Вакуумный коллектор на крутых поворотах

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

эти данные нужно запросить у производителя трубки, есть коэффициент отражения материала, и световой поток на наклонную поверхность в конкретной местности, можно грубо прикинуть энергию, судя по роликам в интернете концентраторы гораздо большей площади фокусируют на трубу, так-же немаловажно обеспечить теплосъем с трубки, для предотвращения перегрева и более интенсивного теплообмена. ваши волнения излишни.

нет, это только для воздуха

если есть необходимость, построю процесс. есть и онлайн калькуляторы в сети

 

@promavto, может быть я поступаю не совсем правильно, но я все таки сделаю этот "ход конем". Не так много вращающихся солнечных коллекторов, чтобы терять практический опыт по ним.

Должен же быть кто то первым.
Моя практическая реализация крутящегося коллектора пока заморожена, но теоретически проект не стоит на месте. А тут появилась первая практически готовая реализация следящего за солнцем вакуумного коллектора. Тема была здесь Использование солнечной энергии, но обсуждения по ней зашли не в то русло. Попробуем пока здесь, время не ждет. Тем более, что я тоже застопорился в частности на контроллере, который будет управлять вращающимся СК. Картинки готовой реализации от @promavto,

Расчеты по энергетике того, что дает возможность горизонтального поворота всего коллектора я уже начал, ближе к ночи, выложу первые результаты. Пока интересуют материалы практической реализации. Какие трубы используются в гибкой подводке, как они ведут себя при крайних поворотах системы? И вопрос как сейчас осуществляется управление включения насоса прокачки остается открытым?

 

@_AK_,
Давайте конструктивно. Чем не нравится восточный поворот коллектора например в марте? Солнце невысоко над горизонтом, лучи падают почти вертикально, солнечные трекеры на панелях показывают что это действительно так, точную энергетику с учетом атмосферной массы выложу ночью,

 

Излучают, вакуум не помеха излучению, Ваша практика показала, что мало излучают, согласен. Температуру внутри трубки при этом не измеряли? Если температура излучающей поверхности внутри трубки будет большая, то мало превращается в несколько процентов. Только эти проценты рукой не пощупать, излучение не останавливается на прозрачной поверхности стекла. Его нужно ловить чем то перед стеклом.

 

Поворот по вертикали возможно какой-то эффект даст, и то надо проверять, а поворт по азимуту - мизер.

График солнечной мощности по времени суток я приводил, он почти синусоидальный. Это значит, что утром и вечером тепла от солнца слишком мало, чтобы стоило ради этого СК поворачивать. А днем, за счет трубчатой кострукции СК, трубке все равно откуда светит солнце, справа, сверху или слева. Главное, чтобы трубки не бросали тень друг на друга, это единственное требование. Если оно выполняется, то как ни крути по азимуту, результат будет абсолютно тот же самый.

 

Так вроде когда солнце на востоке как раз трубки бросают эту тень. Конец марта, начало апреля солнце уже порядочное время находится на востоке. Для Вас возможно это меньше (Какая кстати у Вас широта?) для северных широт это актуально. Это означает что можно раньше начинать прогревать до нужных Вам 12С для старта насоса коллектора. Кстати термодатчик в коллекторе не пробовали устанавливать внутрь трубки? По некоторым данным это увеличивает время работы коллектора на 2 часа.

 

Замечания и уточнения по конструкции поворотного устройства. Вся установка (более 70 кг.) смонтирована на ступице заднего колеса автомобиля ВАЗ. Установка простояла несколько лет, особых замечаний нет. И не смотря на то, что у ступицы довольно крепкая конструкция, все же желательно иметь две точки опоры. То есть ступицу установить как опорный узел, вверху установить еще один подшипник. И через все это пропустить трубу, на которой и закрепить раму солнечной установки. Примерно такой принцип применяется на радиолюбительских антеннах для крепления траверсы. У меня как раз освободился такой поворотный механизм. Надеюсь этим летом сделать замену поворотного устройства.

Следующие предостережение. На нижней части вакуумной трубки находится небольшой стеклянный выступ, которым запаивают трубку (не знаю как точно его назвать, пусть будет так). Так вот он очень хрупкий, при этом сама трубка довольно крепкая. Поэтому нужно очень осторожно устанавливать трубки на раму и плотно не закручивать нижнее крепление трубки.

Далее, подводящие трубки теплоносителя, позволяющие вращать установку. В качестве таких трубок я применил сантехнические резиновые трубки в металлической оплетке. Но они мне не очень понравились, подтекали когда температура была близка к кипению. В дальнейшем я их заменил на гофрированные газовые из нержавейки на 3/4 и длиной по 2 метра (или немного больше). Трубы довольно гибкие, достаточной длины, поэтому изгибаются при вращении без проблем.

 

Определю для начала угловые пороги этого дня. Быстрые временные расчеты решил пока не делать, пойдем педантично и постепенно, информацию нужно выдавать дозированно, попутно может кто то поправит, если я ошибаюсь. Трубки вертикально, размеры по моим такие внутренний диаметр 47мм, внешний 58мм, между осями трубок 80мм.


Максимальный не затеняющий вариант составляет угол дня 97.5, с легким затенением через 2 стекла соседних трубок угол 107.2, далее начинается постепенное сильное затенение соседними трубками, на границе половины трубки угол становится 125.6.

