Солнечная энергия — абсолютно бесплатна и доступна каждому. Так почему бы не использовать ее для личных нужд? В этой статье расскажем, как сделать своими руками простой солнечный концентратор из спутниковой антенны и алюминиевых пивных банок. Принцип работы
Шаг 1: Расчет нагрузки
Прежде, чем выбрать компоненты, необходимо рассчитать нагрузку приборов, которые будут подключаться к вашей солнечной электростанции и сколько времени они будут работать. Для этого нужно сделать следующее:
- Определите, какую технику (освещение, вентилятор, телевизор, насос и т.д.) вы будете подключать, и сколько времени (часов) она будет работать;
- Ознакомьтесь со спецификациями ваших приборов для определения их мощности;
- Рассчитайте величину потребляемого электричества в Ватт-часах (Вт*ч), которая равна произведению номинальной мощности ваших приборов (Вт) на время работы (ч).
Например Вы хотите включить какой-то прибор мощностью 10 ватт на 5 часов от солнечной панели. Количество потребленной электроэнергии будет: 10Вт х 5ч = 50Вт*ч. Таким же образом необходимо рассчитать общую величину потребляемой энергии, а именно рассчитать для каждого прибора и сложить полученные величины.
Пример: настольная лампа = 10Вт х 5ч = 50 Вт*ч + вентилятор = 50Вт х 2ч = 100Вт*ч, телевизор = 50Вт х 2ч = 100 Вт*ч, всего = 50 + 100 + 100 = 250 Вт*ч.
Когда закончите расчет нагрузки, пора приступать к выбору компонентов в соответствии с вашим требованием нагрузки.
Виды солнечных батарей
С ростом цен на энергоносители идея использования энергии солнца для получения электроэнергии становится все более популярной. Тем более, что с развитием технологий солнечные преобразователи становятся эффективнее и, одновременно, дешевле. Так что, при желании, можно свои нужды обеспечить установив солнечные батареи. Но они бывают разных типов. Давайте разбираться.
Сама солнечная батарея — некоторое количество фотоэлементов, которые расположены в общем корпусе, защищенные прозрачной лицевой панелью. Для бытового использования фотоэлементы производят на основе кремния, так как он относительно недорог, и элементы на его основе имеют неплохой КПД (порядка 20-24%). На основе кремниевых кристаллов изготавливают монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные (гибкие) фотоэлементы. Некоторое количество этих фотоэлементов электрически соединены между собой (последовательно и/или параллельно) и выведены на клеммы, расположенные на корпусе.
Солнечная панель для дома состоит из некоторого количества фтоэлементов
Фотоэлементы установлены в закрытом корпусе. Корпус солнечной батареи делают из анодированного алюминия. Он легкий, не подвержен коррозии. Лицевую панель делают из прочного стекла, которое должно выдерживать снего-ветровые нагрузки. К тому же оно должно обладать определенными оптическими свойствами — иметь максимальную прозрачность, чтобы пропускать как можно больше лучей. Вообще, из-за отражения теряется значительное количество энергии, так что требования к качеству стекла высокие и еще оно покрывается антибликовым составом.
Виды фотоэлементов для солнечных батарей
Солнечные батареи для дома делают на основе кремневых элементов трех типов;
- Монокристаллические. Каждый фотоэлемент — один кристалл кремния. Монокристаллические фотоэлементы имеют неплохой КПД (порядка 24,7%), но и стоимость их несколько выше. Отличить можно, во-первых, по однородному насыщенному синему цвету, во-вторых, по скругленным краям фотоэлемента.
Виды кремниевых фотоэлементов для солнечных батарей
- Поликристаллические. Несколько небольших кремниевых кристаллов объединены в один фотоэлемент. Они имеют неоднородную структуру, из-за чего хуже поглощают солнечный свет. Это отражается на КПД (20,3%). Фактически это означает, что солнечная панель той же мощности будет занимать примерно на 20% больше площади.
- Тонкопленочные. Представляют собой слой полупроводника, напыленный на гибкую подложку. За счет своей гибкости могут монтироваться на криволинейные поверхности. Но имеют невысокую производительность (порядка 10,4%), так что занимают большие площади (как минимум, в 2 раза больше, чем поликристаллические).
