Еще один пример использования солнечной энергии для приготовления пищи. На этот раз автор решил сделать солнечную печь деревянной конструкции, чтобы ощутить всю выгоду использования бесплатной солнечной энергии.
При качественной сборке печь подобной конструкции сможет прослужить долгие годы для приготовления пищи на солнце.
1) деревянные брусья
2) влагостойкая фанера толщиной 20 мм
3) тонкие листы алюминия
4) металлические штыри
5) колесики
6) антисептик
7) краска
Рассмотрим основные особенности конструкции солнечной печи и этапы ее сборки.
Главным преимуществом печи подобной конструкции является то, что для слежения за приготовлением пищи, вовсе не нужно находится в зоне зеркал под ослепительными лучами солнца.
Корпус солнечной печи автор решил делать из древесины, так как с ней довольно легче работать, к тому же у автора уже был опыт работы с деревом. Сам корпус выполнялся из деревянных брусьев, соединив которые автор получил основной каркас солнечной печи. Данный каркас был обит влагостойкой фанерой толщиной 20 мм, хотя так же можно использовать обычные доски. Сам корпус был изготовлен по форме прямоугольного треугольника.
После этого внутреннюю часть поверхности солнечной печи автор устелил тонкими листами алюминия. Приготовление пищи будет происходить за счет передачи тепловой энергии полученной данными листами металла, которые будут нагреваться под лучами солнца.
Затем автор приступил к сборке солнечной печи, точнее ее основной камеры для приготовления пищи. Для этого все стенки обитые листами тонкого алюминия были соединены таким образом, чтобы все внутренне пространство было обито металлом.
Как видно из картинок, сзади остается небольшое отверстие, которое послужит дверцей. То есть укладка пищи и слежение за ее приготовлением, будет осуществляться через эту дверцу расположенную на задней стенке печи. Таким образом вы будете защищены от прямых солнечных лучей.
Данную дверцу автор решил закрепить при помощи обычных дверных петель. Благодаря этому будет довольно легко и удобно открывать ее для демонстрации состояния пищи, и закрывать обратно если еда еще не приготовилась.
Важным фактором эффективной работы подобной солнечной печи является то, чтобы она была постоянно повернута своей лицевой частью под прямые лучи солнца. Это позволит металлическим листам быстрее нагреваться.
Далее полученную камеру для приготовления пищи автор накрыл стеклом и герметизировал. На данном этапе сборки важно проследить, чтобы внутри камеры приготовления отсутствовали какие-либо цели или отверстия, через которые сможет уходит горячий воздух. В случае обнаружения подобных щелей, их стоит обязательно устранить, так как это может серьезно отразиться на эффективности печи и температуре внутри камеры приготовления.
Для того, чтобы печь находилась не на земле, а на удобном уровне высоты, автор сделал ножки из деревянных брусьев.
Так как печь необходимо поворачивать к солнцу по мере его перемещения, то к брусьям были приделаны небольшие колеса, что существенно облегчило задачу передвижения печи.
Чтобы еще сильнее повысить эффективность и мощность данной печки, автор сделал дополнительные отражатели. Такие отражатели можно изготовить из зеркал, полированного алюминия или полированной нержавеющей стали. В данном случае автор решил сделать отражатели таким же образом, как и внутренние стенки камеры приготовления печи. то есть листы фанеры были обиты тонким алюминием с одной стороны. После этого отражатели были закреплены по всем сторонам печи, это отлично видно на картинке.
Если вы не хотите, чтобы печь при хранении занимала очень много места, то резонно сделать отражатели съемными, или как сделал автор - складывающимися. Для этого размер отражателей был подогнан под нужные рамки, а так как они получились довольно толстыми 10-20 мм, то их крепления были сделаны на разной высоте, таким образом учитывалась толщина при складывании.
Фиксировать отражатели в рабочем положении автор предпочел при помощи подпорок сделанных из металла.
Так как внешняя поверхность солнечной печи из фанеры, которая ничем не закрыта, то для защиты от внешних воздействий автор решил покрыть ее антисептиком. После чего она была покрыта защитным слоем краски.
Для того чтобы иметь данные о температуре внутри печи автор установил термометр на тыльной стороне. В итоге получилась отличная печь для приготовления пищи при помощи солнечной энергии.
Использовать потенциал солнечного тепла можно не только для выработки электроэнергии на крупных электростанциях или для отопления жилищно-хозяйственных комплексов, но и в обычной бытовой сфере жизнедеятельности человека, например, для приготовления пищи. Сама идея создания печки, работающей исключительно на одной солнечной энергии, настолько актуальна, что народные умельцы давно сумели осуществить ее на практике. Эта статья поможет сделать солнечную печку своими руками, не прилагая особых усилий, чтобы вы смогли обеспечить себя и своих друзей вкусным горячим обедом. Сами силы природы будут содействовать вам в этом. Понятно, что время приготовлении пищи в солнечной печке будет значительно больше,
чем в обычной духовке или на электроплите. Тем не менее, такую конструкцию можно расположить рядом с барбекю или мангалом, тем самым придав новизну вашему участку.
Для изготовления солнечной печи используются не дорогие и общедоступные материалы:
Брусья;
- фанера 6-10 мм;
- кровельное железо 0,5мм (оцинковка);
- стекло 3-4 мм.;
- утеплитель (минеральная вата).
- зеркало.
Первым делом изготавливаем каркас солнечной печи из брусьев 40х40 и фанеры. Чем толще фанера, тем прочнее будет конструкция.
Изготавливаем рамку для стекла которая крепится к корпусу при помощи шарниров.
Из кровельного железа 0,5 мм. вырезаем внутреннюю часть печи (кожух). При этом, разрезаем лист согласно чертежу.
После того как, кожух готов, при помощи гвоздей прибиваем его внутри корпуса. После чего обрабатываем края наждачной бумагой, чтобы не было заусенцев.
Устанавливаем стекла в рамку на прозрачный силиконовый герметик и фиксируем штапиками.
Монтируем отражающую панель на шарниры.
Не забываем приделать ручки для переноса солнечной печи и для открытия стеклянной дверцы.
Тщательно утепляем минеральной ватой по бокам, между металлическим кожухом и корпусом, и дно печи. После чего дно зашиваем фанерой.
