Desde el comienzo de nuestro milenio, la posibilidad y los métodos de utilizar la energía de los rayos del sol han preocupado a las mentes más destacadas de la humanidad. Incluso entonces, la gente entendió perfectamente que el cuerpo celeste llamado Sol es una fuente de radiación de energía inagotable. Sin embargo, nadie descubrió cómo “domesticar” y utilizarlo en su beneficio en ese momento lejano. Según fuentes que han sobrevivido hasta el día de hoy, los escritores de la antigüedad, Plutarco y Polibio, indicaron que la persona que primero escribió los dibujos con su propia mano y montó una invención funcional fue Arquímedes.
- 1 Concentradores solares su uso práctico y aplicación
- 2 ¿Cómo fabricar tú mismo un concentrador de radiación solar?
- 3 Horno concentrador solar casero
Era un dispositivo que, por medio de unos dispositivos basados en la óptica, concentraba la radiación de la radiación solar en una poderosa corriente. Posteriormente, el invento se utilizó para destruir la flota imperial de los romanos, que llegaban con fines depredadores.
En esencia, la invención del sabio ingeniero griego, que armó con sus propias manos, es el primer concentrador parabólico basado en la energía solar creado en el planeta Tierra, cuyo principio era concentrar la radiación en un pequeño haz.
En el área afectada por tal rayo, el nivel de temperatura podría alcanzar de 300 a 400 grados centígrados. Tal energía, concentrada en el casco de cualquiera de los navíos de la armada romana (que en aquella época estaba compuesto íntegramente de madera), habría sido suficiente para encender un navío de mar. Hoy en día, solo se pueden hacer suposiciones sobre qué invento específico Arquímedes le dio al mundo, pero según el conocimiento y las ideas modernas sobre tecnologías y logros en este campo de la energía, solo había dos opciones posibles.
Comencemos con el hecho de que el mismo nombre que recibió la invención es un concentrador solar, este nombre habla por sí solo.
Una lente convexa en ambos lados es un ejemplo de concentrador simple.
Se trata de un dispositivo que, al captar la radiación solar mediante una cierta flexión de la superficie, concentra los rayos en un punto, consiguiendo múltiples indicadores de aumento de energía. Todos recordamos de nuestro pasado joven una lente ordinaria, convexa en ambos lados: este es un ejemplo del concentrador más simple. En tiempo soleado, ajustando el ángulo de incidencia de la radiación solar con las propias manos, era posible quemar todo lo que se le ocurriera, cualquier figura o inscripción, sobre una superficie de madera o sobre papel.
Tal lente pertenece al grupo de concentradores refractores. Además de las lentes convexas, las lentes de Fresnel, que son un prisma, también pertenecen al mismo grupo de concentradores. Los concentradores de foco largo se ensamblan utilizando las llamadas lentes lineales. Dichos concentradores son muy económicos y fáciles de ensamblar a mano sin la ayuda de un ingeniero calificado (si decide hacer esto, hay suficientes videos subidos a la red, la solicitud es un reflector solar casero). Sin embargo, en la práctica se usan con poca frecuencia, una de las razones de esto son sus dimensiones bastante grandes. Dichos concentradores, incluidos los de fabricación casera, se utilizan en aquellos lugares donde el área y el espacio que ocupan, que no son críticos para su propietario, lo permiten.
Линза Френеля размером примерно с альбомный лист
Tal desventaja está ausente en el prisma concentrador de radiación solar. Además, este equipo puede concentrar parcialmente una parte de la radiación de difusión, aumentando significativamente la potencia del flujo de rayos de energía generados. El prisma triédrico, con el uso del cual se construye este mecanismo, realiza simultáneamente las funciones tanto del iniciador de la radiación del punto de concentración del haz como de la recepción de esta radiación. Además de todo, la cara posterior del poliedro refleja el flujo de energía que recibe la cara frontal de la radiación solar, y la cara lateral se encarga de la emisión de la radiación. El principio de funcionamiento de este equipo se basa en el mecanismo de máximo efecto reflectante de los rayos solares hasta que inciden en la cara lateral.
El concentrador solar reflectante, a diferencia de los refractores, funciona combinando la energía del haz de radiación solar reflejada. Según la forma de la estructura, estos concentradores se dividen en subespecies y se denominan parabólicos y parabólicos. Si comprende la eficiencia de estos dispositivos, entonces la fuente de energía más poderosa será un concentrador parabólico, produce hasta 10 mil unidades de concentración.
