Своїми руками Солнечный коллектор своими руками - подробная инструкция

Немного отклонились от основной темы.
Речь зашла о солнечных панелях для для получения эл-энергии,
а точнее системах слежения за солнцем в течение всего светового дня
и максимальной выработки эл-энергии СК.
Так сложилось, что я длительное время занимался системами слежения за
стационарными телевизионными спутниками с помощью параболических
антенн большого диаметра 1,8 - 3,0 м, а большие диаметры
это и очень большие ветровые нагрузки.
Спутники расположены на стационарной орбите и наводить антену на один из них
требовалось с высокой точностью +- 0,05 градуса и по азимуту с запада на восток
0коло 180 градусов. Наведение на нужный спутник производится автоматически.
Для этой цели я спроектировал и изготавливал опорно поворотное устройство (дальше ОПУ) с небольшой группой товарищей. Принимал участие в монтаже и настройке.
Всего было изготовлено и смонтировано около 50 штук разных модификаций.
Изготавливались ОПУ из прутков, арматуры и труб в основном сваркой в стапелях.
Конструктивно это были ферменные конструкции из 4-х блоков легкие, прочные
и жесткие. Выдерживали ветровые нагрузки до 35 м/с не нарушалась даже
точность настройки.
По техническим требованиям такие ОПУ на все 100% подходят и для СК.
Только точность наведения на солнце в процессе слежения может быть
снижена с 0.05 до +- 5 градусов.
Если кто нибудь захочет изготовить такую систему могу поделиться опытом.
Для наглядности привожу фото своей спутниковой системы у себя на участке.
Она была изготовлена и смонтирована в 1992 году.

Фото 1. Общий вид спутниковой системы.
Высота вышки 11 м. Зеркало диаметром 1.8 м.

Фото 2. Более подробно головная часть.

Фото 3. Вид сзади головной части.
............................................................
Продолжение по ОПУ будет.

 

@gravis
Я не успел выложить короткое описание данной спутниковой системы и
ее опорно поворотное устройство ОПУ.
Спутники расположены на стационарной орбите от горизонта на востоке
до горизонта на западе.
Высокая вышка нужна чтобы деревья не закрывали спутники низко у горизонта.
В сантиметровом диапазоне листва полностью перекрывает излучение.
ОПУ вращает зеркало, с фермой придающей жесткость зеркалу, вокруг
ПОЛЯРНОЙ ОСИ в плоскости стационарной орбиты.
Ферма хорошо видна на Фото 3.
Система настроена так, что вращением только вокруг полярной оси
парабола точно попадает на нужный спутник с отклонением не более +- 0,05 градуса по
вертикали, дистанционно с помощью одного актуатора (привода).
Вот зачем нужна высокая прочность и жесткость системы в целом.
Поэтому я и сказал, что это ОПУ на все 100% подходит для СК любой конструкции.
Естественно в разумных пределах по габаритам и весу.
Конструкция отдельных узлов для СК меняется.
- Меняется ферма на которой монтируется зеркало.
- Значительно снижаются требования по точности наведения СК на солнце
с +- 0.05 до +- 5 градусов (угловых). Отсюда снижаются требования
по прочности и жесткости.
- Упрощается привод для вращения вокруг полярной оси и автоматика.
Но принципиально конструкция ОПУ не меняется.
..................................................................................
Пришлось забежать немного вперед. Все это опишу более подробно
по фотографиям. Заранее извиняюсь если буду повторять по некоторым позициям.

 

