Энергия будущего: схема сборки солнечного гелиостата своими руками

Солнце производит огромное количество света, и цель людей — преобразовать эту световую энергию во что-то, что можно использовать. Есть несколько методов, применяемых для улучшения сбора и хранения солнечной электроэнергии. Один из них — аккумулятор, который накапливает энергию, позволяя потреблять её ночью и в пасмурные дни. Другой — использовать гелиостат.

Механизмы специального назначения

Гелиостат — устройство, которое включает в себя зеркало, чаще всего плоское, вращающееся таким образом, чтобы сохранить отражаемый солнечный свет направленным к заранее определенной цели. Согласно научным источникам, гелиотроп, как его называли вначале, был изобретен Уиллемом Грейвзандом (1688-1742). Другие претенденты: Джованни Альфонсо Борелли (1608-1679) и Даниэль Габриэль Фаренгейт (1686-1736).

Сейчас большинство приборов используются для дневного освещения или производства концентрированной солнечной энергии, чтобы вырабатывать электроэнергию. Некоторые из них применяются экспериментально или отражают неподвижные лучи в солнечных телескопах. До появления лазеров и других электрических источников света гелиостаты широко использовались для создания интенсивных, стационарных пучков в научных и других целях. Большинство приборов управляются компьютерами.

Виды устройства

Существуют старые типы приборов, в которых не используются компьютеры, устройства частично или полностью управляются вручную, датчиками света. Сейчас их можно встретить редко. По типу управления различают:

1. Механические (ручные). Использовались для дневного освещения в древнем Египте более 4 тыс. лет назад. Интерьеры египетских зданий были тщательно декорированы, а дым от пылающих факелов мог повредить убранство. Для отражения солнечного света применялись полированные металлические «зеркала». Слуги или рабы перемещали их вручную, чтобы задать лучу правильное направление.
2. Полуавтоматические. Гелиостат приводился в движение с помощью часового механизма, поворачивая отражатель каждые 24 часа в направлении, противоположном вращению Земли. Позднее были созданы автоматические приборы.
3. Датчик. Если есть электричество, возможно применение гелиостатов, использующих датчики света для определения положения светила на небе. Простая конструкция использует основную ось вращения, которая выровнена так, чтобы указывать на цель, на которую должен отражаться свет. Вторичная ось перпендикулярна первой. Датчики посылают сигналы на двигатели, которые вращаются вокруг обеих осей.
4. Компьютерное управление. Программное обеспечение рассчитывает, исходя из астрономической теории, где солнце находится на небе. Датчики не нужны, и при расчете учитываются как дневные, так и сезонные движения источника света. Эта последовательность операций повторяется, чтобы отражатель был правильно ориентирован.

Поля гелиостатов включают большие установки, состоящие из огромного количества зеркал, управляемые одним компьютером. Приборы иногда прикрепляются к космическим телескопам, чтобы позволить непрерывно наблюдать за Солнцем без необходимости перемещения оптики. Геодезисты использовали их в качестве ярких огней.

Как сделать гелиостат своими руками

Собрать такой прибор под силу каждому человеку. Почти все составляющие элементы доступны. Следует помнить, что были сообщения о пожарах и других видах ущерба, наносимых гелиостатами. Если зеркало слегка вогнутое, что может быть получено случайно при изготовлении, оно может фокусировать (концентрировать) отражённые лучи на цели, которые находятся на некотором расстоянии от него. Устройство отражает солнечный свет длительное время, позволяя температуре подняться до опасного уровня. Не стоит пренебрегать мерами предосторожности. Схема гелиостата:

1. Несущий каркас

Опорная рама для установки зеркала должна обеспечить вращение вокруг горизонтальной, вертикальной осей. Изготовлена из квадратной трубы размером 1″ x 1″ (толщина стенки 1/16″).

2. Двигатель

Используется для поворота устройства влево, вправо, вверх и вниз. Представляет собой шаговый двигатель размера 17 с отрезком 1 / 4-20 резьбового стержня, прикрепленным к его валу. Это нижний из двух двигателей на изображениях. Подходящий двигатель — Jameco.

3. Зеркала

Подойдут недорогие модели. Для этого типа применения точность, плоскостность — не слишком нужные характеристики. Если будет возможность, можно использовать отражатели из акрила, поликарбоната или другого прочного материала.

4. Программное обеспечение

Гелиостат лучше автоматизировать, адаптировав под задачи рабочую книгу Excel с пользовательскими функциями для расчета:

• рассвета, восхода, полудня и заката;
• сумерек, азимута и высоты Солнца;
• положения зеркала.

Гелиостат может улавливать свет ранним утром и поздним вечером, а несколько приборов можно использовать для отражения через одно небольшое окно, обращенное на север. По этим причинам отопление дома этим методом может быть даже более эффективным процессом, чем пассивное солнечное отопление через большие окна, выходящие на юг.