của CSP. Nguồn: Photon International 12/2012)

Công nghệ CSP sẽ phát triển như thế nào? Chúng ta hãy nhìn vào bức tranh này:


(giải thích về “huyền thoại” từ trái sang phải: chung, gương phản xạ parabol, tháp, đĩa parabol, gương phản xạ Fresnel tuyến tính. Sơ đồ đầu tiên là vào cuối năm 2012, sơ đồ thứ hai: đang xây dựng, sơ đồ cuối cùng: đã lên kế hoạch)

Rõ ràng, gương phản xạ parabol là "hôm nay", nhưng tháp tập trung sẽ phổ biến "ngày mai". Dự án lớn nhất đang được xây dựng ở khu vực này hiện nay là Trạm phát điện mặt trời Ivanpah 392 MW ở miền nam California. 170.000 tấm gương sẽ tập trung ánh sáng vào các tòa tháp.

CLFR đang dần chiếm lại thị trường: có mức tăng từ 1 đến 7%. Hầu hết dự án lớn trong khu vực này là 100 MW ở Rajasthan từ Avera Solar.

Phản xạ parabol là gì?

Đây là một hệ thống trong đó các gương parabol quay dọc theo trục của chúng, tập trung các tia nắng mặt trời vào một ống hấp thụ nhiệt. Hệ thống này cho phép bạn tập trung 100 lần và làm nóng chất làm mát (dầu đặc biệt) lên tới 400 độ. Thông qua bộ trao đổi nhiệt, dầu nóng giải phóng năng lượng cho hơi nước, từ đó làm quay tuabin. Các hệ thống mới hơn trong lĩnh vực này có thể bao gồm pin ở dạng bể chứa muối nóng chảy (tối đa 8 giờ). Hệ thống này đã được nhiều người biết đến (từ những năm 80).

Nhược điểm và ưu điểm:

1. công nghệ đã được chứng minh.


2. Tuy nhiên, chi phí cao so với các nguồn “xanh” khác (ví dụ: PV).


3. Nhưng, nhiệt độ thấp chất làm mát.


4. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, những hệ thống như vậy đòi hỏi phải cung cấp nước, điều này không hề dễ dàng trong điều kiện sa mạc.


5. Tuy nhiên, vị trí lắp đặt không được có độ dốc quá 1%.

Hub - tower là gì?
Đây là một hệ thống thường có hàng nghìn gương quay theo dõi mặt trời và tập trung năng lượng vào một máy thu năng lượng. Bạn có thể tập trung năng lượng 1000 lần. Chiều cao tháp từ 5 đến 165 m Gương từ 1,1 đến 120 m2. Nhiệt độ từ 440 đến 550 độ C. Nước hoặc muối nóng chảy được sử dụng để truyền nhiệt.

Nhược điểm và ưu điểm:

1. Cho phép bạn đạt được nhiều hơn nhiệt độ cao, hơn hiệu quả cao, chi phí năng lượng thấp hơn so với gương phản xạ parabol.


2. Không yêu cầu cảnh quan siêu phẳng (có thể cài đặt ở độ dốc 5%).


3. Năng lượng dự trữ trong bình chứa muối nóng chảy lên tới 15 giờ.


4. Tuy nhiên, lịch sử sử dụng các hệ thống này ngắn hơn và do đó rủi ro cho vay cao hơn.


5. Tuy nhiên, giá vẫn còn cao.

Hệ thống tập trung với bộ phản xạ Fresnel tuyến tính là gì?
Nó tốt hơn rồi hệ thống đơn giản so với kênh parabol. Họ tập trung ánh sáng 30 lần và sử dụng nước thay vì dầu để truyền nhiệt.

Nhược điểm và ưu điểm:
Thiết kế đơn giản, chi phí năng lượng thấp.
Tuy nhiên, rủi ro công nghệ cao: công nghệ chưa được thử nghiệm như gương phản xạ parabol.

ngày nay các máy tập trung đang đấu tranh cho sự tồn tại của chúng: chúng ngày càng rẻ hơn và đã trở nên quen thuộc Tấm năng lượng mặt trờiđang gây áp lực lên thị trường này.

• 1 watt lắp đặt từ bộ tập trung ngày nay có giá khoảng 5 USD (bộ tập trung parabol),


• 1 watt lắp đặt cho tháp tập trung là khoảng 7 USD (giá vẫn giữ nguyên nếu năng lượng được lưu trữ trong cát tan trong 6-7 giờ, 10 USD nếu nguồn cung cấp trong 12-15 giờ).


• 1 watt lắp đặt cho các tấm thông thường là khoảng 1 USD.

Việc tạo ra 1 kWh sẽ tốn 14-35 xu. Theo mục tiêu của Bộ Năng lượng Mỹ, giá điện năm 2020. năng lượng từ các máy tập trung ở miền nam California phải là 6 cent.

Tuy nhiên, chúng ta không nên quên rằng đây là một ngành trẻ hơn rất nhiều đang đi theo con đường quang điện truyền thống được thực hiện cách đây 10 năm. Có khả năng giảm giá trong lĩnh vực này và tôi tin tưởng rằng sẽ có đủ “nơi có ánh nắng” cho tất cả các công nghệ.

Nhưng tôi cũng nhớ sự lạc quan khi Siemens tiếp nhận các bộ tập trung (Siemens gần đây đã thông báo ngừng hoạt động trong lĩnh vực này) và tôi nhớ đến sự nhiệt tình trong lĩnh vực quang điện silicon màng mỏng. Trong cả hai trường hợp, cánh cửa cơ hội đã đóng lại với nhiều túi tiền.

Hãy nói về những thiếu sót. Gương cần được làm sạch. Hơn nữa, bề mặt của chúng phải lý tưởng và phải duy trì như vậy. mọi lúc vận hành trạm.