Выкрашиваем металлический кожух жаростойкой, черной матовой краской.
На отражающую панель приклеиваем зеркало (зеркальная плитка)
Солнечная печь готова к работе. Первое использование солнечной печи, необходимо производить без продуктов питания. Поскольку краска, в первые дни, может выделять неприятный запах.
Не забудьте обработать корпус печи краской, антисептиком, для предотвращения атмосферного воздействия.
Располагать печь необходимо под прямыми солнечными лучами. Если солнце находится низко, то для наибольшей эффективности используйте отражатель.
Для большей скорости приготовления используйте черную посуду, желательно из тонкого алюминия.
Второй способ изготовления. К сожалению, без фотографий.
Итак, для постройки солнечной печки нам понадобятся следующие материалы:
- деревянный или металлический ящик
- кусок темного картона, желательно черного цвета
- несколько штук небольших, окрашенных в черный цвет камней
- стекло по размерам ящика
- четыре куска жести в качестве отражателей.
Начнем с сооружения основного каркаса. Его можно сварить из металлических уголков, а лучше всего сбить из брусков и досок. Размеры и форму ящика подбирайте на свой вкус, в зависимости от вида и количества приготовляемой пищи. Это не должна быть строго квадратная или прямоугольная печка. Можно придать конструкции любую форму, например шестиугольную, круглую и даже форму эллипса. Здесь, пожалуй, все зависит от вашей фантазии и желания сделать что-нибудь необычное и оригинальное.
Когда ящик сделан, необходимо застелить дно и внутренние стенки черным картоном или плотной бумагой. Цвет обшивки обязательно должен быть черным, так как он более эффективно поглощает солнечные лучи. Крепить бумагу к ящику необходимо гвоздиками с большой шляпкой или саморезами с шайбой.
Теперь вырежьте по размеру коробки отражатели из жести, обработайте все стороны наждачной бумагой или надфилем, чтобы удалить заусеницы, и прикрепите четыре отражателя к верхней части коробки. Это можно сделать с помощью металлических или пластмассовых уголков, или же просто прикрутить жесть шурупами и выгнуть ее под необходимым углом к Солнцу. Правильней будет установить отражатели на оконные петли, которые можно купить на рынке или в любом строительном магазине. С помощью петель вы сможете без проблем регулировать отражатели в зависимости от положения Солнца на небе.
Жестяные отражатели концентрируют и перенаправляют солнечные лучи в деревянную коробку, обеспечивая этим качественное и быстрое приготовление пищи.
Последний шаг в изготовлении солнечной печки - резка и установка стекла, которое будет выполнять основную функцию: поглощать солнечный свет, который будет преобразовываться в тепловую энергию для подогрева пищи. Кроме того, стекло является крышкой для вашей солнечной печки.
Теперь осталось только найти на своем участке или в другом месте несколько темных камней средних размеров и уложить их на дно ящика. Если вам попадаются слишком светлые камни, попробуйте перекрасить их в черный цвет и дать им полностью высохнуть. Для чего нужны камни? Они будут своего рода накопителем солнечного тепла. С их помощью можно регулировать температуру в печке, убирая или, наоборот, подкладывая новые камни. Раскаленные камни позволят заняться приготовлением ужина даже в то время, когда Солнце не будет таким ярким и теплым.
Если вы хотите точно знать, какая температура внутри вашей «солнечной духовки», не поленитесь установить небольшой пищевой термометр, который можно приобрести в любом продуктовом супермаркете.
Время нагрева солнечной печки составляет около 20-30 минут, в зависимости от времени суток и величины солнечной активности.
Вот и все, ваша печка готова. Наслаждайтесь только чистой и полезной едой!
Простейшая конструкция солнечных печей, изготовленных из картонных коробок
А теперь мастер класс, как сделать саму солнечную батарею.
Итак, что же такое солнечная батарея , панель (СБ)? По существу, это контейнер, содержащий массив солнечных элементов. Солнечные элементы, это те штуки, которые на самом деле делают всю работу по преобразованию солнечной энергии в электричество. К сожалению, для получения мощности, достаточной для практического применения, солнечных элементов надо достаточно много. Также, солнечные элементы ОЧЕНЬ хрупкие. Поэтому их и объединяют в СБ. Батарея содержит достаточное количество элементов для получения высокой мощности и защищает элементы от повреждения. Звучит не слишком сложно. Я уверен, что смогу сделать это сам.
Я начал свой проект, как обычно, с поиска в сети информации по самодельным СБ и был шокирован как же ее мало. Тот факт, что мало кто сделал свои собственные солнечные батареи, заставлял меня думать, что это должно быть очень сложно. Задумка была отложена в долгий ящик, но я никогда не переставал думать о ней.
Спустя какое-то время, я пришел к следующим умозаключениям:
- главное препятствие в постройке СБ это приобретение солнечных элементов за разумную цену
- новые солнечные элементы очень дороги и их сложно найти в нормальном количестве за любые деньги
- дефектные и поврежденные солнечные элементы есть в наличии на eBay и других местах гораздо дешевле
- солнечные элементы «второго сорта» возможно, могут быть использованы для изготовления солнечной батареи
Когда до меня дошло, что я могу использовать дефектные элементы, чтобы сделать свою СБ, я взялся за работу. Начал с покупки элементов на eBay .
Купил несколько блоков монокристаллических солнечных элементов размером 3х6 дюйма. Чтобы сделать СБ, необходимо соединить последовательно 36 таких элементов. Каждый элемент генерирует порядка 0,5В. 36 элементов, соединенных последовательно дадут нам около 18В, которые будут достаточны для зарядки батарей на 12В. (Да, такое высокое напряжение действительно необходимо для эффективной зарядки 12В аккумуляторов). Солнечные элементы этого типа тонкие как бумага, хрупкие и ломкие как стекло. Их очень легко повредить.
Продавец этих элементов окунул наборы из 18 шт. в воск для стабилизации и доставки без повреждений. Воск - это головная боль при его удалении. Если у вас есть возможность, ищите элементы, не покрытые воском. Но помните, что они могут получить больше повреждений при транспортировке. Заметьте, что мои элементы уже имеют припаянные проводники. Ищите элементы с уже припаянными проводниками. Даже с такими элементами вам нужно быть готовым много поработать паяльником. Если же вы купите элементы без проводников, приготовьтесь работать паяльником раза в 2-3 больше. Короче, лучше переплатить за уже припаянные провода.
