Pokud slunce svítí, je nejlevnějším zdrojem tepla o výkonu zhruba 1 kW na každý čtvereční metr kolmo osvícené plochy. Čočkami nebo zrcadly je možné tento výkon soustředit na nějakou menší plochu až bod a docílit tak případně i závratných teplot.
Tento ideální zdroj tepla má kromě toho, že slunce "nesvítí" pořád, ještě nevýhodu v tom, že se po obloze neustále pohybuje. Pokud tedy chceme, aby nám ohřívalo stále stejný předmět, musíme čočku nebo parabolu od rána do večera přesouvat a natáčet, což nám využití sluneční energie komplikuje a taky prodražuje.
Toto vlákno bych chtěl věnovat nápadům, kterak tento problém řešit nějak levněji a jednodušeji, v ideálním případě pokud možno bez pohybu rozměrných částí nebo alespoň s pohybem značně zjednodušeným.
0
2
farkas 16.06.2017 14:59 Bydliště: Střední Čechy
2929
344
3995
Vždycky, když se letní teploty pohybují kolem třicítky a slunce žhaví vše, čeho se jeho paprsky dotknou, přemýšlím o tom,, jak by bylo skvělé umět to teplo schovat a pak celou zimu pouštět domů.
0
0
Poota 16.06.2017 15:35 Bydliště: Praha
9068
603
7583
To je ovšem spíš o akumulaci tepla a nějakých výměnících - na to je jiné vlákno. Tady jde spíš o to, jak to teplo zachytit a koncentrovat
0
0
Poota 17.06.2017 12:47 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Slunce a čočka
Pro koncentraci světla se pochopitelně používají čočky spojné, pro tepelné využití nevadí jejich chromatická vada, takže mohou být jednoduché. Nevýhodou je jejich váha prudce narůstající s jejich průměrem. Zároveň s průměrem narůstá i jejich tloušťka - tuto nevýhodu odstranil až Fresnel (čte se "Frenel") https://cs.wikipedia.org/wiki/Fresnelova_%C4%8Do%C4%8Dka
Fresnelovy čočky se vyrábějí i z plastů jako trochu silnější fólie a používají se třeba pro zvětšení zorného pole u zadního okna automobilu
Pro nás je zásadní nevýhodou jakýchkoli čoček to, že jimi paprsky procházejí pouze přímo a pouze se lomí k ose svazku. Pokud chceme docílit toho, aby koncentrované paprsky dopadaly do stále stejného místa, musíme během dne pohybovat čočkou nebo tím místem, případně obojím najednou.
0
2
Poota 17.06.2017 13:54 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Slunce a zrcadlo
Pro soustředění paprsků na menší plochu až bod slouží parabolické zrcadlo. Jeho určitou modifikací může být jeho rozložení do Fresnelových pruhů, které sníží jeho hloubku https://www.youtube.com/watch?v=1fSnHztkqI0&t=34s
Nevýhodou parabol je hlavně jejich obtížná výroba a také váha prudce vzrůstající s jejich velikostí. Pro nás je nevýhodné i to, že stejně jako čočky potřebují během dne měnit svůj směr a to zpravidla i s ozařovaným zařízením.
Vysokovýkonná zařízení zůstávají stabilní a parabola je rozložená na stovky až tisíce plochých zrcadel, jejichž pohyb je řízen počítačovým centrem tak, aby každé z nich celý den odráželo paprsky přímo na zařízení.
Koncentrovat paprsky na menší plochu je snadno možné i jednodušeji než parabolou, a to válcovitě prohnutým zrcadlem. Jeho výhodou je snadná výroba i snadná změna jeho ohniskové vzdálenosti, určitou nevýhodou je to, že paprsky nesoustřeďuje do bodu, ale do přímky. Tato nevýhoda se dá odstranit použitím ještě dalšího zrcadla, jehož válcovitost je kolmá.
Válcovitými zrcadly jsme si zatím zjednodušili a zlevnili výrobu, ale stále ještě potřebujeme zrcadly pohybovat, a pokud chceme mít teplo soustředěné do "bodu", tak dokonce dvěma.
Jisté zjednodušení se nabízí v tom, že můžeme ozařovat rovnou dlouhou vodorovnou trubku s vodou, takže k tomu stačí jenom jedno zrcadlo, které naklápíme jenom ve svislém směru. Pokud se spokojíme s menší účinností, můžeme zrcadlo nechat i pevné.