(làm sạch

Trong một thời gian rất dài, tôi đã muốn chế tạo một bộ tập trung parabol mặt trời. Sau khi đọc rất nhiều tài liệu về cách làm khuôn cho gương parabol, tôi quyết định chọn phương án đơn giản nhất - đĩa vệ tinh. Đĩa vệ tinh có dạng parabol thu thập các tia phản xạ tại một điểm.

Tôi đã xem các tấm “Biến thể” của Kharkov làm cơ sở. Với mức giá chấp nhận được, tôi chỉ mua được sản phẩm 90 cm. Nhưng mục tiêu thí nghiệm của tôi là nhiệt độ cao ở tiêu điểm. Để đạt được thành tích kết quả tốt cần có diện tích gương - càng nhiều thì càng tốt. Do đó, tấm phải dài 1,5 m, hoặc tốt hơn là 2 m. Nhà sản xuất Kharkov có các loại kích thước này, nhưng chúng được làm bằng nhôm, và do đó giá cao ngất ngưởng. Tôi đã phải lên mạng tìm kiếm một sản phẩm đã qua sử dụng. Và ở Odessa, những người xây dựng, khi tháo dỡ một số đồ vật, đã đưa cho tôi một đĩa vệ tinh có kích thước 1,36m x 1,2m, làm bằng nhựa. Nó hơi thiếu so với những gì tôi muốn, nhưng giá cả hợp lý và tôi đã đặt mua một đĩa.

Nhận được chiếc đĩa vài ngày sau, tôi phát hiện ra rằng nó được sản xuất tại Mỹ, có các gân cứng chắc (tôi lo lắng liệu thân máy có đủ khỏe không và liệu nó có di chuyển sau khi dán gương vào không) và khả năng định hướng chắc chắn. cơ chế với nhiều cài đặt.

Tôi cũng mua gương, dày 3 mm. Đặt hàng 2 mét vuông. - một chút dự trữ. Gương chủ yếu được bán với độ dày 4 mm, nhưng tôi đã tìm thấy loại ba để dễ cắt hơn. Tôi quyết định tạo kích thước gương cho bộ tập trung 2 x 2 cm.

Sau khi thu thập các thành phần chính, tôi bắt đầu làm giá đỡ cho bộ tập trung. Có một số góc, mảnh ống và hồ sơ. Tôi cắt nó theo kích thước, hàn nó, làm sạch và sơn nó. Đây là những gì đã xảy ra:

Vì vậy, sau khi đã làm xong giá đỡ, tôi bắt đầu cắt gương. Các gương nhận được kích thước 500 x 500 mm. Trước hết, tôi cắt nó làm đôi, sau đó dùng lưới 2 x 2 cm, tôi đã thử dùng nhiều loại máy cắt kính nhưng bây giờ không tìm được thứ gì hợp lý trong các cửa hàng. Một chiếc máy cắt kính mới cắt hoàn hảo 5-10 lần, thế là xong... Sau đó, bạn có thể vứt nó đi ngay. Có lẽ có một số loại chuyên nghiệp nhưng bạn không nên mua chúng ở các cửa hàng đồ kim khí. Vì vậy, nếu ai đó định chế tạo bộ tập trung từ gương thì vấn đề cắt gương là khó nhất!

Gương đã được cắt, chân máy đã sẵn sàng, tôi đang bắt đầu dán gương! Quá trình này dài và tẻ nhạt. Số lượng gương của tôi trên trung tâm đã hoàn thiện là 2480 chiếc. Tôi đã chọn sai loại keo. Tôi đã mua một loại keo đặc biệt cho gương - nó giữ tốt nhưng dày. Khi dán, bóp một giọt lên gương rồi ấn vào thành mâm có khả năng gương bị ép không đều (nơi mạnh hơn, nơi yếu hơn). Kết quả là gương có thể không được dán chặt, tức là. sẽ hướng tia sáng mặt trời của nó không phải vào tiêu điểm mà ở gần nó. Và nếu tiêu điểm bị mờ thì không có gì đáng mong đợi về kết quả tốt. Nhìn về phía trước, tôi sẽ nói rằng tiêu điểm của tôi bị mờ (từ đó tôi kết luận rằng cần phải sử dụng một loại keo khác). Mặc dù kết quả thí nghiệm rất khả quan nhưng tiêu điểm có kích thước khoảng 10 cm và xung quanh vẫn có một điểm mờ khác 3-5 cm, tiêu điểm càng nhỏ thì tiêu điểm của tia càng chính xác thì tương ứng càng cao. nhiệt độ. Tôi mất gần 3 năm để dán gương cả ngày. Diện tích của gương cắt là khoảng 1,5 m2. Lúc đầu có một cuộc hôn nhân cho đến khi anh ấy thích nghi - rất nhiều, sau đó ít hơn đáng kể. Gương bị lỗi có thể lên tới không quá 5%.

Bộ tập trung parabol mặt trời đã sẵn sàng.

Trong quá trình đo, nhiệt độ tối đa tại tiêu điểm của bộ tập trung không nhỏ hơn 616,5 độ. Tia nắng đã giúp đốt cháy bảng gỗ, nấu chảy thiếc, chì và lon bia bằng nhôm. Tôi đã tiến hành thí nghiệm vào ngày 25 tháng 8 năm 2015 tại vùng Kharkov, làng Novaya Vodolaga.

kế hoạch cho năm sau(và có thể nó sẽ thành công trong thời kỳ mùa đông) điều chỉnh bộ tập trung cho phù hợp với nhu cầu thực tế. Có lẽ để đun nóng nước, có lẽ để tạo ra điện.

Dù thế nào đi nữa, thiên nhiên đã ban tặng cho chúng ta một nguồn năng lượng vô cùng mạnh mẽ, chúng ta chỉ cần học cách sử dụng nó. Năng lượng của mặt trời đáp ứng mọi nhu cầu của nhân loại hàng ngàn lần. Và nếu một người có thể sử dụng ít nhất một phần nhỏ năng lượng này, thì đây sẽ là thành tựu lớn nhất của nền văn minh của chúng ta, nhờ đó chúng ta sẽ cứu được hành tinh của mình.

