Солнечные концентраторы и их виды

Если развести столовую ложку сахара в литровой банке воды, то сладость будет ощущаться, однако практического применения такой раствор не получит. Его надо сделать более насыщенным. Солнечное излучение падающее на поверхность Земли, как раз напоминает такой же раствор – теплота и свет ощущаются, но практического применения они не находят. Солнечный концентратор именно такое устройство, которое помогает получить «сироп солнечной энергии».

Концентратор солнечного света

Повысить плотность солнечного излучения можно двумя способами:

1. Фокусировка, или преломление.
2. Отражение.

У каждого из них есть свои индивидуальные особенности, которые делают схему более удобной для интеграции в проектах разной спецификации и масштаба.

При профессиональном создании проекта солнечного концентратора, в расчет, прежде всего, принимается условия его реализации:

• Рельеф местности;
• Уровень инсоляции;
• Масштаб решаемых задач;
• Объём финансирования и пр.

Например, оснащение гелиоконцентратора для Северо-Западного региона России, будет избыточным в горах Алтая. А избыточность системы, значительно повышает стоимость оборудования, но энергоэффективность устройства увеличится незначительно, т.е. «овчинка не стоит выделки».

Фокусирующие гелиоконцентраторы

Есть несколько решений для таких солнечных коллекторов:

• Параболическое зеркало;
• Параболоцилиндрическая конструкция;
• Плоские линзы Френеля.

У всех подобных устройств одно общее свойство, они собирают солнечный свет в точку/линию, находящуюся на близком расстоянии от отражающей поверхности. В точке схождения лучей (в фокусе), устанавливается приёмник энергии с циркулирующим теплоносителем.

Такие гелиоконцентраторы удобнее всего использовать в проектах малого масштаба, например для нагрева воды в коттедже, или на даче. Но они прекрасно масштабируются, что позволило в Израиле на основе таких параболоцилиндрических концентраторов создать электростанцию мощностью 5 мегаватт!

Наиболее удобными считаются параболоцилиндрические модели. В них солнечное излучение собирается в тонкую линию, в фокусе которой размещается трубка с теплоносителем.

Параболоцилиндрические модели легче всего изготовить своими руками. Но для повышения эффективности, требуется досконально изучить анидолическую оптику.

Неизображающая оптика

Практическая часть науки «Оптика», оперирует такими системами, которые на приёмнике сигнала формируют изображение от источника. Но это условие подразумевает использование сложных оптических поверхностей, которые делают систему более дорогой и сложной.

При этом – они не улучшают передачу самого электромагнитного излучения! Ведь весь свет и так уже передали на приёмник.

По этой причине анидолическая (неизобразительная) оптика, гораздо проще и эффективнее обычной. Неизображающие устройства значительно превосходят обычные линзы и зеркала в солнечной среде, приближаясь к теоретическому (термодинамическому) пределу.

На практике, использование неизображающей оптики позволяет создавать такие гелиоконцентраторы, которые не нуждаются в солнечном трекере. Для среднетемпературных применений эти коллекторы не должны следить за солнцем, поскольку отслеживание эффективно осуществляется с помощью широкоугольной оптики.

Использование неизображающей оптики даёт более высокую эффективность, ослабленные физические допуски, улучшенную оптическую однородность и снижение производственных затрат.

Отражающие солнечные коллекторы

Эти системы относятся к классу высокотемпературных устройств. Впервые отражающий коллектор использовал легендарный Архимед. Когда его родные Сиракузы осаждали римские галеры, он выстроил на крепостной стене сотню воинов с блестящими медными щитами, и по команде они направили солнечные зайчики на один из кораблей. Через несколько секунд он вспыхнул, а ещё через несколько минут, таким же образом был сожжён весь римский флот.

В солнечных концентраторах такой системы, отражённый свет с нескольких зеркал направляется на одну точку. Такую схему удобнее всего реализовывать для масштабных проектов, как например Crescent Dunes. На этом объекте более 10 тысяч зеркал общей площадью 1,19 км², отражают свет на центральную башню. Теплоноситель в приёмном устройстве разогревается до 600-700˚C.

Но и на малых площадях отражающие солнечные концентраторы могут быть собраны по такой схеме. В ней несколько зеркал расположенных под углом. Не мешают друг другу, они отправляют свет на противоположные теплоприёмники.

Практическое использование солнечного концентратора

Существуют два вариант использования солнечного концентратора в частном секторе:

• Производство электроэнергии;
• Обогрев.

Если теплоноситель будет использоваться напрямую, без генерации электроэнергии, то схема очень проста в реализации и не потребует больших финансовых вложений. В расчёт принимается и тот факт, что кроме обогрева дома, можно получать горячую воду, а с небольшой модернизацией, солнечным теплом охлаждают жильё в жаркие летние дни. Для этого в систему встраивают абсорбционный холодильник (чиллер).

Генерировать электричество можно с помощью двигателя внешнего сгорания (Стирлинга).

Но полученную тепловую энергию нужно ещё и хранить в течении продолжительного времени. Эффективность в этом случае будет зависеть от правильного выбора теплового аккумулятора.

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

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

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

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