Если у вас скатная крыша и фасад развернут на юг или восток, слишком сильно думать о занимаемой площади не имеет смысла. Вполне могут устроить поликристаллические модули. При равном количестве производимой энергии они стоят немного дешевле.
Как правильно выбрать систему солнечных батарей для дома
Есть распространенные заблуждения, которые заставляют вас тратить лишние деньги на приобретение чересчур дорогого оборудования. Ниже приведем рекомендации того, как правильно выстроить систему электропитания от солнечных батарей и не потратить лишних денег.
Солнечные электростанции для дома могут быть не такими дорогими, если подходить к вопросу взвешенно
Что надо купить
Далеко не все компоненты солнечной электростанции жизненно необходимы для работы. Без некоторых частей вполне можно обойтись. Они служат для повышения надежности, но без них система работоспособна. Первое, что стоит запомнить — приобретайте солнечные батареи в конце зимы, начале весны. Во-первых, погода в это время отличная, много солнечных дней, снег отражает солнце, увеличивая общую освещенность. Во-вторых, в это время традиционно объявляют скидки. Далее советы такие:
- Приобретайте солнечные батареи для дома с выходным напряжением 12 В. Именно от такого напряжения работает большая часть бытовой и строительной техники, светодиодные светильники и т.д. Техники, работающей от 24 или 48 вольт намного меньше. Можете посмотреть паспорта или воспользуйтесь поиском.
- Не используйте для освещения лампы накаливания. Они потребляют слишком много электроэнергии, да и работают от 220 в. Замените их на светодиодные. Для них постоянный ток в 12 В — это то, что надо.
«Полная» система электропитания от солнечных батарей выглядит так
- Не старайтесь сразу купить систему большой мощности чтобы покрыть все возможные потребности. Для начала купите пару модулей без преобразователя/инвертора, подключите к ним ту технику, которая работает от постоянного напряжения. Если вас устроит система, позднее можно нарастить мощность, докупить инвертор и подключить технику, которая работает от 220-230 В. И учтите, что инвертор, даже при выключенной нагрузке, потребляет электроэнергию (потери на преобразовании примерно 30%). То есть ночью, когда все выключено, он просто расходует заряд АКБ. Причем выдает он далеко не идеальную синусоиду. В общем, все что может работать от постоянного напряжения, запитываем от аккумуляторов напрямую.
Если воспользоваться только этими советами, и подключить только технику, которая работает от постоянного напряжения, система солнечных батарей для дома обойдется в гораздо более скромную сумму чем самый дешевый комплект. Но это еще не все. Можно еще часть оборудования оставить «на потом» или вообще обойтись без него.
Без чего можно обойтись
Стоимость комплекта солнечных батарей на 1 кВт в сутки — более тысячи долларов. Немалые вложения. Поневоле задумаешься, а стоит ли оно того и каков же будет срок окупаемости. При нынешних тарифах ждать пока отобьются свои деньги придется не один год. Но можно затраты уменьшить. Не за счет качества, но за счет незначительного снижения комфортности эксплуатации системы и за счет разумного подхода к подбору ее компонентов.
- Не покупайте гелиевые или аккумуляторы глубокого разряда. Они не стоят своих денег. С солнечными батареями для дома отлично работают даже отслужившие свой срок автомобильные АКБ . Они нормально работают еще минимум, 5 лет.
Если площадь не ограничена, можно купить солнечную батарею на поликристаллических фотоэлементах
- В принципе, можно обойтись еще меньшими средствами. Можно не ставить контроллер. Он стоит не менее 150$ (а при большой мощности 500$), а вся его задача — мониторить состояние заряда батарей. Если бюджет ограничен, купите автомобильные часы, работающие от 12 В, которые также измеряют напряжение, температуру. Они стоят 2-5$ и практически выполняют ту же функцию. А чтобы избежать перезаряда, купите лишний аккумулятор. Или два. Суммарная мощность «лишней» емкости должна быть не ниже 20%. Это и позволит избежать перезаряда, и увеличит емкость системы.