 

Из этого следует, что работает установка не весь световой день. Выход из положения вижу только если разместить две установки под углом или вращать установку с ориентацией на Солнце.
В случае установки двойного коллектора минус - двойная цена, плюс - система неподвижная.
При поворотном варианте минус - цена почти равна двойной секции (поворотный механизм, контроллер управления) и ненадежный механизм подключения труб теплоносителя, плюс - точная ориентация и максимальный съем энергии Солнца. Отсюда максимальная эффективность установки (имеется ввиду получения тепла).

 

Если заклеить заднюю половину трубки отражающим материалом, то площадь захвата солнечного излучения для коллектора увеличивается, конечно не на 30-40%, 58/47=1.234 (опять пошли мистические цифры, к чему бы это?) 23.4% добавляется. Это подходит для вращающегося СК без общего отражателя сзади. При этом не обязательно делать постоянное вращение, два разных положения за день захватывают азимут солнца 110*2=220°.

Это идеальный незатененный вариант, с легким затенением добавляется еще 30° (125*2=250°).
Для крайних трубок неподвижного коллектора конечно все по другому, восточная нагревается очень рано по сравнению с средними, западная очень поздно выключается.
Для вращающегося все трубки почти одинаковы (не учитываю пока отражение от стекла соседних трубок). На что это может повлиять? Для неподвижного я думаю это влияет на расположения датчика температуры по которому включается насос коллектора. У меня в заводском коллекторе гильза под датчик находится около западной трубки, то есть первое включение насоса произойдет после прогрева всего коллектора. Вот постепенно подошли и к тонкостям управления, с которыми должен справится контроллер.

 

Возьмем стандартный простой дифконтроллер для СК.
Имеем такую систему с датчиками температуры

Датчики измеряют температуру теплоносителя на солнечном коллекторе и в баке накопителя, контроллер высчитывает разность температур и если она превышает заданное значение, включает насос. Как только разность упадет ниже заданного значения, насос отключается. Это основной принцип работы по дифференциалу. Для некоторых систем этого достаточно. Графически это выглядит так для дифференциала 2°С

Значение дифференциала зависит от устройства системы, например от длины теплотрассы по улице и др. Но это одно постоянное значение позволяет работать установке при разной облачности в течение дня.
Для продвинутого (эффективного, экономного) управления добавляются дополнительные условия/правила.
Естественно нужно ввести гистерезис для исключения многократного включения и аварийные варианты: превышение температуры на горячем датчике, отказ датчиков температуры - включение аварийной прокачки. Полная инструкция пользователя простого дифференциального терморегулятора во вложении.
Другой продвинутый контроллер собран на Ардуино от @viktor-gon, уже имеет большие расширенные возможности с мониторингом системы, удаленным управлением и другие разные нужные плюшки.
Но вариантов с управлением вращения пока нет.
Лично мне нужен еще более сложный контроллер, у меня добавляется одновременно 2 разных вида теплоносителя жидкий и воздух для одного и того же коллектора, моя конструкция позволяет такую возможность. Попробую постепенно посоздавать алгоритм управления такого СК. Можно начать с простого варианта совместить простой дифтерморегулятор с простым вращением по горизонту или еще проще 2-3 разных положения за день.

 

Вся внутренняя поверхность колбы заполнена фольгой. На заднюю стенку солнце не попадает. Отражать нечего, все перехвачено передней стороной. На фото внутреннее устройство трубки.
Фактически, то что Вы планируете наклеить уже сделано внутри колбы.

 

А толщина вакуумного промежутка? Примерно по 5,5мм с обоих сторон умножаем на длину трубки. Если сзади не закрыто внешнее стекло трубки, то свет проходит сквозь 2 стекла и вакуум и проходит насквозь, не попадая на селективное покрытие внутренней стенки колбы. Повнимательней посмотрите на рисунки. Могу разрисовать и подробнее с отражающим слоем и проскакивающим мимо лучом.

 

На колбе специальное покрытие, не проходит свет насквозь. Прекращаю обсуждение по этому вопросу.
Ничего страшного если наклеите сзади отражатели.

 

Ну а я наоборот, хочу для начала получить грубую оценку. Предположим, что мощность солнечного потока в течении дня меняется по синусоиде, а солнечный день равен 12 часов. Округленно примем, что трубки не затеняют друг друга, пока солнце находится +-45 градусов от зенита. И еще примем, что утром затенение убывает более-менее линейно от рассвета до тех пор, пока солнце не поднимется на 45 градусов. Вечером симметрично, затенение убывает.

Упрощенно, первые 3 часа после рассвета удельная мощность солнца растет более-менее линейно, а мощность улавливаемая неподвижным СК растет параболически. И последние 3 часа перед закатом мощность параболически убывает.



При принятых допущениях мощность солнца в течении дня меняется как показано синей линией, это то, что поймает подвижный СК. А неподвижный СК "на хвостах" поймает то, что условно обозначено голубыми линиями.

Площадь синей полуволны - это энергия, собранная подвижным СК. Площадь голубого графика - это энергия, собранная неподвижным СК. Серым закрашена разница в площадях, на столько меньше энергии поймает неподвижный СК.

Соответственно, если поставить СК у которого на несколько трубок больше, то производительности подвижного и неподвижного СК сравняются.

Посмотрим, во что это обойдется. Из ценника компании Run On Sun:

Collector with 240-volt pump, solar controller, AVG solar Air/Steam vent and an Australian standard high temperature check valve.
24-tubes with a 15 or 30-degree frame. $1880
30-tubes with a 15 or 30-degree frame. $2080

Всего AUD $200 долларов разницы, это примерно 9200 рублей. И никакой мороки с моторами, гибкими шлангами, и т. п. Конструкция у неподвижного СК простая, долговечная, не требующая обслуживания.