Dokonalosti jsme zatím nedosáhli, ale jistý pokrok už to přece jenom je.
Tak nějak se stále nemůžu zbavit dojmu, že zrcadla by mohla nějak docílit i toho, aby soustředěné paprsky dopadaly po celý den do jednoho jediného místa, a to i bez pohybu zrcadel. Pokud se to nebude muset hýbat, tak by nemusela vadit i nějaké větší konstrukce - uvidíme.
Solární elektrárna (Dostupné jen pro přihlášené uživatele)
Solární ohřev vody (Dostupné jen pro přihlášené uživatele)
Obrázky není povoleno jakkoli šířit bez souhlasu jejich autora, a to ani v jakékoli upravené formě
1
1
Had 20.06.2017 14:05 Bydliště: Tam kde hřmí stihačky
1306
87
1383
Chybí my účel.
Pokavad je potřeba teplota do 250°C stačí i plochý kolektor. Jsou-li požadovány teploty k 1000°C, pak se již bez koncentrace energie neobejdeme. Dalším parametr je, kolik té energie potřebujeme celkem.
Malá lupa o průměru pár centimetrů vyvine teplotu nad 300°C, ale kotlík čaje s ním neuvaříme.
Zatím co 4m2 vám dodají téměř 4kW při 200°C, a to již uvaříte.
Koncentrovat (paprsky) energii pomocí rozdělený Fresnelovy čočky bez dodávání externí energie by šlo snad realizovat pomocí konstrukce využívající bimetalu. A využít efektu denního rozdílu teplot, ale kompenzovat rozdíly teploty jednotlivých dnů, nevím.
Nejjednodušší se my pořád jeví elektronické ovládání.
0
0
Poota 20.06.2017 15:11 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Had napsal(a):Nejjednodušší se my pořád jeví elektronické ovládání.
Mně ne - a to z toho jednoduchého důvodu, že pokud potřebujeme velký tepelný výkon, tak pro něj musíme soustředit paprsky z velké plochy, což znamená i velké zařízení. Velké a těžké. A s tím také pohybovat, což je hlavně mechanický a energetický problém, u kterého ta elektronika řeší jenom efektivitu ovládání.
Mým cílem je stabilní a nepohyblivé zařízení, které bude soustřeďovat teplo do jednoho místa. Pokud se s ním nebude muset hýbat, tak jeho velikost ani váha už nehrají žádnou roli.
0
1
Had 20.06.2017 22:18 Bydliště: Tam kde hřmí stihačky
1306
87
1383
A nějak si nerozumíme, výkon slunce je cca 1kW/m2. A teď záleží jestli chci hodně energie, tak musím osadit potřebnou plochu. Ale z plošných kolektorů nevyrazím víc jak 240°C efektivně. Chci-li jít nahoru teplotou musím soustředit energii do menšího bodu.
Zařízení lze dělat jednodušší a lehký, ale plochu neošidíme a to narazíme na jeden takový malý problém zvaný vítr. Takže určitou pevnost a váhu nebo kotvení to bude muset mít. Pokud se bavíme o stacionárních zařízeních. U mobilních to bude o něčem jiném.
Trubice na kolektorech se chovají částečně jako lupy v jedné ose. Světelný tok se průchodem skrz sklo zalomí, nevím jak moc tepelné záření mění směr při průchodu sklem. Takže jediný bezpohybový systém by byl složen s polokoulí, které by soustřeďovaly energii dovnitř. Ale to není pro domácí kutění.
0
1
Poota 20.06.2017 23:21 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Had napsal(a):Takže jediný bezpohybový systém by byl složen s polokoulí, které by soustřeďovaly energii dovnitř.
Ale rozumíme si výborně - opravdu pokud chceme větší výkon, tak musíme pokud možno velkou plochu koncentrovat na plochu podstatně menší.
Ty Tebou navrhované polokoule určitě nejsou jedinou možností - a navíc bohužel takhle nefungují, a to ani ne jako tzv. kulové lupy, které jsou "řezané" ve dvou třetinách a dokážou na rovnou spodní plochu soustředit i zcela nepatrné množství světla tak, že se jimi dá např. číst text programu v setmělém hledišti a nebo při pouhém světle hvězd. Paprsky sice koncentrují do bohu, ovšem jejich průchod lupou je stále v ose jejich svazku, takže tudy cesta nevede.