Dưới đây là video trong đó bạn sẽ thấy quy trình sản xuất bộ tập trung năng lượng mặt trời dựa trên đĩa vệ tinh và các thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng bộ tập trung.

Tổng lượng năng lượng từ mặt trời tới bề mặt Trái đất chỉ trong một tuần vượt quá năng lượng được lưu trữ trong dầu, uranium, than và khí đốt trên toàn thế giới. Bạn có thể tiết kiệm nhiệt năng lượng mặt trời những cách khác. Một giải pháp như vậy là bộ tập trung năng lượng mặt trời. Cái này thiết bị đặc biệtđể thu năng lượng mặt trời, thực hiện chức năng làm nóng vật liệu làm mát. Thường được sử dụng cho nhu cầu sưởi ấm không gian và cung cấp nước nóng. Chính đặc tính này giúp phân biệt nó với Tấm năng lượng mặt trời nơi trực tiếp sản xuất điện.

Thiết bị

Chức năng chính của bộ tập trung năng lượng mặt trời là tập trung bức xạ năng lượng mặt trời tại bộ thu phát, nằm ở tiêu điểm hoặc tiêu điểm của bộ thu năng lượng mặt trời.

Thiết kế của một bộ tập trung năng lượng mặt trời đòi hỏi sự có mặt của các yếu tố sau:

• Thấu kính hoặc tấm phản xạ được sử dụng làm bộ tập trung ánh sáng mặt trời.
• Cấu trúc của đế để gắn thấu kính hoặc gương phản xạ.
• Một bộ phận nhận nhiệt, thường là bộ thu năng lượng mặt trời.
• Đường ống cung cấp và xả chất làm mát.
• Cơ cấu truyền động của hệ thống theo dõi. Cơ chế này trong hầu hết các trường hợp bao gồm:
  — Đơn vị điện tử chuyển đổi tín hiệu.
  - Cảm biến hướng tới Mặt trời.
  – Một động cơ điện có hộp số làm quay kết cấu bộ tập trung năng lượng mặt trời theo hai mặt phẳng.

Tùy thuộc vào thiết kế, thiết bị cũng có thể bao gồm thấu kính Fresnel, nhiệt kế, van điều khiển, mạch sưởi, bơm tuần hoàn và một số phần tử khác.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của bộ tập trung năng lượng mặt trời nằm ở việc tập trung các tia nắng mặt trời vào thùng chứa chất làm mát.

Công việc của chất làm mát là hấp thụ năng lượng mặt trời. Tùy thuộc vào phương pháp được sử dụng để tập trung năng lượng mặt trời, có thể sử dụng các phương pháp sau:

• Bộ tập trung parabol tập trung bức xạ mặt trời vào ống dẫn dầu hoặc nước
• Lắp đặt kiểu tháp nhật tâm.
• Gương parabol đặc biệt.

Bức xạ mặt trời trong một số mô hình tập trung nhất định có thể được tập trung:

• Tại tiêu điểm.
• Dọc theo đường tiêu cự nơi đặt máy thu.

Mọi thứ trông như thế này:

• Đạt được nhiệt độ cao trong các bộ tập trung đạt được bằng cách phản xạ bức xạ mặt trời từ một bề mặt lớn hơn lên một bề mặt nhỏ hơn của bộ hấp thụ thu.
• Chất lỏng làm mát đi qua bộ thu sẽ hấp thụ nhiệt nhiều nhất có thể và truyền nó đến người tiêu dùng.

Nhiệt độ trong máy thu đạt giá trị cao, nhưng bộ tập trung chỉ có khả năng tập trung bức xạ mặt trời trực tiếp. Kết quả là, hiệu quả của chúng trong thời tiết nhiều mây hoặc sương mù giảm đáng kể. Hầu hết hiệu suất cao Hiệu quả được thể hiện ở những vùng có bằng cấp caoánh nắng mặt trời, ví dụ, ở khu vực xích đạo hoặc sa mạc.

Để sử dụng bức xạ mặt trời hiệu quả nhất có thể, các bộ tập trung năng lượng mặt trời phải được định hướng theo hướng của mặt trời. Với mục đích này, các bộ tập trung được trang bị một bộ theo dõi, nghĩa là một hệ thống theo dõi đặc biệt. Nó quay hệ thống trực tiếp “đối diện” với mặt trời.

Hệ thống theo dõi trục đơn xoay hệ thống từ đông sang tây. Lần lượt, các hệ thống hai trục từ bắc xuống nam định hướng hệ thống về phía Mặt trời quanh năm.

Ở quy mô công nghiệp, bộ tập trung gương hình trụ parabol giúp tập trung bức xạ mặt trời, mang lại nồng độ cao hơn gấp trăm lần. Kết quả là chất lỏng nóng lên tới gần 400 độ. Đi qua một loạt bộ trao đổi nhiệt, chất lỏng tạo ra hơi nước làm quay tua bin máy tạo hơi nước. Để giảm thiểu tổn thất nhiệt, ống thu được bao quanh bởi một ống thủy tinh trong suốt kéo dài dọc theo tiêu điểm của hình trụ.

Các loại

Theo sơ đồ thiết kế hoạt động, bộ tập trung được chia thành các loại sau:

• Bộ tập trung năng lượng mặt trời parabol.

• Bộ tập trung hình trụ parabol.

• Tháp năng lượng mặt trời.

• Bộ tập trung trên thấu kính hình cầu.

• Bộ tập trung trên thấu kính Fresnel, tức là thấu kính phẳng.