Concentrador parabólico entrega hasta 10 mil unidades de concentración
Sin embargo, para crear sistemas de calefacción de energía solar (especialmente para calentar en invierno), en su mayoría recurren a la instalación de dispositivos parabólicos o planos y, además, dicho sistema es fácil de instalar con sus propias manos.
Concentradores solares su uso práctico y aplicación
En principio, la función principal de los concentradores solares de cualquier diseño es recoger la radiación procedente del sol y concentrarla en un punto. Determinar el alcance de esta energía es elección del propietario de este equipo. Utilizando energía completamente gratuita y renovable, es posible calentar agua para las necesidades domésticas y de higiene. La cantidad de agua calentada dependerá únicamente del tamaño de la placa y del diseño general del concentrador. Los concentradores parabólicos de pequeño tamaño se pueden utilizar como un horno de cocción que funcionará únicamente con la radiación solar concentrada.
En invierno, los concentradores se pueden utilizar como fuente adicional de luz solar para los paneles solares fotovoltaicos, aumentando así su potencia de salida en condiciones de falta de radiación solar.
Los concentradores parabólicos se pueden utilizar como un horno para la preparación de alimentos.
De hecho, el uso de baterías cristalinas para aumentar la eficiencia es una muy buena idea, dado el bajo costo de los concentradores. Además, no necesitará una patente para dicho diseño. Resultará una especie de sistema de suministro de energía solar casero.
También es posible utilizar el dispositivo como una fuente autónoma de energía para el motor Stirling (su inventor obtuvo una patente para dicho motor hace mucho tiempo). Los concentradores del grupo parabólico crean una temperatura en el rango de 300 a 400 °C en el punto de captación de la luz solar.
Si pones un soporte metálico para platos y colocas sobre él una tetera en la zona de concentración de los rayos provenientes de un plato relativamente pequeño, puedes hervir agua sin usar electricidad sin ningún problema. Al colocar el calentador en el punto de concentración de energía, calentará rápidamente agua corriente en volúmenes lo suficientemente grandes para su uso posterior en las necesidades del hogar. Puedes regar el jardín, lavar los platos, ducharte.
Colocando un motor Stirling correctamente seleccionado en cuanto a potencia en el foco del haz, obtendrás una pequeña central térmica y eléctrica.
Los motores Stirling están diseñados para trabajar en tándem con un concentrador solar
Por ejemplo, una empresa llamada Qnergy ha desarrollado y presentado una patente, lanzando los motores Stirling QB-3500, que están diseñados específicamente para funcionar en conjunto con un concentrador reflector solar. En esencia, dicho dispositivo puede considerarse un generador de corriente eléctrica, donde el motor Stirling realiza la función principal. Tenga en cuenta que dicho sistema también requiere baterías para almacenar la energía recibida. Tal planta de energía produce una corriente eléctrica con una potencia de 3500 vatios. El inversor de salida produce un voltaje estándar de 220 voltios, una frecuencia de 50 Hz. Esta potencia de corriente eléctrica es suficiente para que puedas cubrir por completo las necesidades de una casa en la que vive una familia de cuatro. El uso de tales baterías también es efectivo para una casa de campo. El concentrador instalado en su sitio tendrá la apariencia de una antena parabólica sin violar la estética externa.
Por cierto, uno de los fabricantes registró una patente para un dispositivo donde, utilizando el principio del motor Stirling, puede crear un sistema que básicamente operará un movimiento alternativo o rotatorio (no requiere la instalación de baterías). Un ejemplo de tal sistema es una bomba de agua para un pozo u otros fines.
El concentrador parabólico debe girarse sistemáticamente para seguir los rayos del sol a medida que la tierra gira durante el día.
La principal desventaja que tiene un concentrador parabólico es que debe ser monitoreado sistemáticamente girándolo en la dirección de los rayos del sol a medida que la tierra gira durante el día. Cuando se utilizan concentradores en grandes centrales térmicas a escala industrial, se montan adicionalmente en el grupo de baterías sistemas especiales para seguir el movimiento del sol. Dichos sistemas giran los espejos siguiendo su movimiento. Esto garantiza una recepción constante y eficiente de la radiación solar entrante en el ángulo más efectivo. Pero el uso de dicho equipo en privado, muy probablemente, no será muy apropiado, debido al hecho de que los costos de adquisición serán mucho más altos que el costo de un reflector estándar montado en un trípode.