Также я купил пару наборов элементов без заливки воском у другого продавца. Эти элементы пришли упакованные в пластиковую коробку. Они болтались в коробке и немного обкололись по бокам и углам. Незначительные сколы не имеют особого значения. Они не смогут снизить мощность элемента настолько, чтобы об этом надо было беспокоиться. Купленных мной элементов должно хватить на сборку двух СБ. Я знаю, что возможно сломаю парочку при сборке, поэтому купил чуть больше.
Солнечные элементы продаются самого широкого спектра форм и размеров. Вы можете использовать более крупные или мелкие, чем мои 3х6 дюймов. Просто помните:
- Элементы одного типа производят одинаковое напряжение независимо от их размера. Поэтому для получения заданного напряжения всегда потребуется одинаковое количество элементов.
- Большие по размеру элементы могут генерировать бОльший ток, а меньшие по размеру, соответственно - меньший ток.
- Общая мощность вашей батареи определяется как ее напряжение умноженное на генерируемый ток.
Использование больших по размеру элементов позволит получить большую мощность при том же напряжении, но батарея получится крупнее и тяжелее. Использование меньших элементов позволит уменьшить и облегчить батарею, но не сможет обеспечить такую же мощность. Также стоит отметить, что использование в одной батарее элементов разных размеров - плохая идея. Причина в том, что максимальный ток, генерируемый вашей батареей, будет ограничен током самого маленького элемента, а более крупные элементы не будут работать в полную силу.
Солнечные элементы, на которых я остановил выбор, имеют размер 3х6 дюйма и способны генерировать ток примерно 3 ампера. Я планирую соединить последовательно 36 таких элементов, чтобы получить напряжение чуть больше 18 вольт. В результате должна получиться батарея, способная выдавать мощность порядка 60 ватт на ярком солнце. Звучит не сильно впечатляюще, но все же это лучше чем ничего. При чем, это 60Вт каждый день, когда светит солнце. Эта энергия будет идти на зарядку аккумулятора, который будет использоваться для питания светильников и небольшой аппаратуры всего несколько часов после наступления темноты. Просто когда я иду спать, мои энергетические потребности сводятся к нулю. Короче, 60 Вт это вполне достаточно, особенно учитывая, что у меня есть ветрогенератор, который тоже производит энергию, когда дует ветер.
После того как вы купите свои солнечные элементы спрячьте их в безопасное место, где они не разобьются, не попадут детям для игр и не будут съедены вашей собакой до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в вашу СБ. Элементы очень хрупкие. Грубое обращение превратит ваши дорогие солнечные элементы в маленькие синенькие блестящие и ни для чего непригодные осколочки.
Итак, солнечная батарея это просто неглубокий ящик. Я начал с постройки такого ящика. Я сделал его неглубоким, чтобы борта не затеняли солнечные элементы, когда солнце светит под углом. Сделан он из фанеры толщиной 3/8 дюйма с бортиками из реек толщиной 3/4 дюйма. Бортики приклеены и привинчены на место. Батарея будет содержать 36 элементов размером 3х6 дюймов. Я решил разделить их на две группы по 18 шт. просто для того, чтобы их было проще паять в будущем. Отсюда и центральная планка посередине ящика.
Вот небольшой набросок, показывающий размеры моей СБ. Все размеры в дюймах (простите меня, поклонники метрической системы). Бортики толщиной 3/4 дюйма идут вокруг всего листа фанеры. Такой же бортик идет по центру и делит батарею на две части. В общем, я решил сделать так. Но в принципе, размеры и общий дизайн не критичны. Можете свободно все варьировать в своем эскизе. Размеры же тут я приводу для тех людей, которые постоянно ноют, чтобы я включил их в свои эскизы. Я всегда поощряю народ экспериментировать и изобретать что-то свое, нежели слепо следовать инструкциям, написанным мной (или кем-то еще). Возможно, у вас получится лучше.
Вид одной из половин моей будущей батареи. В этой половине будет размещена первая группа из 18 элементов. Обратите внимание на небольшие отверстия в бортиках. Это будет нижняя часть батареи (на фото верх находится внизу). Это вентиляционные отверстия, предназначенные для выравнивания давления воздуха внутри и снаружи СБ и служащие для удаления влаги. Эти отверстия должны быть только внизу батареи, иначе дождь и роса попадут внутрь. Такие же вентиляционные отверстия должны быть сделаны в центральной разделительной планке.
Далее я вырезал два подходящих по размеру куска ДВП. Они будут служить подложками, на которых будут собираться солнечные элементы. Они должны свободно помещаться между бортиками. Не обязательно использовать именно перфорированные листы ДВП, просто у меня оказались такие под рукой. Пойдет любой тонкий, жесткий и не проводящий ток материал.
Чтобы защитить батарею от погодных неприятностей, лицевую сторону закрываем оргстеклом. Эти два куска оргстекла были вырезаны, чтобы закрывать всю батарею полностью. У меня не было одного достаточно большого куска. Стекло тоже можно использовать, но стекло бьется. Град, камни и летящий мусор могут разбить стекло, а от оргстекла просто отскочат. Как видите, начинает вырисовываться картинка, как солнечная батарея будет выглядеть в итоге.
Упс! На фото два листа оргстекла соединенные на центральной перегородке. Я сверлил отверстия вокруг кромки, чтобы посадить оргстекло на шурупы. Будьте осторожны, сверля отверстия возле кромки оргстекла. Будете сильно давить - сломается, что у меня и произошло. В итоге, я просто приклеил отломавшийся кусок и просверлил недалеко новое отверстие.
После этого, я окрасил все деревянные части солнечной батареи несколькими слоями краски, чтобы защитить их от влаги и воздействия окружающей среды. Ящик я покрасил внутри и снаружи. При выборе типа краски и ее цвета был использован научный подход. Я взболтал всю краску из остатков, имеющихся у меня в гараже, и выбрал ту банку, в которой краски хватит, чтобы сделать всю работу.