Bộ tập trung năng lượng mặt trời cũng được phân thành các loại sau:

• Tập trung mạnh (Ks ≥100) và tập trung yếu (Ks<100). Это зависит от уровня повышения плотности излучения, либо степени его концентрации.
• Các hệ thống chọn lọc và không chọn lọc, nghĩa là tùy theo mức độ ảnh hưởng của bức xạ tập trung đến các đặc tính quang phổ.
• Hệ thống khúc xạ (thấu kính) và phản xạ (gương) - theo tính chất tương tác của tia mặt trời với
  các phần tử quang học của bộ tập trung năng lượng mặt trời.
• Không có hệ thống theo dõi, xích đạo, phương vị-thiên đỉnh - theo sơ đồ theo dõi mặt trời.
• Hệ thống đơn và đa phần tử - tùy theo số lượng phần tử quang học tham gia tuần tự vào quá trình tập trung bức xạ.
• Với máy thu theo dõi, với gương phản xạ theo dõi - sử dụng phương pháp theo dõi mặt trời.
• loại bỏ nhiệt đối lưu bằng chất lỏng hoặc không khí - theo phương pháp loại bỏ nhiệt.

Đặc điểm

• Bức xạ của mặt trời ở một số bộ tập trung tập trung vào một tiêu điểm, ở những bộ khác - dọc theo đường tiêu điểm, nơi đặt bộ thu. Khi bức xạ phản xạ từ bề mặt lớn hơn sang bề mặt nhỏ hơn, nhiệt độ của máy thu đạt đến mức cao, lượng nhiệt này sẽ được chất làm mát loại bỏ.
• Hiệu suất của các bộ tập trung giảm đáng kể trong thời gian nhiều mây vì chỉ tập trung bức xạ mặt trời trực tiếp. Về vấn đề này, các hệ thống như vậy có hiệu quả cao ở những khu vực có mức độ nắng đặc biệt cao: ở khu vực xích đạo và sa mạc. Để tăng hiệu quả sử dụng bức xạ mặt trời, các bộ tập trung thường được trang bị hệ thống theo dõi giúp định hướng chính xác về phía mặt trời.
• Do giá thành của bộ tập trung năng lượng mặt trời khá cao và hệ thống theo dõi yêu cầu bảo trì định kỳ nên trong hầu hết các trường hợp, việc sử dụng chúng chỉ giới hạn ở các hệ thống phát điện công nghiệp. Ngoài ra, các hệ thống lắp đặt như vậy có thể được sử dụng trong các hệ thống hybrid, ví dụ, kết hợp với nhiên liệu hydrocarbon. Trong trường hợp này, hệ thống lưu trữ sẽ giảm chi phí điện năng cung cấp.

Ứng dụng

• Các tháp và tháp tập trung năng lượng mặt trời parabol hoạt động tối ưu trong cấu trúc hệ thống lớn kết nối với mạng lưới các nhà máy điện có công suất 30-200 MW.
• Hệ thống kiểu bát đĩa được làm bằng các mô-đun, chúng có thể được sử dụng trong các nhóm và hệ thống lắp đặt độc lập với tổng công suất vài megawatt.

Bộ tập trung năng lượng mặt trời hình trụ parabol hiện là một trong những công nghệ năng lượng mặt trời phát triển nhất. Nhiều khả năng chúng sẽ được sử dụng trong công nghiệp trong tương lai gần. Nhờ khả năng lưu trữ nhiệt hiệu quả, các trạm dạng tháp cũng có thể trở thành trạm của tương lai gần. Do tính chất mô-đun của các khay, chúng có thể được sử dụng trong các hệ thống lắp đặt nhỏ.

"Bàn" và tháp giúp mang lại giá trị hiệu quả cao hơn đồng thời thu được năng lượng với chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi phải giảm đáng kể chi phí vốn. Hiện tại, chỉ có máy tập trung parabol đã được thử nghiệm và sẽ sớm được cải tiến. Bộ tập trung năng lượng mặt trời dạng tháp yêu cầu chứng minh độ tin cậy và hiệu quả hoạt động. Các hệ thống dạng đĩa yêu cầu phát triển một bộ tập trung rẻ tiền và tạo ra một động cơ thương mại.

Bộ tập trung parabol

Ưu điểm: công nghệ đã được chứng minh.

Sai sót:

• Chi phí cao.
• Nhiệt độ nước làm mát thấp.
• Chúng ta cần một cảnh quan siêu phẳng.

Tháp

Thuận lợi:

• Hiệu quả cao hơn.
• Nhiệt độ cao hơn.
• Chi phí năng lượng thấp hơn.
• Không cần địa hình siêu bằng phẳng.

Sai sót:

• Giá cao.
• Tỷ lệ lưu hành thấp.

Bộ tập trung năng lượng mặt trời với gương phản xạ Fresnel tuyến tính

Thuận lợi:

• Chi phí năng lượng thấp.
• Thiết kế đơn giản.

Nhiệm vụ chính của bộ thu năng lượng mặt trời là chuyển đổi năng lượng nhận được từ mặt trời thành điện năng. Nguyên lý hoạt động và thiết kế của thiết bị rất đơn giản nên về mặt kỹ thuật rất dễ chế tạo. Thông thường, năng lượng thu được sẽ được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà. Làm một bộ thu năng lượng mặt trời để sưởi ấm một ngôi nhà bằng tay của chính bạn phải bắt đầu bằng việc lựa chọn tất cả các thành phần.

Hiển thị tất cả

Nguyên lý thiết kế và vận hành

Sưởi ấm một ngôi nhà bằng cách chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện thường được sử dụng như một nguồn nhiệt bổ sung, thay vì nguồn nhiệt chính. Mặt khác, nếu bạn lắp đặt một công trình công suất cao và chuyển đổi tất cả các thiết bị trong nhà thành điện năng thì bạn chỉ có thể sử dụng được bộ thu năng lượng mặt trời.

Nhưng điều đáng nhớ là chỉ có thể sưởi ấm bằng cách sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời mà không cần nguồn nhiệt bổ sung ở các khu vực phía Nam. Trong trường hợp này, cần có khá nhiều bảng. Chúng phải được định vị sao cho bóng không đổ lên chúng (ví dụ: từ cây). Các tấm nên được đặt với mặt trước của chúng theo hướng nhận được ánh nắng mặt trời tối đa trong suốt cả ngày.