Nicméně určitou myšlénkou na "zastavovač slunce" se již zanáším a zatím stále ještě pracuji na na ověřování a řešení dílčích problémů s tím spojených. Zatím je již jasné, že to nebude cestou čoček, ale cestou zrcadel.
0
2
E_man 21.06.2017 06:43 Bydliště: Kde lišky dávají dobrou noc
2217
84
1820
Myslím, že je třeba si ujasnit co potřebujeme, chceme a můžeme dostat.
Chtít vysokou teplotu sice můžeme potřebovat i chtít, ale bude to velmi drahé ať už s se soustavou čoček, zrcadel či fotovoltaických panelů.
Za předpokladu, že nechceme jít cestou fotovoltaiky je rozumné chtít jen dostatek energie pro ohřev TUV a bazénu (v létě) či ohřev TUV a vytápění (po zbytek roku). Tady plochu kolektoru pro snímání světelné energie nijak neošidíme. Záleží jen naší kreativitě jaké dostupné a "levné" prostředky pro to použijeme. Úmyslně dávám slovo "levné" do uvozovek, protože při tom musíme zanedbat cenu našeho času, který tomu věnujeme. Jinou cenu času bude mít člověk co okrade tisíce lidí prostřednictvím fondů, bank a nekalých finančních praktik, jinou cenu času bude mít podnikatel mající sice velký příjem ale za cenu poctivě se věnující rozvoji svého podnikání a jinou cenu bude mít důchodce či člověk mající příjem v režimu námezdní síly.
Cestou fotovoltaiky pak jde buďto člověk, který má dostatečný příjem aby si mohl koupit již vypracované fotovoltaické systémy bez nutnosti reálné návratnosti investice nebo člověk s dostatečnými technickými znalostmi, aby dokázal použit stále levnější fotovoltaické články, které si však musí sám poskládat a zapojit. (Tady nemluvím o profesionálech, kteří chtějí elektřinu prodávat!).
V této souvislosti bych rád upozornil, že zatímco hotové FV panely se prodávají okolo 40-50Kč/1Wp (1Wp tj 1 watt špičkového výkonu), tak polotovary, ze kterých lze FV panely sestavit jsou již k dostání v cenách okolo 10Kč/1Wp, ale vyžadují další náš um a domácí kreativitu.
0
4
Poota 21.06.2017 11:20 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Návratnost "hotových" řešení fotovoltaiky je stejná jako jako jejich životnost - takže tudy cesta k nějakým úsporám nevede.
0
2
Poota 29.06.2017 11:49 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Slunce a zrcadlo
Tak abychom zas trochu pokročili na naší cestě k "zastavení" Slunce
Zmínil jsem se už o prohnutých zrcadlech, tedy takových které vzniknou prohnutím rovného plechu. Takové zrcadlo se vyrobí velice snadno a také se mu snadno nastavuje míra prohnutí a tím i ohnisková vzdálenost. Jistou daní za tyhle výhody je to, že ve svém ohnisku soustředí paprsky do "čáry" a nikoli do bodu. Proto samostatně se používá jen pro ohřívání rovných ležatých trubek.
Pokud chceme dostat bod, musíme použít ještě jedno takové zrcadlo, ovšem prohnuté "kolmo" na to první. Jestliže je umístěné v polovině ohniskové vzdálenosti prvního zrcadla, tak má stejnou šířku, ale stačí jenom poloviční výška. Při jeho poloviční ohniskové vzdálenosti budou paprsky soustředěné do bodu pod prvním zrcadlem.
Vzájemnou vzdáleností obou zrcadel a změnami jejich optické mohutnosti můžeme umístit bod soustředění právě tam, kde bude nejužitečnější.
Touto soustavou válcových zrcadel docílíme sice snazší výroby, ale Slunce putuje po obloze pořád dál, takže by bylo potřeba pohybovat místo jednou parabolou dvěma zrcadly. Takže v tomto jednoduchém provedení to žádný velký přínos není a bude nutné ho přece jenom ještě s něčím skombinovat - naštěstí je s čím.
0
0
Poota 29.06.2017 12:21 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Slunce a zrcadlo
Jedno zrcadlo odráží dopadající paprsky ve stejném úhlu, v jakém na něj dopadají. Dvě rovinná zrcadla si podle stejného pravidla paprsky navzájem posílají a k zajímavým jevům dochází ve dvou případech - když jsou obě zrcadla rovnoběžná a když jsou navzájem kolmá.