Подложки тоже были окрашены в несколько слоев с обеих сторон. Убедитесь, что вы хорошо все прокрасили, иначе дерево может покоробиться от влаги. А это может повредить солнечные элементы, которые будут приклеены к подложкам.
Теперь, когда у меня есть основа для СБ, самое время подготовить солнечные элементы.
Как я говорил раньше, удаление воска с солнечных элементов - это настоящая головная боль. После нескольких проб и ошибок я все-таки нашел неплохой способ. Но я по-прежнему рекомендую покупать элементы у того, кто не заливает их воском.
Первый шаг, это «купание» в горячей воде, чтобы растопить воск и отделить элементы друг от друга. Не дайте воде закипеть, иначе пузырьки пара будут сильно бить элементы один о другой. Кипящая вода также может быть слишком горячей, в элементах могут быть нарушены электрические контакты. Я также рекомендую погружать элементы в холодную воду, а потом медленно их нагревать, чтобы исключить неравномерный нагрев. Пластиковые щипцы и лопатка помогут отделить элементы, когда воск растает. Постарайтесь сильно не тянуть за металлические проводники - могут порваться. Я обнаружил это, когда пробовал разделить свои элементы. Хорошо, что я купил их с запасом.
Тут показана финальная версия «установки» которую я использовал. Моя подруга спросила, что это я готовлю. Вообразите ее удивление, когда я ответил: «Солнечные элементы». Первая «горячая ванна» для растапливания воска находится на заднем плане справа. На переднем плане слева - горячая мыльная вода, а справа - чистая горячая вода. Температуры во всех кастрюлях ниже температуры кипения воды. Сначала в дальней кастрюле растапливаем воск, переносим элементы по одному в мыльную воду, чтобы удалить остатки воска, после чего промываем в чистой воде. Выкладываем элементы для просушки на полотенце. Вы можете менять мыльную воду и воду для промывки почаще. Только не сливайте использованную воду в канализацию, т.к. воск затвердеет и засорит сток. Этот процесс удалил практически весь воск с солнечных элементов. Только на некоторых остались тонкие пленки, но это не помешает пайке и работе элементов. Промывка растворителем, возможно, удалит остатки воска, но это может быть опасно и зловонно.
Несколько разделенных и очищенных солнечных элементов сушатся на полотенце. После разделения и удаления защитного воска из-за своей хрупкости они стали удивительно сложными в обращении и хранении. Я рекомендую оставить их в воске до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в вашу СБ. Это позволит вам не разбить их до того, как вы сможете их использовать. Поэтому постройте сначала основу для батареи. У меня же пришло уже время установить их.
Я начал с отрисовки сетки на каждой основе, для упрощения процесса установки каждого элемента. Потом я выложил элементы по этой сетке обратной стороной вверх, так их можно спаять вместе. Все 18 элементов для каждой половины батареи должны быть соединены последовательно, после чего обе половины также должны быть соединены последовательно для получения требуемого напряжения.
Спаивать элементы между собой поначалу сложно, но я быстро приловчился. Начинайте только с двух элементов. Разместите соединительные проводники одного из них так, чтобы они пересекали точки пайки на обратной стороне другого. Также нужно убедиться, что расстояние между элементами соответствует разметке.
Я использовал маломощный паяльник и прутковый припой с сердцевиной из канифоли. Также перед пайкой я смазывал флюсом точки пайки на элементах при помощи специального карандаша. Не давите на паяльник! Элементы тонкие и хрупкие, нажмете сильно - сломаете. Я был неаккуратен пару раз - пришлось выбросить несколько элементов.
Повторять пайку пришлось до тех пор, пока не получилась цепочка из 6-ти элементов. Соединительные шины от сломанных элементов я припаял к обратной стороне последнего элемента цепочки. Таких цепочек я сделал три, повторив процедуру еще дважды. Всего 18 элементов для первой половины батареи.
Три цепочки элементов должны быть соединены последовательно. Поэтому среднюю цепочку поворачиваем на 180 градусов по отношению к двум другим. Ориентация цепочек получилась правильной (элементы все еще лежат обратной стороной вверх на подложке). Следующий шаг - приклеивание элементов на место.
Приклеивание элементов потребует некоторой сноровки. Наносим небольшую каплю силиконового герметика в центре каждого из шести элементов одной цепочки. После этого переворачиваем цепочку лицевой стороной вверх и размещаем элементы по разметке, которую нанесли раньше. Легонько прижмите элементы, надавливая по центру, чтобы приклеить их к основе. Сложности возникают в основном при переворачивании гибкой цепочки элементов. Вторая пара рук тут не повредит.
Не наносите слишком много клея и не приклеивайте элементы нигде кроме центра. Элементы и подложка, на которой они смонтированы, будут расширяться, сжиматься, гнуться и деформироваться при изменении температуры и влажности. Если вы приклеите элемент по всей площади, он со временем сломается. Приклеивание только в центре дает элементам возможность свободно деформироваться отдельно от основы. Элементы и основа могут деформироваться по-разному и элементы не сломаются.
Вот полностью собранная половина батареи. Я использовал медную оплетку от кабеля для соединения первой и второй цепочки элементов.
Можно использовать специальные шины или даже обычные провода. Просто у меня под рукой была медная оплетка от кабеля. Такое же соединение делаем с обратной стороны между второй и третьей цепочкой элементов. Каплей герметика я прикрепил провод к основанию, чтобы он не «гулял» и не гнулся.
Тест первой половины солнечной батареи на солнце. При слабом солнце в дымке эта половина генерирует 9,31В. Ура! Работает! Теперь мне нужно сделать еще одну такую же половину батареи.
После того как обе основы с элементами будут готовы, я смогу установить их на место в подготовленную коробку и соединить.
Каждая из половин помещается на свое место. Я использовал 4 небольших шурупа для крепления основы с элементами внутри батареи.
Провод для соединения половин батареи я пропустил через одно из вентиляционных отверстий в центральном бортике. Тут тоже пара капель герметика поможет закрепить провод на одном месте и предотвратить его болтание внутри батареи.