Bộ tập trung năng lượng mặt trời

Mặc dù ngày nay có rất nhiều loại thiết bị như vậy nhưng nguyên lý hoạt động của tất cả đều giống nhau. Bất kỳ mạch nào cũng lấy năng lượng mặt trời và truyền nó đến người tiêu dùng, đại diện cho một mạch có sự sắp xếp tuần tự của các thiết bị. Các thành phần tạo ra điện là các tấm pin mặt trời hoặc bộ thu.

Bộ thu bao gồm các ống được nối nối tiếp với đầu vào và đầu ra. Chúng cũng có thể được sắp xếp dưới dạng một cuộn dây. Bên trong các ống có nước xử lý hoặc hỗn hợp nước và chất chống đông. Đôi khi chúng chỉ đơn giản là chứa đầy luồng không khí. Sự tuần hoàn xảy ra do các hiện tượng vật lý như bay hơi, thay đổi trạng thái kết tụ, áp suất và mật độ.

Các thiết bị hấp thụ thực hiện chức năng thu năng lượng mặt trời. Chúng trông giống như một tấm kim loại đen đặc hoặc một cấu trúc được tạo thành từ nhiều tấm được nối với nhau bằng ống.

Vật liệu có độ truyền ánh sáng cao được sử dụng để làm vỏ bọc. Thông thường đây là loại kính plexiglass hoặc kính cường lực thông thường. Vật liệu polymer đôi khi được sử dụng, nhưng không nên chế tạo bộ thu từ nhựa. Điều này là do sự giãn nở lớn của nó do bị đốt nóng bởi mặt trời. Kết quả là có thể xảy ra hiện tượng giảm áp suất trong nhà.

Nếu hệ thống chỉ hoạt động vào mùa thu và mùa xuân thì nước có thể được sử dụng làm chất làm mát. Nhưng vào mùa đông nó phải được thay thế bằng hỗn hợp chất chống đông và nước. Trong các thiết kế cổ điển, vai trò của chất làm mát là không khí di chuyển qua các kênh. Chúng có thể được làm từ các tấm tôn thông thường.

Kinh nghiệm vận hành pin năng lượng mặt trời tự chế (pin năng lượng mặt trời phần 3).

Nếu cần lắp đặt bộ thu nhiệt để sưởi ấm một tòa nhà nhỏ không được kết nối với hệ thống sưởi tự động của nhà riêng hoặc mạng tập trung, thì một hệ thống đơn giản với một mạch và bộ phận làm nóng ở đầu là phù hợp. Kế hoạch này rất đơn giản, nhưng tính khả thi của việc lắp đặt nó vẫn còn bị tranh cãi, vì nó sẽ chỉ hoạt động vào mùa hè đầy nắng. Tuy nhiên, máy bơm tuần hoàn và máy sưởi bổ sung không cần thiết cho hoạt động của nó.

Với hai mạch, mọi thứ phức tạp hơn nhiều, nhưng số ngày điện sẽ được tạo ra tích cực sẽ tăng lên nhiều lần. Trong trường hợp này, bộ thu sẽ chỉ xử lý một mạch. Hầu hết tải được đặt trên một thiết bị duy nhất chạy bằng điện hoặc loại nhiên liệu khác.

Mặc dù hiệu suất của thiết bị phụ thuộc trực tiếp vào số ngày nắng trong năm và giá của nó quá cao nhưng nó vẫn rất được người dân ưa chuộng. Không kém phần phổ biến là việc sản xuất các bộ trao đổi nhiệt năng lượng mặt trời bằng tay của chính bạn.



Phân loại theo chỉ số nhiệt độ

Hệ thống năng lượng mặt trời được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Nhưng ở những thiết bị do bạn tự chế tạo, bạn nên chú ý đến loại chất làm mát. Các hệ thống như vậy có thể được chia thành hai loại:

• sử dụng các chất lỏng khác nhau;
• các cấu trúc không khí.

Những cái đầu tiên được sử dụng thường xuyên nhất. Chúng hoạt động hiệu quả hơn và cho phép bạn kết nối trực tiếp bộ thu với hệ thống sưởi ấm. Phân loại theo nhiệt độ cũng phổ biến, trong đó thiết bị có thể hoạt động:



Tự làm pin năng lượng mặt trời Part11

Loại hệ mặt trời cuối cùng hoạt động nhờ vào nguyên lý truyền năng lượng mặt trời rất phức tạp. Thiết bị đòi hỏi nhiều không gian. Nếu bạn đặt nó trong một ngôi nhà nông thôn, thì nó sẽ chiếm phần lớn diện tích của trang web. Để sản xuất năng lượng, bạn sẽ cần các thiết bị đặc biệt, vì vậy việc tự mình chế tạo một hệ mặt trời như vậy là gần như không thể.






tự làm

Quá trình chế tạo một chiếc máy sưởi năng lượng mặt trời bằng chính đôi tay của bạn khá thú vị và thiết kế hoàn thiện sẽ mang lại rất nhiều lợi ích cho gia chủ. Nhờ thiết bị này, bạn có thể giải quyết vấn đề sưởi ấm phòng, đun nước nóng và các công việc quan trọng khác trong gia đình.



Nguyên liệu tự sản xuất

Một ví dụ là quá trình tạo ra một thiết bị sưởi ấm sẽ cung cấp nước nóng cho hệ thống. Lựa chọn rẻ nhất để sản xuất bộ thu năng lượng mặt trời là sử dụng các khối gỗ và ván ép, cũng như ván dăm làm vật liệu chính. Để thay thế, bạn có thể sử dụng nhôm định hình và tấm kim loại, nhưng chúng sẽ đắt hơn.