Итак, если бюджет ограничен, можно обойтись несколькими солнечными панелями и аккумуляторными батареями, емкость которых на 20-25% выше максимального заряда солнечных панелей. Для мониторинга состояния купите автомобильные часы, которые еще измеряют напряжение. Это избавит вас от необходимости несколько раз в день измерять заряд на АКБ. Вместо этого вам надо будет время от времени смотреть на показания часов. Для старта это все. В дальнейшем можно докупать солнечные батареи для дома, увеличивать количество АКБ. При желании, можно купить инвертор.
Физика 8 класс
«Теория реактивного движения» — Реактивные двигатели. Pр. P=M·V Импульс топлива-Pт равен импульсу ракеты Рр, но направлен в противоположную сторону. О=mpvp+mтvт mpvp=mтvт Vp=mт·vт. Реактивное движение в природе. Летательные аппараты. Примеры реактивного движения. Реактивное движение. Кальмар. Константин Эдуардович Циолковский. Выполнил: Ученик 8 «А» класса Гимназии № 363 Журкин Алексей. Формула Циолковского. Теория реактивного движения. Цели работы. Pт. mp. Ракетное оружие Катюша (БМ-13).
«Электроизмерительные приборы» — ВОЛЬТМЕТР – прибор для измерения напряжения на участке электрической цепи. Классификация. 3)Омметры- для измерения электрического сопротивления. 6)Мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы. Вольтметр: стрелка поворачивается в магнитном поле магнита. Имеет чувствительный элемент, называемый гальванометром. 4)Электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии.
«Деятельность Ломоносова» — В следующее пятилетие (1750—1755) деятельность Ломоносова развертывается также широким фронтом. Родители Ломоносова. М. В. Ломоносов начал учиться читать и писать в 11 — 12 лет. Славяно-греко-латинская академия. Ломоносов в начале января 1731 года прибыл в Москву. Работу выполнила ученица 8 «б» класса Гурьянова Анастасия. Школа размещалась в здании Сухаревой башни. Новый период в жизни. Физика. Труды Ломоносова в области языка. Обучение велось круглый год. Ломоносову 300 лет. Не менее ценными были исследования Ломоносова в области физики. Отзывы о Ломоносове. Долгий путь……..
«Строение электронных оболочек атомов» — Интеграция физики с химией 8 класс. Максимальное число электронов на энергетическом уровне. Научить составлять электронные формулы атомов. . Обобщение изученного материала. °. В ядре атома углерода содержится 12 частиц. Атом хлора принял один электрон. Интегрированный урок.
«Тепловые явления 8 класс» — Мама права, когда называет своего ребёнка «Солнышко ты моё»? Суточных цыплят нельзя держать под новыми энергосберегающими лампами? МБОУ «Верх-Чебулинская СОШ». Луна светит, но не греет? Вы задумывались над вопросом: Почему в современном доме жить комфортно? Цель проекта: Известно ли вам, как в быту человек учитывает тепловые явления? Оказывается, что тепловые явления сопровождают нас повсюду! 2. Не понятно, почему…?
«Плоское зеркало» — Стол зрителям кажется стоящим на четырёх ножках. С какой стороны у вашего зеркального двойника находится сердце? Как получается изображение точки в плоском зеркале? Солнечные концентраторы. Плоские зеркала используют при постановке некоторых фокусов в цирке. Установки используются для получения водяного пара с высокой температурой. Использование зеркал в технике. Урок физики в 8 классе на тему «Плоское зеркало».
«Физика 8 класс»
Шаг 1: Материалы
- Стакан-заготовка изготовлена из материала с низким коэффициентом расширения (пирекс, боросиликатное стекло, Дюран 50, Церодур, и т.д.);
- Карбид кремния различной зернистости (60, 80, 120, 220, 320 единиц);
- Оксид алюминия (25, 15, 9 и 5 мкм);
- Оксид церия;
- Смола;
- Точильный камень;
- Водонепроницаемая штукатурка (зубной гипс);
- Керамическая плитка;
- Эпоксидный клей.