Каждая солнечная панель в системе должна быть снабжена блокирующим диодом, соединенным последовательно с батареей. Диод нужен для предотвращения разряда аккумуляторов через батарею ночью и в пасмурную погоду. Я использовал диод Шоттки на 3,3А. Диоды Шоттки имеют гораздо более низкое падение напряжения, чем обычные диоды. Соответственно, будут меньше потери мощности на диоде. Я купил набор из 25 диодов марки 31DQ03 на eBay всего за пару баксов. У меня останется еще много диодов для моих будущих СБ.
Сначала я планировал присоединить диод снаружи батареи. Но после того как посмотрел технические характеристики диодов, решил поместить их внутри батареи. У этих диодов падение напряжения уменьшается с ростом температуры. Внутри моей батареи будет высокая температура, диод будет работать более эффективно. Используем еще немного силиконового герметика чтобы закрепить диод.
Я просверлил отверстие в днище батареи ближе к верху, чтобы вывести провода наружу. Провода завязаны на узел, чтобы предотвратить их вытягивание из батареи, и закреплены все тем же герметиком.
Важно дать герметику высохнуть до того, как мы будем крепить оргстекло на место. Советую, опираясь на предыдущий опыт. Испарения из силикона могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла и элементов, если вы не дадите силикону высохнуть на открытом воздухе.
И еще немного герметика для герметизации выходного отверстия.
На выходной провод я прикрутил двухконтактный разъем. Розетка этого разъема будет присоединена к контроллеру заряда аккумуляторов, который я использую для своего ветрогенератора. Таким образом, солнечная батарея сможет работать с ним параллельно.
Вот как выглядит законченная СБ с прикрученным экраном из оргстекла. Оргстекло пока еще не герметизировано. Я сначала не производил герметизацию стыков. Провел сначала небольшое тестирование. По результатам тестов мне потребовался доступ к внутренностям батареи, там обнаружилась проблема. У меня на одном из элементов отошел контакт. Может быть, это произошло из-за перепада температур или из-за неаккуратного обращения с батареей. Кто знает? Я разобрал батарею и заменил этот поврежденный элемент. С тех пор проблем не было. В будущем, возможно, я герметизирую стыки под оргстеклом при помощи герметика или закрою их алюминиевой рамкой.
Вот результаты тестирования напряжения законченной батареи на ярком зимнем солнце. Вольтметр показывает 18,88В без нагрузки. Это в точности как я и рассчитывал.
А вот тест по току в тех же условиях (яркое зимнее солнце). Амперметр показывает 3,05А - ток короткого замыкания. Это как раз недалеко от расчетного тока элементов. Солнечная батарея прекрасно работает!
Солнечная батарея в работе. Я перемещаю ее пару раз в день для сохранения ориентации на солнце, но это не такая уж и большая сложность. Возможно, когда-нибудь я построю автоматическую систему слежения за солнцем.
Жизнь современного человека сложно представить без использования энергии. Традиционно энергетическими источниками являются нефть, газ, уголь. Однако в природе запасы органического топлива ограничены, и не далёк тот день, когда они иссякнут. Дабы избежать энергетического кризиса учёные умы всего мира активно разрабатывают технологии на основе альтернативных, возобновляемых источников энергии, таких как солнечное тепло, сила ветра и движения воды в реках, морях и океанах, приливная энергия морских волн. Во многих странах мира постепенно увеличивается использование различных установок, превращающих солнечную энергию в тепловую.
Альтернативная энергия солнца
Вопрос экономичного или дома, подача горячей воды и многие другие аспекты жизнеобеспечения чаще встают перед владельцами недвижимости, удалённой от черты города, лишёнными возможности пользоваться благами цивилизации. Традиционное предполагает запас топлива, а это и средства, и немалая территория. Если используется для отопления газ или солярка, требуются специальные ёмкости и безопасное место для хранения, а также специальная система подачи. Уголь и дрова нужно складировать в большом сарае.
В таких ситуациях с каждым годом всё чаще домовладельцы обращаются к использованию неисчерпаемой солнечной энергии. Специальные установки, собирающие и превращающие световые лучи в тепло, вполне приемлемы и для российских пасмурных зим. Даже в относительно хмурый день солнечная печь справляется с отоплением загородного дома. К тому же, использование энергии солнца абсолютно бесшумно и не даёт токсичных выбросов в атмосферу.
Виды солнечных обогревателей
Постоянно развивающиеся технологии позволяют использовать различные модели коллекторов, аккумулирующих энергию солнца даже при минусовых температурах и в пасмурную погоду. Доступность информации позволяет самостоятельно выбрать соответствующую модель или смастерить солнечную печь своими руками. Сегодня солнечные коллекторы представлены тремя основными видами:
- Плоскими.
- Вакуумными.
- Воздушными.
Ознакомившись с принципами их работы, особенностями монтажа и эффективностью, несложно подобрать подходящую модель солнечной печи для отопления дома.
Плоские коллекторы
Самые распространённые и экономичные плоские панели состоят из алюминиевой рамы, покрытой специальным тёмным стеклом, защищающим конструкцию от осадков и возможных повреждений. Внутри для циркуляции теплоносителя монтируются медные трубки. А свободное пространство панели заполняется принимающим и удерживающим тепло материалом. Чтобы солнечная энергия не растрачивалась на панель снабжена теплоизоляцией. На сегодня эти модели считаются самыми эффективными для российского климата.
Вакуумные обогреватели
Работают по типу термоса и состоят из двухслойной системы трубок, заполненной вакуумом. Внутренние трубки из тёмного стекла заполняются теплоносителем. Покрытые силиконовым слоем, они поглощают инфракрасное излучение и тепло солнечных лучей, а вакуум является абсолютным, сохраняющим 95% полученной энергии, теплоизолятором. Даже при очень низких температурах такой тип солнечной печи весьма эффективен.
Воздушные модели
Реже используются воздушные коллекторы, которые нагревают поступающий во внутреннее пространство дома воздух. Принцип работы такого устройства основан на эффекте парника, то есть через проводящее свет покрытие инфракрасные лучи аккумулируются в теплоприёмнике, передающем полученную солнечную энергию порции поступающего в дом воздуха. Они легко монтируются, экономичны, но мало эффективны, так хуже жидкостей.