Tất cả các vật liệu phải có khả năng chống ẩm, nghĩa là đáp ứng các yêu cầu sử dụng ngoài trời. Một bộ thu năng lượng mặt trời được chế tạo và lắp đặt tốt có thể tồn tại từ 20 đến 30 năm. Về vấn đề này, vật liệu phải có các đặc tính hiệu suất cần thiết để sử dụng trong suốt thời gian sử dụng của chúng. Nếu thân được làm bằng gỗ hoặc ván dăm, thì để kéo dài tuổi thọ, nó được ngâm tẩm với nhũ tương polyme nước và vecni.

Đánh giá: Tấm pin năng lượng mặt trời (pin) tự chế.

Các vật liệu cần thiết cho sản xuất có thể được mua tự do trên thị trường hoặc một công trình có thể được làm từ những vật liệu phế liệu có thể tìm thấy ở bất kỳ hộ gia đình nào. Vì vậy, điều bạn cần quan tâm chính là giá cả nguyên liệu, linh kiện.

Bố trí cách nhiệt

Để giảm thất thoát nhiệt, vật liệu cách nhiệt được đặt dưới đáy hộp. Bạn có thể sử dụng bọt polystyrene, bông khoáng, v.v. Ngành công nghiệp hiện đại cung cấp nhiều lựa chọn vật liệu cách nhiệt khác nhau. Ví dụ, sử dụng giấy bạc là một lựa chọn tốt. Nó không chỉ ngăn ngừa sự mất nhiệt mà còn phản chiếu tia nắng mặt trời, đồng nghĩa với việc nó sẽ làm tăng độ nóng của chất làm mát.

Nếu bạn sử dụng bọt polystyrene hoặc polystyrene để cách nhiệt, bạn có thể cắt rãnh cho các ống và lắp đặt chúng theo cách này. Theo quy định, bộ hấp thụ được cố định vào đáy vỏ và đặt trên vật liệu cách điện.

tản nhiệt thu

Bộ tản nhiệt của bộ thu năng lượng mặt trời là bộ phận hấp thụ. Nó là một hệ thống bao gồm các ống mà chất làm mát di chuyển qua đó và các bộ phận khác, thường được làm từ các tấm đồng.

Chất liệu tốt nhất cho phần hình ống là đồng. Nhưng những người thợ thủ công tại nhà đã phát minh ra một lựa chọn rẻ hơn - ống polypropylen, được xoắn thành hình xoắn ốc. Các phụ kiện được sử dụng để kết nối với hệ thống ở đầu vào và đầu ra.

Nó được phép sử dụng nhiều vật liệu và phương tiện khác nhau, nghĩa là hầu hết mọi thứ có trong trang trại. Bộ thu nhiệt tự làm có thể được làm từ tủ lạnh cũ, ống polypropylen và polyetylen, bộ tản nhiệt bằng tấm thép và các vật liệu sẵn có khác. Một yếu tố quan trọng khi lựa chọn bộ trao đổi nhiệt là tính dẫn nhiệt của vật liệu mà nó được tạo ra.




Lựa chọn lý tưởng để tạo ra một bộ thu nước tự chế là đồng. Nó có độ dẫn nhiệt cao nhất. Nhưng sử dụng ống đồng thay vì polypropylene không có nghĩa là thiết bị sẽ tạo ra nước ấm hơn nhiều. Trong điều kiện bình đẳng, ống đồng sẽ hiệu quả hơn 15-25% so với việc lắp đặt các ống tương tự polypropylen. Vì vậy, việc sử dụng nhựa cũng được khuyến khích và rẻ hơn nhiều so với đồng.

Khi sử dụng đồng hoặc polypropylene, tất cả các kết nối (ren và hàn) phải được bịt kín. Có thể bố trí các ống song song hoặc ở dạng cuộn dây. Phần trên cùng của cấu trúc chính với các ống được phủ bằng kính. Khi được định hình ở dạng cuộn dây, số lượng kết nối sẽ giảm đi và theo đó, có thể hình thành các rò rỉ, đồng thời cũng đảm bảo chuyển động đồng đều của chất làm mát qua các ống.

Bạn có thể sử dụng nhiều thứ hơn là chỉ dùng kính để bọc hộp. Đối với những mục đích này, vật liệu mờ, mờ hoặc tôn được sử dụng. Bạn có thể sử dụng các chất tương tự acrylic hiện đại hoặc nhựa polycarbonate nguyên khối.

Khi tạo phiên bản cổ điển, bạn có thể sử dụng kính cường lực hoặc tấm mica, vật liệu polycarbonate, v.v. Một lựa chọn thay thế tốt là sử dụng polyetylen.

Điều quan trọng cần lưu ý là việc sử dụng các chất tương tự (bề mặt tôn và mờ) giúp giảm khả năng truyền ánh sáng. Trong các mô hình nhà máy, kính năng lượng mặt trời đặc biệt được sử dụng cho việc này. Nó có một ít sắt trong thành phần, đảm bảo mất nhiệt thấp.

Bể chứa lắp đặt

Để tạo bể chứa, bạn có thể sử dụng bất kỳ thùng chứa nào có thể tích từ 20 đến 40 lít. Một sơ đồ với nhiều bể được kết nối với nhau thành một hệ thống cũng được sử dụng. Nên cách nhiệt bể, nếu không nước nóng sẽ nhanh chóng nguội đi.

Nếu bạn nhìn vào nó, không có sự tích tụ trong hệ thống này, và chất làm mát đã được làm nóng phải được sử dụng ngay lập tức. Vì vậy, bể chứa được sử dụng để:

• duy trì áp suất trong hệ thống;
• thay thế camera trước;
• phân phối nước nóng.