¿Cómo hacer un concentrador de radiación solar usted mismo?
Para estudiar este tema, uno puede referirse a la experiencia del inventor de Vladivostok, Yuri Rylov, quien tiene una patente para el sistema de calefacción que creó. Durante mucho tiempo, su gran casa de campo, con una superficie total de más de 400 metros cuadrados, se calienta completamente a base de un sistema de baterías, donde el refrigerante se calienta mediante un concentrador solar.
El concentrador de Yury Rylov funciona más del doble de eficientemente que los paneles solares
Todo el sistema, por el cual recibió una patente como resultado, fue desarrollado por el propio artesano. Su concentrador funciona con más del doble de eficiencia que los paneles solares.
Hay una serie de razones para esto, una de ellas es el sistema de concentradores, por el cual el inventor recibió una patente, acumula la energía de casi todo el espectro entrante de radiación solar. La siguiente razón es que el sistema se complementó con un mecanismo de seguimiento solar (considerando el alcance del equipo en este caso, esto puede estar justificado).
Sin embargo, surgieron problemas con la introducción del sistema en la producción en masa. Bajo el dispositivo creado hace más de cinco años, el inventor recibió una patente de la Federación Rusa, pero hasta ahora no ha recibido una amplia distribución industrial. Esto es bastante extraño, ya que según Rylov, su concentrador le permite calentar la entrada de una casa de cinco pisos, proporcionándole agua caliente. Durante ocho horas de funcionamiento, el equipo calienta un metro cúbico de agua. Durante el mismo tiempo, la concentradora producirá 80 kW de electricidad. Además, el inventor enfrentó el problema de proteger la propiedad intelectual en Rusia. Es necesario ocuparse de fijar la propiedad de su dispositivo en aquellos países donde es posible establecer dicha producción, los funcionarios no ayudan a obtener una patente en el extranjero.
La forma más fácil de construir su propio concentrador casero es hacerlo con una antena parabólica vieja.
Por lo tanto, la forma más fácil de construir su propio concentrador casero es hacerlo a partir de una antena parabólica antigua. Antes de ensamblar el mecanismo, determine el propósito de su uso y luego seleccione la ubicación del concentrador. Limpie a fondo la antena y coloque una película reflectante en el lado de trabajo.
Para una colocación uniforme de la película y para evitar posibles arrugas, corte la película en tiras de no más de cincuenta milímetros. Si decides utilizar el concentrador como horno solar, será mejor que hagas un agujero de unos 70 milímetros de diámetro en la parte central del plato. Pasar la sujeción del contenedor de alimentos por él. El dispositivo garantiza una posición fija del contenedor con el objeto calentado durante los giros del dispositivo detrás del sol.
Si solo tienes a tu disposición una placa con un diámetro pequeño, vale la pena cortar la cinta en tiras de 100 milímetros. Cada tira debe pegarse por separado, alineando con cuidado y precisión las juntas.
Concentrador solar casero, cuya superficie está cubierta con piezas de película plateada reflectante.
Cuando hayas terminado de pegar el elemento reflectante, determina dónde está el punto de concentración de los rayos. Esto debe hacerse porque la forma del plato a menudo no garantiza la coincidencia del punto focal y la ubicación del cabezal receptor de la señal.
Horno concentrador solar casero
Para empezar, vale la pena identificar el lugar de concentración, para ello, ponte gafas de sol. Tome una tabla de madera y guantes ajustados. Apunte el reflector hacia el sol y enfoque los rayos capturados en el tablero, luego ajuste la distancia hasta que obtenga el haz de energía concentrado más eficiente, haga esto hasta que obtenga su tamaño más pequeño. Los mitones que uses protegerán tu piel de las quemaduras solares si accidentalmente pones tus manos en el área de enfoque de los rayos. Después de determinar el punto de concentración, solo tendrá que arreglar la estructura y terminar su instalación en el lugar óptimo. Como dicen en los círculos de inventores, “Lo único que queda por hacer es obtener una patente”. Utiliza los resultados de tu trabajo, consiguiendo una fuente de energía inagotable y gratuita.
El motor Stirling se puede ensamblar utilizando materiales comunes improvisados.