Эффективность подобного оборудования зависит от интенсивности солнечного света, размера используемой конструкции и правильного монтажа. Например, плоские и вакуумные коллекторы монтируются только на скатных кровлях. Панель большой солнечной печи площадью 20 м 2 обеспечивает постоянный качественный обогрев одноэтажного загородного дома.
Принцип работы солнечного обогревателя
Автономная отопительная система, функционирующая за счёт переработки солнечной энергии, включает в свою конструкцию три основные составные части:
- Коллектор, преобразующий прямые солнечные лучи в энергию, нагревающую теплоноситель (воду или антифриз).
- Трубопроводную систему (контур теплообмена) для циркуляции теплоносителя, проходящую через аккумулятор.
- Накопитель тепла. Как правило в качестве используется ёмкость с прогревающейся впрок водой.
Механизм работы солнечной печки прост: в трубках коллектора теплоноситель нагревается и по контуру теплообмена проходит через накопитель. Нагретая в баке вода подаётся в радиаторы отопительной системы дома, теплообменный контур тёплого пола или используется в горячем водоснабжении, например, для душа или мытья посуды.
Установка солнечной печи своими руками
Сегодня лидером в производстве и использовании систем на альтернативных источниках питания является Китай. На эту страну приходится 78% мирового объёма вводимых в эксплуатацию гелиосистем. На современном рынке китайские производители предлагают солнечные коллекторы хорошего качества и по экономичным ценам. Так как солнечное отопление рассчитано на 25-30 лет эксплуатации, теплообменные панели рекомендуется приобрести у проверенных производителей, а монтаж системы можно произвести самостоятельно.
Солнечные радиаторы располагаются на поверхности крыши или углубляются в кровельную конструкцию лицевой стороной на южную сторону. Площадь панелей колеблется от 2 до 8 м 2 и в одной отопительной системе может быть несколько соединённых между собой трубками элементов. От солнечного коллектора к радиаторам отопительной системы дома и к тепловому аккумулятору через кровельную поверхность проводятся трубки. Все стыки должны быть загерметизированы. Система заполняется теплоносителем и запускается в работу. Идеальным углом наклона для установки солнечной печки считается 35 о, хотя многие производители рекомендуют 15-20 о. Перед самостоятельной установкой желательно проконсультироваться у представителя компании. Опасаясь разбить или некачественно смонтировать дорогостоящее оборудование из-за малого опыта в подобных работах, установку солнечного коллектора лучше доверить профессионалам.
Как сделать солнечную печь
Сконструировать элементарный солнечный коллектор можно за весьма короткий срок и с минимальными затратами. Как? Сделать солнечную печь своими руками просто: закрепляются на южном скате крыши блестящие оцинкованные листы железа и установливается на них бочка объёмом 150-200 литров. Подведённая к ней вода может прогреваться до 60 о C. Недостаток такой конструкции в том, что в морозы ёмкость будет промерзать, а вода оставаться холодной. А также в пасмурный день бочка не прогреется до желаемой температуры.
Ещё одной популярной самоделкой является солнечная печь из змеевика холодильника. Из реек изготавливается каркас с основанием из резинового коврика, покрытого фольгой. Промытый от остатков фреона змеевик хомутами и болтами крепится внутри рамы. Через заранее просверленные отверстия он соединяется трубами с накопительной ёмкостью, имеющей выходное отверстие для подачи нагретой воды. Рама плотно закрывается стеклом, вода в змеевик подаётся самотёком.
Такие простые конструкции обычно используются дачниками для получения небольшого количества горячей воды.
Рациональность использования энергии солнца
Расчёты, проведённые учёными Российской Академии Наук, показывают, что в средней полосе России на 1 м 2 солнце излучает от 100 до 250 Вт энергии и до 1000 Вт в полдень ясного дня. Эти расчёты доказывают, что солнечный коллектор площадью 2 м 2 ежедневно может прогревать 100 л воды до температуры 45-55 о C, но не ниже 37 о C.
Безопасная, полностью автоматизированная и экологичная отопительная система загородного дома не требует дополнительных затрат ни на источник энергии, ни на ремонт, ни на обслуживание на протяжении нескольких десятков лет. Всё, что требуется от пользователя, - периодически очищать поверхность коллекторов от пыли, грязи и снега.
Солнечная печь выполняется по разным технологиям, поэтому устройство её отличается друг от друга. Произведенные в промышленном варианте такие изделия отличаются высокой ценой. Много моделей можно сделать самому, приложив к этому минимум средств и максимум усилий. Прежде чем начать анализ самодельных моделей, рассмотрим одну промышленную печь для общего развития – GoSun.
В основе данного решения используется две технологии: вакуумная трубка принимает на себя концентрированную энергию из зеркальной подставки – концентратора. Таким образом температура внутри трубки достигает за несколько минут до 280°С, что дает варить, парить, жарить любые блюда. Существует ряд сайтов с рецептами адаптированными для такой печи. Этот метод приготовления ничем не уступает привычным существующим, лишь добавляет экологичности процессу.
Эксплуатация и виды
Эксплуатировать подобного рода устройства лучше летом в открытой незатенённой местности. На всех видах концентраторов такой энергии используется светоотражающие поверхности, поэтому следует беречь глаза от лучей, путём одевания солнцезащитных очков при работе с печью.
Первый вид из спутниковой антенны
Печь на основе старой спутниковой антенны. Чтобы котелок не загораживал солнце, следует выбирать офсетный тип антенны, принцип работы показан на рисунке ниже.
Зеркало антенны следует обклеить светоотражающей пленкой. На месте, где стоял спутниковый конвертер, следует оборудовать варочное место, куда устанавливается или подвешивается посуда для приготовления или разогрева пищи. Для обеспечения максимальной температуры следует, каждые пол часа, двигать антенну, тем самым сохраняя максимальный тепловой фокус на объекте подогрева. Второй вид – из линзы Френеля. С помощью нее получают дистиллированную или пресную воду. Применяют в тех районах, где есть недостаток пресной воды или на морском побережье. В эпицентре луча температура может достигать 1000°С, что является опасностью для получения термических ожогов. Поэтому пользоваться нужно с особой осторожностью.