Рассчитаем профили зеркал
Основное зеркало является параболой и описывается функцией
Малое зеркало по схеме Грегори является эллипсом и описывается функцией
где е — эксцентриситет образующего эллипса малого зеркала (е = 0,3022
Рассчитанные профили зеркал имеют вид:
облучатель антенна зеркало фокусный
Подбор источников освещения
Теперь нужно решить, какие лампочки использовать в подсветке. Это наиважнейший этап в создании шедевра своими руками.
Если вы не любите ждать, пока ваша половина несколько часов к ряду наводит марафет, вкрутите лампы накаливания. Горячая атмосфера, созданная за туалетным столиком даже благодаря маленьким лампочкам, сократит время вашего ожидания до минимума. Но, тут есть риск дополнительных трат на новые, негорячие лампы после того, как жена обязательно узнает, как всё переделать правильно.
Поэтому, изготавливая гримерное зеркало своими руками, лучше сразу выбрать Led-источники. Светодиодная подсветка сэкономит электроэнергию, будет служить долго, а отдаваемый свет будет отличного качества и без лишнего нагрева.
Покупать нужно лампы тёплого света, цветовая температура которых находится в пределах от 2700 К до 3200 К. Этот спектр излучения наиболее близок к солнечному освещению и безопасен для глаз.
Холодный белый свет, в состав спектра которого входят синие и фиолетовые коротковолновые составляющие, вреден для глаз и может привести к деградации сетчатки.
Если вы хотите своими руками создать гримерное зеркало с регулировкой яркости освещения, приобретите диммер. Перед покупкой обратите внимание на маркировки, нанесенные на упаковку регулятора и источников освещения, так как подключение с диммером подходит не для всех лампочек. Обратитесь за консультацией к продавцу.
Расчет облучателя
В качестве облучателя будем применять диэлектрический стержень. Диаграмму направленности диэлектрического стержня можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:
где — длинна стержня в метрах, — коэффициент замедления. выбираемый по графикам рис. 5.2 ч.1 в зависимости от поперечного сечения стержня и длинный волны, — диаметр стрежня.
k — волновое число и считается по формуле: k = 2р/л = 209.4395 м-1
диэлектрическая проницаемость выбирается вкупе с таким параметром как: длинна волны, по следующим зависимостям:
Для обеспечения необходимой ширины ДН диэлектрического стержня, то есть выбрав необходимые параметры антенны, мы в программе ANT-4 меняя степень аппроксимирующего полинома, добиваемся необходимых показателей эффективности антенны, подобрав необходимый полном, мы выбрав удовлетворяющую нас длину стержня, меняя параметр k1, коэффициент замедления, получаем необходимую ширину ДН, а затем подбираем по этим графикам материал стержня.
— максимальный диаметр стержня
— диаметр стержня выбранный для данной антенны, от этого параметра зависит диэлектрическая проницаемость и ширина ДН.
— радиус стержня
— длина стержня от этого параметра, так же зависит ширина ДН и выбор диэлектрика.
— коэффициент замедления выбирается в соответствии с графиками приведенными выше.
— коэффициент затухания
— коэффициент полезного действия
Для получения максимального значения КНД зеркальной антенны главный лепесток ДН диэлектрического облучателя в пределах сектора облучения малого зеркала должен быть симметричным. Для этого в пределах угла облучения ДН в плоскостях Е и Н должна быть симметрична:
— коэффициент перехвата энергии малым зеркалом.
Фазовый центр: для цилиндрического стержня он приближённо берется в середине стрежня.
Для возбуждения волновода будем использовать электрический вибратор, который подведем к волноводу с помощью коаксиальной линии с ТЕМ волной. Внешний проводник подсоединяется к волноводу, а внутренний размещается непосредственно в волноводе. Структура поля возбуждаемого в волноводе данным вибратором, будет иметь такое же распределение, как и в линии, следовательно, будут, возбуждается волны, у которых в центре находятся пучности, это волны типа и т.д. волны с первым не четным индексом, а волны типа не будут возбуждаться, для одно волнового режима, необходима соответствующим образом подобрать размеры волновода, при котором волны высших типов будут угасать, для работы с волной необходимое условие: . Для того чтобы наша антенна работала на заданном типе волны и в нее не попадали высшие типы волн расстояние от вибратора до диэлектрического стержня должно быть больше (длинна волны в волноводе). Т.к. вибратор излучает волну в обе стороны, то для улучшения согласования вибратор будем вводить в волновод на расстоянии , при таком расположении набег фаз у отражённой волны от задней стенки будет равен р и она сложится с волной, бегущей к стержню.