První případ vytváří "nekonečnou" řadu zrcadel a obrazů, která je sice hezká, ale pro nás nezajímavá.
V druhém případě dostáváme obraz stranově převrácený, takže se vidíme přesně tak, jak nás vidí ostatní - třeba svoje pravé oko vidíme proti sobě vlevo. Tímto způsobem se dá i ověřit nebo zjistit naprosto přesný pravý úhel, protože tato vlastnost mizí už při nepatrné odchylce od pravého úhlu zrcadel.
Pokud do této soustavy zrcadel dopadají paprsky, tak se odrážejí zpátky tím samým směrem, ze kterého přišly. S praktickým využitím tohoto jevu se setkáváme denně na silnicích, protože právě na něm je založeno fungování reflexních značek, u kterých je využit naprosto dokonale. Pod rovným krycím průhledným plastem je odrazná plocha rozdělena do malých čtverečků, z nichž je každý tvořen čtyřmi trojúhelníky, tvořícími malý dutý jehlan se všemi stěnami navzájem svírajícími pravý úhel.
Pokud na značku posvítíme, tak odráží světlo zase jenom k nám a "zhasne" až když už na ni svítíme pod úhlem větším, než 45o.
Zajímavé - ale pokud bychom použili totéž, tak bychom docílili jenom toho, že by se paprsky slunce odrážely zpátky přímo ke slunci. Takže takhle jednoduše to nepůjde a budeme muset přece jenom trochu kombinovat.
0
0
Poota 29.06.2017 13:18 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Slunce a primární zrcadlo
Takže s chutí do toho kombinování
Princip reflexní značky nám nevyhovuje a to je dobře, protože jejich výroba je složitá a náročná na přesnost.
Takže použijeme "stabilizaci" paprsků jenom v jedné rovině a první odraznou plochu složíme z úzkých pruhů, které spolu budou cik-cak svírat pravý úhel. Tím budou "vodorovně" odrážet paprsky ve směru slunce a výškově je můžeme posílat jiným směrem. Zároveň můžeme celou plochu mírně prohnout, takže nám bude provádět vertikální kondenzaci.
Tato plocha nám bude "směrovat" pouze paprsky přicházející ze sektoru v šíři 90o, ovšem nic nám nebrání pokračovat další obdobně sestavenou plochou, připojenou v pravém úhlu. Tím pokryjeme 180o a připojením další plochy můžeme obsáhnout 270o a víc už v praxi není potřeba - i když teoreticky je tak možné obsáhnout celý kruh čtvercem ze čtyř ploch.
Toto primární zrcadlo je vhodné sklonit tak, aby při zimní sluneční dráze odráželo paprsky "pod slunce" - tím nebude sekundární zrcadlo nikdy slunce stínit.
0
0
Poota 29.06.2017 13:55 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Slunce a sekundární zrcadlo
Sekundární zrcadlo bude sice jednodušší, ale zato podstatně rozměrnější. Odraznou plochou bude směrováno od slunce, takže jeho zadní plocha bude osluněná a nabízí se její využití na fotovoltaické panely.
Optické zákonitosti se příliš ošidit nedají, a my potřebujeme dostat ohnisko tohoto zrcadla do středu křivosti i přes to, že běžně bývá v polovině této vzdálenosti. Takže plochu zrcadla budou tvořit svislé pruhy, rozmístěné na části kružnice o poloměru rovném vzdálenosti k primárnímu zrcadlu. Jednotlivé pruhy budou mírně vytočené "ven", aby jejich směr odpovídal dvojnásobnému poloměru. Mezery mezi pruhy budou vítaně snižovat namáhání sekundárního zrcadla větrem.
Horní hranu zrcadla stanoví zimní dráha slunce a dolní vyjde jako spodní hrana obrazce, vrhaného primárním zrcadlem při letní dráze.
Touto soustavou docílíme, že paprsky soustředěné do malé plochy, budou dopadat sice ze stále jiného směru, ale přece jenom do stejného bodu v místě pod primárním zrcadlem, kam je možné umístit svislou válcovou nádobu s ohřívaným médiem.
Takže princip je jasný a zbytek jsou již jenom detaily konkrétního řešení.
1
0
Had 29.06.2017 22:22 Bydliště: Tam kde hřmí stihačky
1306
87
1383
Poota napsal(a):Sekundární zrcadlo bude sice jednodušší,
No nevím podle popisu jednoduchá výroba?