Основа конструкции – линза Френеля. Раньше применяли при производстве телевизоров, можно достать её оттуда или просто приобрести. Именно в линзе будет состоять цена вопроса изготовления печи. Изготовление состоит в сооружение рамы под имеющуюся линзу как показано ниже на иллюстрации.
Третий вид из картона. Аналогичен первому рассмотренному, только антенна изготовляется из картона. Вырезается основа, сворачивается в параболическую тарелку. На внутреннюю чашку наклеивается отражающий слой алюминиевой фольги.
В качестве примера рассмотрим отражатель с фокусным расстоянием 130 мм и диаметром 800 мм. Размер при необходимости масштабируется. Потребуется лист размером: метр на метр. Он может быть цельным или составным из двух или четырёх кусков. Рисуем четыре концентрических окружности с радиусами, показанными в таблице. Делим их на 8 равномерно расположенных диаметров (на 22,5°). Каждый состоит из 16 одинаковых секторов.
На каждом симметрично отмечается дуга, длина которой показана ниже в таблице. Эти значения – полная длинна дуги, включая обе стороны деления. Каждая дуга проходит на очень малом угле (меньше 5°) она практически неотличима от соответствующего шнура.
Следует соединить, приблизительно вдоль радиального направления, конечные точки только что обозначенных дуг. Требуется отрезать площадь за пределами самой большой окружности. Клины, обозначенные соединениями на рисунке ниже, не будут собирать лучи. Они будут либо удалены, либо использованы в качестве полей для соединения соседних весел. Разрезать радиальные соединения спешить не надо, инструкция будет дана позже.
Вёсла согнуты над кругами, нарисованными ранее, для создания граней. Кружки показаны пунктирными линиями на рисунке выше. Сделать изгиб по дуге непросто, если листовой материал не очень тонкий и эластичный.
Сборка
Лист состоит из частей, соединённых по кругу. Лучший способ – дублировать его на одной части. Нужно прикрепить каждую часть рефлектора поверх дубликата.
После изгиба лопасти перекрываются так, чтобы одна находилась выше или ниже обоих соседей. Важно, чтобы весло имело два поля, по одному с каждой стороны. Лопатки с полями и без них чередуются по окружности: рисунок ниже. Вёсла с полями будут ниже весла без полей.
Так как лопасти являются плоскими, происходит переход между ними и перекрывающимися областями. Чтобы избежать помех в переходной зоне, предусмотрите некоторый зазор между смежными лопастями. Дополнительную ширину можно срезать лопастями с полями или без них, смотрите рисунок выше.
Отверстие диаметром около 5 мм просверлите на кончике каждого клина. Эти отверстия слишком малы, чтобы они были показаны на рисунке выше. Они облегчат резку.
Вёсла соединяйте вместе разными средствами: скобами, гвоздями, клеем, шитьем или иначе. Оптимальное решение зависит от листового материала и доступности по цене крепежа.
В редком случае, когда плоский лист очень толстый, лопасти могут упираться друг в друга. В этом случае нет никаких гарантий. Нужно предусмотреть некоторый зазор для клея. В дополнение: нанесённые в зазор клейкие ленты также можно наносить на внутреннюю и внешнюю поверхности, чтобы удерживать лопасти вместе. Ленты, нанесённые на поверхность нужны очень тонкие, чтобы не искажать отражающую поверхность.
Энергия солнечного света. Следует прикреплять одну лопасть за раз, по или против часовой стрелки. Сначала присоединив каждую лопасть из внешней секции. Аналогично продолжая движение внутрь. Перед началом работы над другим веслом требуется прикрепить все секции весла.
Отражательная плёнка применяется после того, как параболический отражатель примет форму. Алюминиевая фольга для обычного использования идеальна на кухне. Более толстая (более тяжелая) пленка будет более долговечной. Алюминиевая пластиковая пленка, используемая в пакетах для продуктов питания и напитков, или подарочная упаковка, приемлема, но немного менее эффективна и заметно менее прочная, чем алюминиевая фольга.
Обычно фольга приклеивается к отражателю. Клей нужно использовать на водной основе. Сюда относится клей из муки, риса или крахмала. Чтобы избежать появления морщин на пленке, пользуйтесь тонким, нетекучим клеем.
Легче склеивать фольгу на плоском листе, чем на параболическом блюде. Однако, если лист очень тонкий, процесс изгиба листа будет создавать морщины на покрытии. Поэтому лучше всего приклеивать ее после изготовления картонной тарелки. Листовой материал, который расширяется и значительно сокращается при влажности и температуре, также имеет тенденцию создавать морщины на пленке. Поэтому картон не является идеальным листовым материалом. Морщины снижают эффективность. Они также сокращают срок службы отражающего покрытия.
Сначала фольгу нужно нарезать на трапеции. Два одинаковых трапеции могут быть вырезаны из прямоугольника с очень небольшим количеством отходов (рисунок ниже). Сначала попробуйте использовать газету для определения оптимальной ширины, длины и наклона, так как это зависит от формы и размера вашей фольги. Короткие слоты могут быть разрезаны по краям трапеции, так что она может накладываться без морщин. Трапеции полностью покрывают все грани, за исключением того, что круг будет покрыт фольгой в конце.
На рисунках показано: а) вырезание двух трапециевидных частей из прямоугольной; б) сокращение коротких слотов вдоль краёв каждого клина
Тщательно покрываем поверхность весла клеем. Однако не стоит им злоупотреблять, если листовой материал (например, картон) может набухать во влажном состоянии. Для того, чтобы избежать появления пузырьков, сначала нужно прицепить небольшую часть фольги на весло. Держите большую часть пленки в воздухе, без клея. Медленно растягивая захваченную область, нажимаем на нее. Фольгу прикрепляется около ее центральной линии (вдоль ее длины). Будет очевидно, насколько она изгибается и перекрывается вблизи ее краев. Норма, если избыточный клей будет выходить на отражающую поверхность, он сотрется позже.
Когда отражающая поверхность покрыта отражателем, аккуратно следует протереть ее влажной чистой тканью. Вытирание удаляет излишки клея, выравнивает приклеенную пленку. Нужно дать клею высохнуть, это может занять несколько дней, если листовой материал проницаем для воды. Затем повторно требуется протереть влажной чистой тканью, чтобы удалить оставшийся клей и размазать.