Для получения горизонтальной поляризации в прямоугольном волноводе, есть два способа, либо вводить вибратор в волновод со стороны малой стенки, либо возбудить в прямоугольном волноводе волну , а за тем плавно повернуть волновод на 90 градусов. Воспользуемся вторым способом, т.к. этот метод прост в исполнении, и не требует покупать волновод с дополнительным вводом со стороны малой стенки. Требование к секции поворота, ее длинна, должна быть больше чем длинна волны в волноводе, т.к. там возбуждаются волны высших порядков и они должны успеть затухнуть.
Расчет волновода:
Питание диэлектрического стержня осуществляется с помощью прямоугольного волновода, в котором распространяется волна Н10. Для того, чтобы в волноводе не возбуждались волны высших типов необходимо выбрать его размеры таким образом, чтобы .
Размеры прямоугольного волновода:
EIA-62
Переход от волновода к стержню осуществим с помощью конусообразной шайбы, которая перейдет от диметра 15.8мм к диаметру стержня 8мм
Структура поля выбранного поля волны в данном волноводе:
Рисунки волновода и стержня см. в конце работы.
Серебрение с помощью химии
Затем надо заняться серебрением, чтобы получить зеркало. Приготовьте раствор, который называется реактивом Толленса. Для того чтобы приготовить этот реактив, нужны: нитрат серебра (ляпис), едкий натр (каустическая сода) и раствор аммиака.
В комплект к этому реактиву ещё понадобится формалин (раствор формальдегида). На 10 мл воды растворите 1 г нитрата серебра, на другие 10 мл воды — 1 г едкого натра. Смешайте эти растворы, должен выпасть белый осадок. Приливайте раствор аммиака, пока осадок не растворится. Этот раствор и есть реактив Толленса.
Чтобы использовать его для серебрения, следует налить его в вогнутую часть, предварительно тщательно очищенную от любых загрязнений. Если очень слабовыраженная вогнутость, следует сделать по её краю барьерчик из воска или пластилина.
Налив реактив, следует начинать частыми каплями добавлять в него формалин. Вскоре образуется плёнка серебра, и она превратится в вогнутое зеркало. Имейте в виду, что реактив Толленса не хранится долго, использовать его надо сразу после того, как он приготовлен.
Есть и способы изготовить вогнутую поверхность самостоятельно, в первую очередь — вышлифовывание на стеклянных кругах вогнутой поверхности. Однако эти способы слишком сложны, и не рекомендованы к использованию начинающими.
Таким же способом, как и вогнутое, следует изготовить диагональное зеркало. Оно должно быть идеально прямым; для его изготовления подойдёт плоская сторона любой плосковыпуклой или плосковогнутой.
Шаг 6:
Продолжаем шлифовать, пока не получим желаемый изгиб. Чтобы оценить кривизну, необходимо использовать калькулятор из набора измерений Sagitta.
Если вы хотите построить телескоп для наблюдения за планетами, вам понадобится больше фокусное соотношение (F / 8 или выше).
С другой стороны, если вы хотите созерцать просторы галактики и звёздные туманности, вам понадобится небольшое фокусное соотношение (F / 4, например).
Фокусное соотношение F / 4,75. Sagitta моего 20 см зеркала 0,254 см.
Установка панелей
Как правильно крепить панели и где их устанавливать? Ответы на эти вопросы зависят от конструкции СБ и от возможностей их владельца. Единственное, о чем должны позаботиться все без исключения – это о соблюдении угла наклона. Для каждого региона этот угол будет свой, а зависит он напрямую от широты местности.