Existen muchas opciones para la fabricación de concentradores basados en la radiación solar. De la misma manera, usted mismo, utilizando materiales comunes improvisados, puede ensamblar un motor Stirling (es realmente posible, aunque a primera vista parece inalcanzable), y puede usar las capacidades de este motor para una variedad de propósitos para un largo tiempo. Todas las restricciones dependen únicamente de su paciencia e imaginación.
Horno solar: sistemas solares para fundir metal mediante hornos alimentados con energía solar
Lo nuevo es lo viejo bien olvidado. Esta verdad común no ha pasado por alto a la industria, donde, junto con los métodos de calefacción tradicionales, respetuosos con el medio ambiente y, lo que es más importante, gratuitos, energía solar.
La primera mención histórica del uso de la energía solar térmica se remonta al siglo III a.C. El antiguo científico griego Arquímedes creó un concentrador solar, con la ayuda del cual fue posible prender fuego a los barcos romanos desde la distancia.
horno solar – sistema solar presentado concentrador de espejo parabólico. Cuando la luz del sol golpea la superficie curva de una parábola, los rayos multidireccionales se enfocan en un punto.
El foco de la luz solar tiene una alta energía térmica. La parábola de espejo más simple con un diámetro de 1 (m) es capaz de enfocar hasta 500 (W) de energía térmica. Esta potencia será suficiente para hacer hervir 1 litro de agua en unos 8 minutos.
La revisión hablará sobre los tipos de hornos solares.
Alcance de los hornos solares
La energía térmica, que se obtiene de la luz solar, tiene una ventaja importante. El calor del horno solar es limpiar. Es decir, al generar energía térmica, no hay hollín ni reacciones químicas auxiliares con el calentador.
El alto respeto por el medio ambiente de la energía térmica del horno solar permite realizar fundición de calidades especiales de aleaciones metálicas. Las aleaciones ultrapuras hacen que la conducción eléctrica sea lo más predecible y controlable posible.
Las aleaciones puras se utilizan para crear componentes electrónicos para “equipos críticos”, en los que los errores y fallas son inaceptables. Entre tales equipos se pueden considerar tecnología espacial y de aviación, puntos de control para reactores nucleares, etc.
Por supuesto, el alcance de los hornos solares no se limita a la fundición de metales y aleaciones de alta pureza. El calor de un concentrador solar es aplicable dondequiera que se necesite calefacción:
Como sabes, los sistemas solares necesitan la luz del sol para funcionar. En cuanto al uso industrial de los hornos solares, los concentradores suelen instalarse en zonas montañosas o desérticas donde el número de días de sol al año supera el 70-80%.
Las montañas son muy adecuadas para instalar un horno solar. El aire enrarecido de la montaña hace que la combustión de los materiales sea aún más limpia.
A continuación hablaremos de cómo funciona el sistema solar.
diseño de hornos solares
Si hablamos de la aplicación científica, semiindustrial e industrial de un horno solar, entonces se utiliza un complejo óptico-mecánico complejo. Un ejemplo sorprendente de un sistema solar científico y semi-industrial es un concentrador solar en la ciudad francesa de Odeillo.
El diámetro del concentrador francés está dentro de los 50 (m). La parábola está construida en un edificio que es comparable en tamaño a un complejo residencial de 18 pisos.
El horno solar incluye:
El sistema solar en francés Odeillo tiene un alto nivel de automatización. Un instituto científico opera sobre la base del complejo solar. En este caso, el sistema solar es un objeto abierto. De media, el horno solar es visitado por unos 80 turistas al año.
- Concentrador – la parte principal del sistema solar. Esta es una parábola, cuya superficie está cubierta con segmentos de espejo en forma de rectángulo. El número total de espejos de parábola es de 10 piezas.
En el análogo uzbeko, el heliocomplejo científico “Sol”, la parábola tiene más de 20 inserciones de espejo. En este caso, el diámetro del concentrador es comparable al francés.
El concentrador concentra la radiación solar en un punto. El diámetro del foco de trabajo es de 1,5 a 0,2 (m). El valor exacto del diámetro está determinado por el posicionamiento de la cámara de enfoque.
Los insertos de espejo del concentrador de horno solar están hechos de aluminio. La capa de espejo superior se crea utilizando un revestimiento especial.
Los componentes del espejo del sistema solar requieren un mantenimiento periódico. Los espejos desgastados se reemplazan por otros nuevos. Se fabrican en la planta del centro solar.
- Helióstatos – un complejo de espejos que redirige los rayos del sol en la dirección de una parábola. El sistema de helióstatos del horno solar francés tiene 63 componentes de espejo.