Готовое изделие устанавливаем на поворотную опору, над фокусом солнечной энергии изготавливаем конструкцию держатель для варочной посуды.
Еще издавна было замечено нашими предками, что в жаркий знойный день солнце вокруг все так прогревает, что например на камнях не составит особого труда пожарить яичницу. Таким образом приручив Солнце, люди пошли дальше, и изобрели солнечную печь , которая стала гораздо эффективнее и функциональнее раскаленных камней. Солнечная печь уже давно применяется людьми для приготовления пищи в экваториальных странах с жарким климатом, и можно сказать, что если вы там путешествуете, такая печка может пригодиться.
Солнечные печи могут иметь самый различный вид. Они встречаются разные по размерам - небольшие печи в виде ящиков или коробок и печи размером со шкафы или большие агрегаты с дополнительной системой линз, которые концентрируют солнечные лучи.
Простая самодельная солнечная печка
Несмотря на разнообразие солнечных печей, действуют все они одинаково – готовят или разогревают еду. А способствует этому солнце. Самым же простым вариантом солнечной печи является обычная коробка. Такая коробка изнутри обклеивается фольгой, чтобы отражать солнечные лучи. В коробку помещается кастрюлька обязательно черного цвета, чтобы поглощать энергию, отраженную фольгой и прямых солнечных лучей. Солнечная печка накрывается стеклянной крышкой. Через нее лучи просачиваются в конструкцию, а при помощи изоляции там задерживаются. Края крышки коробки направляются таким образом, чтобы отражать как можно больше солнечных лучей на кастрюльку. Лучше печь по такому проекту делать из металла. 
Для того, чтобы печь эффективно готовила пищу, стоит и посуду для этого выбирать в черных тонах. Иначе все тепло будет отталкиваться от светлых стенок посуды. В печи будет собираться больше тепла, если ее корпус покрывается изоляцией. Учитывая все правила можно сконструировать печи, которая будет нагреваться до девяноста градусов. А этого вполне довольно для готовки. Конечно, замысловатое блюдо на таком устройстве варить не стоит, а вот что-либо разморозить или разогреть можно запросто.
Конструкция самодельной солнечной печи
Еще одна конструкция солнечной печки, которую тоже легко изготовить из подножного хлама.
Вырезаем по схеме из любой коробки подходящего размера. Подойдет коробка из под микроволновки или маленького телевизора. Обклеиваем полученную конструкцию фольгой. Если в экстремальных условиях будут трудности с фольгой, используйте другие предметы отражающие солнечные лучи. Далее из подножного хлама делается подставка под кастрюльку или другую банку для еды. Банка или кастрюлька должна быть черного цвета. Кастрюльку запихиваем в прозрачный целлофановый пакет, который герметично завязываем. Он будет сохранять тепло в кастрюле. Такая печь очень легка и может спокойно носиться с собой.
Несомненным плюсом солнечных печей может считаться их компактность. Установив на солнце такую печку, разогреть получиться сразу несколько посудин. А из всей энергии потребуется только солнечное тепло. Причем печка будет согреваться не обязательно под прямым солнечным потоком, иногда хватает и рассеянного света.
Недостаток солнечной печи в том, что разогреть пищу, когда скроется солнце, невозможно. А днем любое блюдо будет вариться долго - несколько часов. Если вы любитель жареных блюд, тогда солнечная печка не для вас. В наших широтах солнечная печь, конечно, далеко не каждый день будет работать. :-)
Солнечные печки могут иметь и более мощную систему нагрева. Это получается в том случае, когда применяются зеркала или другие приспособления, например линзы, концентрирующие солнечные лучи. Причем температура в таких печах настолько высока, что получатся даже пироги, а вода с легкостью закипает.
Солнечные печи дешевы и просты в изготовлении. Они состоят из просторной хорошо тепло изолированной коробки, выстеленной отражающим свет материалом (например, фольгой), накрытой стеклом и оборудованной внешним отражателем. Кастрюля черного цвета служит поглотителем, нагреваясь быстрее, чем обычная посуда из алюминия или нержавеющей стали. Солнечные печи можно использовать для обеззараживания воды, если доводить ее до кипения. Даже если не доводить, а открыть крышку кастрюли с водой, лучше если кастрюля внутри тоже будет черной. Солнечные лучи сами по себе способны убивать микроорганизмы, но качество такого обеззараживания хуже, чем кипячение.
Тепловая мощность солнечной печи
Тепловая мощность солнечной печи определяется количеством солнечной радиации, рабочей поглощающей поверхностью печи (обычно между 0,25 м2 и 2 м2) и ее термическим КПД (обычно 20-50%). В таблице сравниваются типичные значения площади, эффективности и мощности для ящичной печи и печи-отражателя.
Как правило, печи-рефлекторы имеют гораздо большую рабочую поверхность, чем ящичные. Следовательно, они намного мощнее, на них можно кипятить больше воды, готовить больше еды, или обрабатывать сопоставимые количества за меньший промежуток времени. Но их тепловая эффективность ниже, потому что посуда остывает под воздействием атмосферы.
Около полудня, когда суммарная солнечная освещенность достигает 1000 Вт/м2, вполне можно рассчитывать на тепловую мощность в 50-350 Вт, в зависимости от типа и размера плиты. Количество излучения утром и в дневные часы, естественно, ниже и не может полностью компенсироваться системой слежения за Солнцем.
Для сравнения: сжигание 1 кг сухой древесины производит приблизительно 5000 Вт, помноженные на термический КПД плиты (15 % для примитивного очага и 25-30 % для улучшенной кухонной плиты, используемой в развивающихся странах). Тепловая мощность, фактически достигающая посуды, составляет, таким образом, 750-1500 Вт.
Количество солнечной радиации резко снижается при облачности и в сезон дождей.
В условиях нехватки прямого излучения солнечная печь непригодна ни для чего, кроме хранения готовой еды в теплом виде - но это тоже бывает очень важно. Слабым местом солнечных печей (независимо от их типа) является то, что в облачные и дождливые дни (2-4 месяца в год для большинства развивающихся стран) пищу приходится готовить при помощи обычных средств: на дровах, газовой или керосиновой горелке. Но всё-таки это значительно меньше полугода!