В таблице представлены оптимальные рекомендации. И если угол наклона не планируется изменять в течение года, то можно просто следовать ее данным. Смена этого параметра хотя бы 2 раза в год поможет значительно увеличить КПД батареи.
В среднем зимой угол наклона должен быть на 10°…15° выше оптимального значения, летом – на такую же величину – ниже. Статистические данные по солнечной энергии в различных городах можно посмотреть в разделе FORUMHOUSE.
Как построить высокоэффективный солнечный водонагреватель из параболической антенны
Сам можно сделать на основе передней ступицы автомобиля ВАЗ.
Кому интересно фото взято отсюда :Поворотный механизмШаг 3 Создание теплообменника-коллектораДля изготовления теплообменника понадобится медная трубка, свернутая в кольцо и помещенная в фокус нашего концентратора. Но сначала нам надо узнать размер фокальной точки тарелки. Для этого надо снять LNB-конвертер с тарелки, оставив стойки крепления конвертера. Теперь надо повернуть тарелку на солнце, предварительно закрепив кусок доски на месте крепления конвертера. Подержите доску немного в этом положении, пока не появиться дым. Это займет по времени примерно 10-15 секунд. После этого отверните антенну от солнца, снимите доску с крепления. Все манипуляции с антенной, ее развороты, проводятся для того, чтобы вы случайно не засунули руку в фокус зеркала- это опасно, можно сильно обжечься. Пусть остынет. Измерьте размер сожженной части древесины- это будет размер вашего теплообменника.Размер точки фокусировки будет определять, сколько медной трубки вам понадобится. Автору понадобилось 6 метров трубы при размере пятна 13см.Я думаю, что возможно, вместо свернутой трубки можно поставить радиатор от автомобильной печки, есть довольно маленькие радиаторы. Радиатор должен быть зачерненный для лучшего поглощения тепла. Если же вы решили использовать трубку, надо постараться согнуть ее без перегибов и изломов. Обычно для этого трубку заполняют песком, закрывают с обеих сторон и сгибают на какой-нибудь оправке подходящего диаметра. Автор залил в трубку воды и положил ее в морозильную камеру, открытыми концами вверх, чтобы вода не вытекла. Лед в трубке создаст давление изнутри, что позволит избежать изломов. Это позволит согнуть трубу с меньшим радиусом изгиба. Ее надо сворачивать по конусу- каждый виток должен быть не много большего диаметра чем предыдущий. Можно спаять витки коллектора между собой для более жесткой конструкции. И не забудьте слить воду после того, как закончите с коллектором, чтобы после установки его на место, вы не обожглись паром или горячей водойШаг 4. Собираем все вместе и пробуем.Теперь у вас есть зеркальная парабола, модуль слежения за солнцем, помещенный в водонепроницаемый контейнер, или пластиковую емкость, законченный коллектор. Все, что осталось сделать — это установить коллектор на место и опробовать его в работе. Вы можете пойти дальше и усовершенствовать конструкцию, сделав, что-то типа кастрюли с утеплителем и одеть ее на заднюю часть коллектора. Механизм слежения должен отслеживать движение с востока на запад, т.е. поворачиваться в течение дня за солнцем. А сезонные положения светила (вверхвниз) можно регулировать вручную один раз в неделю. Можно, конечно, добавить механизм слежения и по вертикали- тогда вы получите практически автоматическую работу установки. Если вы планируете использовать воду для подогрева бассейна или в качестве горячей воды в водопроводе- вам понадобиться насос, который будет прокачивать воду через коллектор. В случае если вы будете нагревать емкость с водой, надо принять меры, чтобы избежать закипания воды и взрыва бака. Сделать это можно используя электронный термостат, который, в случае достижения заданной температуры, будет отводить зеркало от солнца с помощью механизма слежения.От себя добавлю, что используя коллектор зимой надо принять меры, чтобы вода не замерзла в ночное время и в ненастную погоду. Для этого лучше сделать замкнутый цикл- с одной стороны коллектор, а с другой теплообменник. Систему заполнить маслом-его можно нагреть до более высокой температуры, градусов до 300, и на морозе не замерзнет.