Tất nhiên, một bộ thu năng lượng mặt trời do bạn tự làm tại nhà sẽ không mang lại chất lượng và hiệu quả như các mẫu sản xuất tại nhà máy. Chỉ sử dụng những nguyên liệu sẵn có thì khỏi phải bàn về hiệu quả cao. Trong các mẫu công nghiệp, các chỉ số này cao hơn nhiều lần. Tuy nhiên, chi phí tài chính ở đây sẽ thấp hơn nhiều vì các phương tiện ngẫu hứng được sử dụng. Việc lắp đặt năng lượng mặt trời tự chế sẽ làm tăng đáng kể mức độ thoải mái trong một ngôi nhà nông thôn, cũng như giảm chi phí cho các nguồn năng lượng khác.

Khí hậu của miền trung nước Nga không khiến người dân nơi đây có được lượng ánh sáng mặt trời trực tiếp dồi dào. Có rất ít ngày nắng hoàn toàn quang đãng trong suốt cả năm. Về cơ bản, theo quy luật, trời có nhiều mây, khi mặt trời xuất hiện trong khoảng chục hoặc hai phút, sau đó ẩn sau các đám mây trong thời gian đó và cường độ nhiệt năng mặt trời giảm mạnh.

Tất cả những điều này có tác động cực kỳ bất lợi đến triển vọng sử dụng năng lượng mặt trời để tổ chức cung cấp nước nóng cho một ngôi nhà ở nông thôn hoặc một ngôi nhà ở nông thôn. Các bộ thu năng lượng mặt trời và máy nước nóng truyền thống đơn giản là không thể làm nóng nước một cách hiệu quả. Bởi chúng hoạt động dựa trên nguyên lý tuần hoàn nước liên tục từ bể chứa đến bộ thu năng lượng mặt trời và ngược lại. Và một bộ thu năng lượng mặt trời nhỏ có diện tích 1-2 mét vuông. mét không có khả năng làm nóng nhanh một lượng nước lớn vài trăm lít. Điều này dễ dàng được chứng minh bằng những phép tính đơn giản.

Hầu như cách duy nhất để tổ chức cung cấp nước nóng thực sự đáng tin cậy từ năng lượng mặt trời là xây dựng một bộ thu năng lượng mặt trời tập trung với một lượng nhỏ nước được làm nóng trên một đơn vị thời gian. Logic ở đây khá đơn giản.

Khoảng 800-1000 watt năng lượng mặt trời rơi trên mỗi mét vuông bề mặt. Chúng ta hãy lấy giá trị thấp hơn (có tính đến sự phản xạ từ chính bộ thu năng lượng mặt trời, than ôi, không phải bằng 0). Vì vậy, giá trị nhiệt lượng của “nồi hơi” của chúng tôi là 800 Watt (hoặc 2900 KJ). Nhiệt dung của nước là 4,2 KJ/kg*độ. Bây giờ chúng ta hãy nhớ xem một ấm đun nước điện có công suất 1,5 kW phải mất bao lâu để đun sôi 1,5 lít nước chứa trong đó. Trong vài phút! Nếu bạn bắt anh ta đun sôi một thùng nước thì sao? Anh ta sẽ chỉ làm nóng nó trong 3-4 giờ.

Mặt khác, chúng ta không cần cả thùng nước nóng ngay lập tức. Chúng ta cần tổng cộng 2-3 lít mỗi phút. Rửa mặt, rửa bát... Và sơ đồ đun ​​nước nóng sau đây gợi ý. Sử dụng một chiếc “ấm đun nước” công suất tương đối thấp, chúng ta đun nhanh 1-2 lít nước rồi đổ vào phích. Sau đó, chúng ta đun nóng phần tiếp theo và đổ lại vào phích, v.v. Và đối với nhu cầu của chúng tôi, chúng tôi sử dụng nó từ phích nước. Những thứ kia. Chúng tôi tạo ra một máy nước nóng tức thời bằng cách tích lũy kết quả hoạt động của nó. Bằng cách này, nó sẽ được lưu trữ dòng chảy.

Sơ đồ này làm giảm đáng kể nhu cầu năng lượng của chính máy sưởi, đồng thời cho phép bạn có được nguồn cung cấp nước nóng khá lớn vài chục lít.

Hãy tự đánh giá, thậm chí trong vòng 10-15 phút khi mặt trời chiếu sáng, chúng ta sẽ nhận được khoảng 200 watt-giờ năng lượng từ mặt trời. Điều này tương đương với 720 kJ. Điều này sẽ cho phép bạn đun nóng khoảng 4-5 lít nước đến 50-60 độ (nhân tiện, gần nửa thùng). Lần sau khi mặt trời ló dạng - 5 lít nữa, rồi một lít nữa. Và cứ thế suốt cả ngày.

Hơn nữa, công suất máy sưởi của chúng ta càng nhỏ thì việc sử dụng năng lượng mặt trời càng hiệu quả. Nó sẽ có thể thu được sức nóng của mặt trời ngay cả khi nó chỉ xuất hiện trong vài phút! Như người ta nói, có ít nhất một búi len từ một con cừu đen. Và nếu để lâu, lò sưởi như vậy sẽ biến thành nồi hơi.

Có hai cách để chế tạo một bộ thu năng lượng mặt trời có công suất thấp như vậy. Đầu tiên là làm một bộ sưu tập cổ điển thật phẳng với diện tích càng lớn càng tốt. Ví dụ: tổng độ dày 1-2-3 cm và diện tích 1-1,5 mét vuông. mét. Nhưng dung tích của nó sẽ vào khoảng 20-40 lít! Tôi sẽ không gọi anh ấy là đặc biệt nhỏ bé. Và để làm nóng toàn bộ lượng nước này, bạn sẽ cần ít nhất một giờ nắng.

Lựa chọn thứ hai là chế tạo một bộ thu năng lượng mặt trời parabol tập trung có diện tích xấp xỉ và có dung tích 2-3 lít! Khi đó nước trong đó sẽ nóng lên chỉ sau 5-8 phút! Chỉ cần nửa giờ nắng - và chúng ta có cả xô nước nóng! Hơn nữa, bộ thu tập trung có khả năng thu năng lượng mặt trời phân tán khi các tia bị tán xạ bởi sương mù và mây.