El tamaño de un helióstato es de 7,5 × 6,5 (m). La superficie de trabajo del helióstato está formada por 195 inserciones de espejos. El área total de los espejos del sistema de helióstatos es de 3022 (m2).
Una característica de los helióstatos es la rotación automática de los espejos siguiendo al Sol. En este caso, la radiación solar estable se transmite al concentrador a lo largo de las horas del día.
Al mismo tiempo, los concentradores pueden cambiar el ángulo de inclinación de la superficie de trabajo. Esto le permite ajustar el grado de potencia térmica, según la tarea realizada por el horno.
Cómo funciona el sistema solar en condiciones reales.
¿Qué puede hacer un horno solar?
El complejo solar francés en Odeillo permite garantizar la temperatura en la zona de enfoque al nivel de 800-3500 C. El potencial del horno solar es suficiente para fundir la mayoría de los metales y aleaciones refractarias:
Por supuesto, el complejo solar de los Pirineos franceses no es una instalación industrial. De alguna manera, el complejo puede ser considerado como semi-industrial, con énfasis en la investigación científica.
Pero el complejo solar Solntse, ubicado en Uzbekistán, también es capaz de realizar tareas industriales. Cada año, el horno solar de Uzbekistán realiza alrededor de 100 fundidos de metal. Un centro de producción opera en el territorio del sistema solar uzbeko, donde se fabrican productos industriales y médicos.
los sistemas solares son la única fuente de energía térmica donde el calentamiento se realiza instantáneamente. Esta propiedad de los sistemas solares se ha vuelto indispensable para el campo de las pruebas. El sistema solar se utiliza para probar la fuerza de los reactores nucleares y las naves espaciales.
En el contexto de una creciente escasez de leña en India, se comenzaron a construir sistemas solares en lugar de crematorios. La tarea de cremación es manejada fácilmente por un reflector con un área de 50 (m2). En este caso, el punto de enfoque le permite crear una temperatura de 700 C.
Una sesión del horno solar permite ahorrar 200-300 (kg) de madera.
Que otros tipos de hornos solares existen.
¿Existen hornos solares compactos y móviles?
En los últimos años, las estufas domésticas alimentadas con energía solar se han generalizado. Los hornos para uso privado se pueden dividir en 2 categorías:
Los sistemas solares domésticos se utilizan en el campo de la cocina. Entre tales hornos hay muchos desinfectantes de agua y pasteurizadores.
- horno solar estacionario – una parábola masiva y pesada. El análogo más cercano a un concentrador de este tipo es una antena parabólica con un diámetro de 1,5-2 metros.
Por cierto, tales hornos están hechos principalmente de placas viejas. Aunque también se pueden utilizar nuevos espacios en blanco individuales.
La parábola está montada en un soporte con un mecanismo giratorio. El peso total de la estructura suele alcanzar los 20-40 (kg).
Los hornos solares estacionarios se instalan con mayor frecuencia en el territorio del sector de la vivienda privada. Se trata de una especie de cocina de campaña casera, que no requiere electricidad, gas ni leña para su funcionamiento.
En promedio, los sistemas solares de tipo estacionario generan energía térmica al nivel de 700-1000 (W).
- horno solar movil – Sistema solar ligero y compacto, diseñado principalmente para turismo y camping.
El sistema solar en marcha repite el diseño de sus contrapartes estacionarias. La única diferencia es que las estufas turísticas tienen un conveniente diseño plegable. Pesan mucho menos y tienen dimensiones compactas.
El peso medio del núcleo turístico es de 3 (kg). En el estado plegado, las dimensiones del sistema solar están dentro de 0,5 × 0,3 × 0,2 (m). Aunque las dimensiones y el peso pueden ser diferentes, tanto arriba como abajo.
Las estufas solares turísticas son buenas porque se pueden usar fácilmente en lugares donde no hay leña o está estrictamente prohibido usar fuego abierto.
Un horno solar portátil generalmente genera una salida de calor de 250-500 (W).
Entre los sistemas solares móviles, los modelos con una cámara de calentamiento cilíndrica son ampliamente utilizados. En tales hornos, el papel de los platos lo desempeña un matraz de vidrio templado con una cápsula de vacío.
Los termos de vacío son buenos porque se pueden usar incluso en la estación fría. La presencia de un vacío hace que los platos parezcan un termo.