Nevím jestli je tolik důležité soustředit energii pouze do jednoho bodu. Stačilo by soustředit pouze v jedné ose. Za použití obyčejných hranolu stačí koncentrovat energii do zúženého pásma viz. nákres. Jednak by se zvýšila využitelná plocha dopadu znázorněna červenou linkou. Další plus bude výroba hranolu, určitě bude levnější jak soustava zrcadel. Další výhodu by byla určitě provozní spolehlivost. Svislé plochy nebo plochy s hodně kolmým úhlem se hůře zanášejí sněhem, nečistotami a nebudou tolik hákliví na námrazu. Ta ráda vzniká u zařízení s výbornou tepelnou izolací. Z nákresů je vidět i o kolik je červená čára (znázorňuje plochu dopadu energie) delší při použití hranolu oproti jednoduché ploše.
V části A je znázorněno zimní období, v části B letní období.
Had napsal(a):Nevím jestli je tolik důležité soustředit energii pouze do jednoho bodu.
Naprosto klíčové!
Velikost plochy, která světlo "přijímá", rozhoduje o množství přijatého tepla. Koncentrací na menší plochu stoupá dosažená teplota.
Dovolil jsem si předpokládat, že pokud se někdo o sluneční energii zajímá, tak tyhle triviálnosti bude znát.
Není mi jasné, proč by mělo být nějak výhodné použití zřejmě skleněných hranolů a děsí mě představa ceny hranolů o "vstupní ploše" několika metrů čtverečních
0
1
Had 30.06.2017 16:36 Bydliště: Tam kde hřmí stihačky
1306
87
1383
Poota napsal(a):Naprosto klíčové!
Velikost plochy, která světlo "přijímá", rozhoduje o množství přijatého tepla. Koncentrací na menší plochu stoupá dosažená teplota.
Nenapadám tvoji koncepci zrcadel, pouze předkládám alternativní řešení koncipované pro naše podmínky.
Koncentrovat teplo ano, ale máme nějaké technologické a bezpečnostní limity, jde-li o využití v domácnostech.
Bohužel u sluneční energie půjde vždy o velikost plochy, základní zákony neobejdeme.
Při koncepci se zároveň snažím i zohlednit technologickou proveditelnost. Jakýkoliv geniální nápad, pokavad nelze realizovat, je k čemu?
Hledáš-li řešení pro rovníkovou afriku a nebo průmyslové využití, ber moje předešlé příspěvky jako bezpředmětné, nesouvisející s tvým tématem .
0
0
Poota 30.06.2017 18:53 Bydliště: Praha
9068
603
7583
Nehledám řešení pro průmysl nebo Saharu.
Snažím se najít řešení, které nemá omezenou velikost tím, že by se to muselo celé natáčet podle slunce.
Například na přijatý výkon 7 kW potřebujeme parabolu o průměru 3 metry, která nám dá celkem nevelký výkon za již značné potíže s jejím směrováním.
Při stabilním a nepohyblivém zařízení rostou potíže se zvětšováním užitečné plochy podstatně pomaleji a dají se řešit daleko snadněji.
O ničem jiném to není.
0
0
Had 30.06.2017 22:47 Bydliště: Tam kde hřmí stihačky
1306
87
1383
Znova jsem si přečetl příspěvky. Nějak se bavíme o něčem jiném. Jestli jsem to správně pochopil tak tvoje koncepce přenáší zachycenou energii do "libovolného místa". To znamená, že se bude měnit plocha vztažená na kolmou rovinu vůči slunci a tím i výkon. Jediný tvar, který toto kompenzuje je kulovitý tvar, ale ten má zase jiné nedostatky.
Toto je pouze "akademická" diskuze.
Jednoduchou úvahou lze vyvodit závěr, jak dopadneme se stacionárním zařízením, jestliže se pohybuje zdroj. Tento pohyb nejde kompenzovat pevně nastaveným "lapačem". Zákon fyziky je neoblomný, změní-li se úhel na vstupu, změní se i úhel na výstupu a je jedno jestli použiju zrcadlo, čočku či hranol.
Může se pouze pokusit technicky to ošálit, nikoliv obejít.
A nějak si nerozumíme, výkon slunce je cca 1kW/m2. A teď záleží jestli chci hodně energie, tak musím osadit potřebnou plochu. Ale z plošných kolektorů nevyrazím víc jak 240°C efektivně. Chci-li jít nahoru teplotou musím soustředit energii do menšího bodu. 
.
Podpořte chod fóra 