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang thiết kế. Nhiều người cảm thấy sợ hãi với từ “parabol” và cho rằng việc chế tạo một bộ tập trung parabol là rất khó. Trên thực tế, ngay cả một học sinh cũng có thể làm được một chiếc gương parabol. Ngoài ra, bộ thu tập trung đơn giản hơn nhiều, ngay cả về mặt vật lý. Không cần phải “bận tâm” với một “hộp” phẳng to lớn và dễ vỡ. Đạt được độ kín, độ cứng tuyệt đối, đảm bảo lực cản thủy động lực tối thiểu, v.v. Trong máy nước nóng năng lượng mặt trời parabol, bộ thu là một cấu hình hoặc ống kim loại đúc sẵn phẳng đơn giản! Bạn chỉ cần làm phích cắm ở hai đầu và cắt một vài chân cho đầu vào và đầu ra nước. Tất cả các phụ kiện khác sẽ giống nhau trong cả hai trường hợp. Bản thân gương parabol được làm từ ván ép thông thường và được phủ bằng giấy nướng thông thường trong gia đình. Hệ số phản xạ tia hồng ngoại của nó là 90-95%!

Có một cách khá đơn giản để xây dựng một parabol. Chúng tôi vẽ một góc vuông trên một tấm ván ép. Sau đó, ở một bên, chúng tôi đánh dấu mỗi 1 đơn vị đo lường (ví dụ: cứ sau 100 mm, trong hình đây là các chữ cái). Và theo cách khác - sau 2 đơn vị (tức là sau 200 mm, đây là những con số trong hình). Sau đó, chúng ta nối các dấu với các dòng a1, b2, c3, v.v. Các giao điểm thu được của các đường sẽ cho chúng ta hình parabol mong muốn. Đương nhiên, nó cần phải được làm mịn bằng cách sử dụng một mẫu. Và tất nhiên, đây chỉ là một nửa parabol mà chúng ta cần. Thứ hai là hình ảnh phản chiếu.

Bây giờ máy nước nóng năng lượng mặt trời hình parabol đồng tâm có thể trông như thế nào.

Vâng, đó là về nó.

Nước đi vào bộ thu nhiệt dưới áp suất thấp từ bình áp suất. Và ở đầu ra của bộ thu có một van - bộ điều chỉnh nhiệt. Hoạt động tương tự như những gì được lắp đặt trong mạch làm mát của ô tô. Những thứ kia. nó mở ra khi nước nóng lên đến một nhiệt độ nhất định. Khi phần nước trong bình thu nhiệt nóng lên, bộ điều chỉnh nhiệt sẽ mở ra và nước được xả vào bình giữ nhiệt. Ngay sau khi hết nước nóng và nước mát bắt đầu chảy, bộ điều chỉnh nhiệt sẽ ngay lập tức đóng lại và bộ thu sẽ bắt đầu làm nóng phần tiếp theo.

Để không gian phía sau gương parabol không bị lãng phí, các bình giữ nhiệt được lắp đặt trong các hốc trống và được cách nhiệt cẩn thận. Mặc dù, như bạn hiểu, đây chỉ là một biến thể của vị trí của họ. Chúng có thể được lắp đặt ở bất kỳ nơi thuận tiện nào, nhưng điều quan trọng là phải cách nhiệt cẩn thận đường ống dẫn đến chúng khỏi bộ thu.

Nói chung, gương parabol không chỉ có tiêu điểm, nơi mà tất cả các tia phản xạ đều hướng, mà còn có cái gọi là mặt phẳng tiêu điểm. Vì nếu tia sáng tới gương parabol không vuông góc thì chúng sẽ không bị phản xạ tại tâm parabol. Do đó, trong các thiết bị có gương parabol, bộ theo dõi mặt trời được chế tạo, luôn hướng gương parabol về phía mặt trời hoặc di chuyển bộ thu dọc theo mặt phẳng tiêu cự (theo tôi thì đơn giản hơn).

Thật không may, trong điều kiện vườn và nhà ở, điều này làm phức tạp nghiêm trọng việc thiết kế một bộ thu năng lượng mặt trời tập trung. Hoặc bạn sẽ phải cài đặt một số loại tự động hóa, hoặc định kỳ, thủ công, xoay gương parabol dưới ánh nắng mặt trời.

Một giải pháp xác định trong trường hợp này có thể không phải là sự sắp xếp theo chiều ngang mà là sự sắp xếp theo chiều dọc của gương parabol. Rốt cuộc, mặt trời di chuyển khá nhanh theo chiều ngang và rất chậm theo chiều dọc. Do đó, nếu bạn tạo một parabol đủ dài và đặt bộ thu vào mặt phẳng tiêu điểm của nó, thì trong vài giờ liên tiếp, toàn bộ khối lượng năng lượng mặt trời phản xạ sẽ rơi vào bộ thu. Và việc điều chỉnh theo chiều dọc sẽ chỉ phải được thực hiện một hoặc hai tuần một lần, tùy thuộc vào góc của mặt trời phía trên đường chân trời.

Nhưng tất nhiên, giải pháp hiệu quả nhất là chế tạo một máy theo dõi năng lượng mặt trời quay gương parabol trực tiếp về phía mặt trời.

Chú ý! Nếu bạn thực hiện một dự án tương tự, trong mọi trường hợp, đừng bao giờ kiểm tra nhiệt độ ở khu vực thu gom bằng tay, “bằng cách chạm”!!! Nhiệt độ ở vùng sưởi ấm lên tới 200-300 độ! Nó giống như cố gắng chạm vào vòng xoắn ốc của bếp điện. Trong quá trình thí nghiệm của tôi, một mảnh gỗ được đưa vào vùng sưởi ấm đã âm thầm bùng lên gần như ngay lập tức. Nhân tiện, một cảnh tượng khá huyền bí.

Konstantin Timoshenko

Bạn có thể đặt câu hỏi và thảo luận về thiết kế tại