Дополнительные пояснения по спутниковой системе.
Фото 1.
Общий вид спутниковой системы.
Вышка из труб высотой 11 метров.
Нижняя часть закрыта "домиком" для слесарных и сварочных работ.
На верхней части вышки смонтирована площадка с ограждением для обслуживания.
Там же на ОПУ смонтирована антенна - параболическое алюминиевое
зеркало диаметром 1.8 метра с конвертором в фокусе на 3-х стойках.
Площадка, ОПУ все ферменной конструкции из прутков и арматуры диметром 6-12 мм.
На фото 1 площадка и ОПУ проектируются друг на друга и разобраться детально
в конструкции очень сложно.
Хорошо виден противовес из бетона для уравновешивания зеркала.
ОПУ ферменной конструкции легкие прочные и жесткие из прутков и арматуры.
Изготовление в основном сваркой в простых стапелях плюс слесарные работы.
Проектировал сам и изготовлял первые экземпляры, а затем с несколькими
товарищами делали небольшие серии с учетом индивидуальных требований
заказчиков. ОПУ могло монтироваться на 3-х точках на горизонтальных
и вертикальных поверхностях, т.е. на крыше или стене - любой жесткой основе.
Фото 2.
Более подробно изображена головная часть вышки.
Фото 3.
Вид сзади головной части.
ОПУ состоит из отдельных 4-х ферм плюс 2 талрепа для настройки системы.
Фермы сварены из прутков диам. 6-12 мм.
Хорошо видна только ферма для крепления параболического зеркала.
Зеркало алюминиевого сплава, легкое но не жесткое и не держит форму.
Ферма сварена из прутков диам. 6-8 мм легкая и жесткая.
Точек крепления к зеркалу 12.
Ферма совместно с зеркалом образовали легкую, прочную
и жесткую конструкцию. Вот эта конструкция и явлется поворотной
частью вокруг полярной оси. Угол обзора чуть меньше 180 градусов.
Зеркало с фермой уравновешено грузом для облегчения работы привода.
.....................................................
Теперь посмотрим как можно использовать ОПУ для панелей СК.
Зеркало диам. 1.8 м имеет площадь 2.6 м2.
Ограничения накладываются в основном ветровыми нагрузками.
Значит на ОПУ для зеркала диам. 1.8 м можно монтировать панели
СК суммарной площадью до 3 м2.
Это будет 2-3 панели.
Были изготовлены ОПУ такой же конструкции для зеркал
диам. 2.5 м и площадью 5 м2.
На такое ОПУ уже можно монтировать 4-5 панелей СК.
Недостаток таких систем - будут занимать большую площадь,
чтобы не затенять друг друга при ориентировке на запад и восток
(утром и вечером соответственно).
..........................................................
В заключение.
Технический прогресс в спутниковом телевидении был очень быстрым.
Многократно росло количество телевизионных спутников на
стационарной орбите.
Увеличилась мощность сигнала.
Повысилась чувствительность приемников (конверторов).
В результате стал возможным прием на антены диаметром 0.6- 1.0 м
и простые ОПУ ориентированные на 1 спутник.
Надобность в антенах большого диаметра отпала.
Отпала и надобность в поворотных системах для них.

 

Добавлю немного по системам слежения за солнцем для СК.
Считаю, что очень хорошим и дешевым вариантом может быть
ОПУ на базе б/у заднего моста легкового автомобиля.
Можно использовать и б/у подшипниковые узлы передних колес,
но такой вариант будет немного сложнее.
......................................................................
Теперь поделюсь опытом по ремонту параболического зеркала диаметром 3 метра.
Конструкия зеркала следующая.
На бетонной матрице по радиусу укладывались стальные полосы, предварительно
выклепанные, чтобы было хорошее прилегание к матрице.
И тыльная сторона сваривалась с решетчатой фермой из прутков.
Получилась очень жесткая конструкция.
ОПУ было выполнено по азимутальной схеме.
Заказчиком была фирма по кабельному телевидению.
Вес всей кострукции составил 150 кг.
Установили на крыше многоэтажки. Через некоторое время была сильная буря
и зеркало опрокинулось (плохо закрепили к крыше сами заказчики).
Край зеркала погнулся. И меня попросили за отдельную плату отремонтировать
зеркало прямо на крыше.
.............................................
Сама технология ремонта.
Длина волны сигнала со спутника 2,5 см. Допустимые отклонения поверхности
зеркала от теоретической должны составлять не более 1/8 длины волны, т.е.
25/8=3 мм. Это уже сведения из оптики.
Установил вращающийся вокруг геометрической оси шаблон зеркала
и приступил к работе. Подрезал в нужных местах ферму, подогнул прутки
и листовой металл. Скрепил все сваркой. По прочности все получилось
нормально, а по точности геометрии зеркала нет.
Пришрось делать шпаклевку из краски и металлической пудры и заплнять
выемки. Геометрия проверялась вращающимся шаблоном.
Поверхность зеркала была доведена до нужной точности.
Но на шпаклевку надо было еще наклеить фольгу.
На ровном месте "появилась сложность" под фольгой оставаись
воздушные пузыри, при их выдавливании фольга рвалась.
Решил "проблему" следующим образом. На валик набил острых
иголочек и ним прокатывал фольгу, пузыри исчезли.
Затем фольгу опять покрасили. В дни весеннего и осеннего равноденствия
солнечное излучение попадает на конвертер и если поверхность зеркала
не матовая то он перегреется и выйдет из строя.
Ремонт зеркала длился около недели.
Заказчик хорошо оплатил работу.
................................................................
Вот такой мой личный опыт по ремонту зеркала диаметром 3 метра
и площадью 7 м2.

 

Мы немного отклонились от основной темы СК для нагрева воды и отопления.
Есть основной пробел в теме.
НЕТ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ
СК И СИСТЕМ - (СК + БОЙЛЕР С ТРУБОПРОВОДАМИ И НАСОСОМ).
Этот вопрос оказался очень сложным.
Облучени СК меняется в течение светового дня за 12 часов от 0 до 90 и затем опять до 0
градусов по синусоидальному закону.
Соответственно меняется и мощность солнечного излучения 0т 0 до 1000 вт/м2.
Меняются и другие рассчитываемые параметры.
- Температура СК и температура теплоносителя.
- Температура воды в бойлере.
- КПД СК в зависимости от текущей температуры абсорбера и теплоносителя.
- Режимы хранения и отбора нагретой воды.
Это основные параметры.
Но при проектировании собственной системы необходимо учитывать
и искать оптимальные значения массы абсорбера, массу воды в бойлере,
производительность насоса и т.д.
...........................................................
Стоимость материалов, технологичность и возможность изготовить
СК или систему в целом будем считать, что самодельщик в состоянии
проделать самостоятельно.
.............................................................
Масса переменных величин.
Решить задачу с помощью таблиц, графиков, номограм и дополнительных
расчетов можно только для одного варианта - это расчет с одним набором
параметров и стационарным температурным полем.
Если МЫ сообща эту задачу не решим - тогда тупик, невозможно делать
сравнительный анализ разных конструкций и эксплуатационных
режимов работы.
.................................................
МОЕ предложение.
У всех есть компьютеры.
Я пишу простой алгоритм по тепловым расчетам для уже рассмотренных
вариантов СК. Желающие форумчане каждый отдельно или совместно напишем простейшую программу (одну или несколько) для расчетов наших систем.
Сложных математических выкладок не будет. За пределы знаний
средней школы не выходим.
Требуется только хорошее понимание тепловых процессов.
..................................
Кто желает принять участие сообщите.
Сам для себя делать эту работу не вижу смысла.
В учебниках применительно к нашим требованиям таких
расчетов и программ нет.

 

Форумчане мастера самодельщики.
В дискуссии с ocrimenco мы зашли в принципиальный тупик.
Виноват в основном я сам, недостаточно четко формулирую постановку задачи.
Считаю, что это основной недостаток всех участников дискуссии.
.............................................
Моя основная задача.
"СВЕСТИ ПОТРЕБЛЕНИЕ ГАЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ЧАСТНОМ ДОМЕ К НУЛЮ
С МИНИМАЛЬНЫМИ ЗАТРАТАМИ".
Так как цены практически синхронно резко возросли на газ, дрова, уголь, пеллеты и др.
то выбора не осталось. Энергия СОЛНЦА, ВЕТРА и МАКСИМАЛЬНОЕ СНИЖЕНИЕ
ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ.
Солнечные Коллектора становятся одним из основных элементов использования
энергии бога Гелиоса, теперь только на него и молюсь.
Но СК мне требуются не любые, тепловая энергия получаемая от них
должна быть МИНИМАЛЬНОЙ СТОИМОСТИ.
Поэтому я и веду очень жесткий отбор по этому параметру.
Но к сожалению в торговле СК с такими параметрами нет.
Пришлось изобретать и изготовлять СК для энергоэффективного дома самостоятельно.
Мастера делают много "экспериментальных" СК. Есть интересные варианты.
Но основной параметр СТОИМОСТЬ ЕДИНИЦЫ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ практически
никто не приводит. Поэтому брать и копировать понравившийся СК только по картинке
очень рискованно. А ведь есть еще и технологичность, ресурс работы, сложность
обслуживания и т.д.
...........................................
Итак, рассматривать технические характеристики СК будем в комплексе
с энергоэффективным домом.
Это не совсем привычная постановка задачи, на зато очень конкретная и исключит
обсуждение тупиковых вариантов.
___________________________________________
Работаем над конкретным вариантом энергоэффективного дома.
Эксперимент реальный и ведется с 2010 года.
Исходные данные по дому.
Одноэтажный дом, стены и потолок- дерево глина и обложен силикатным кирпичом.
- Суммарная площадь стен и потолка 190 м2.
- Суммарная площадь окон 11 м2.
- Отапливаемая площадь 80 м2.
....................................................
Это основные параметры до начала эксперимента.
Температара в доме в отопительный сезон для чистоты эксперимента
поддерживается в пределах 19 +-1 градус.
Дополнительные исходные данные будут приводиться по ходу эксперимента.
........................
Эксперимент начат в 2010 году.
Потребление газа за год составляло чуть меньше 3000 м3.
Дом не был утеплен. Окна по 2 деревянные рамы.
Делаем прикидочный тепловой расчет по годовому расходу газа 3000 м3.
........................................................
Дальше будет.
Пока материалов мало. Вопросы можете задавать, если что непонятно,
по постановке задачи и исходным данным.
Чтобы материал легко было читать желательно обсуждение вести
мелким шрифтом.