Звездное небо всегда тянуло исследователей, наверное каждый хоть раз в жизни мечтал открыть какую-нибудь звезду или созвездие и назвать его в честь близкого ему человека. Представляю вашему вниманию небольшое руководство, которое состоит из двух частей в которых приводятся подробное описание, как сделать с нуля своими руками деревянный телескоп. В этой части будет показано, как вы можете изготовить ключевой элемент телескопа: первичное зеркало .
Хорошее зеркало поможет вам рассмотреть различные детали Луны, планет солнечной системы и других объектов далёкого космоса в то время, как зеркало плохого качества даст вам только расплывчатые очертания предметов.
Зеркала телескопа требуют чрезвычайной точной поверхности. В большинстве случаев отменное качество зеркал достигается путём ручной полировки, а не машинной полировки. Это одна из причин, почему некоторые люди предпочитают изготавливать собственные зеркала, а не покупать дешёвые промышленные образцы. Вторая причина –вы приобретёте необходимые знания по производству высококачественных оптических приборов, а как известно знания за плечами не носить.
Шаг 1: Материалы
- Стакан-заготовка изготовлена из материала с низким коэффициентом расширения (пирекс, боросиликатное стекло, Дюран 50, Церодур, и т.д.);
- Карбид кремния различной зернистости (60, 80, 120, 220, 320 единиц);
- Оксид алюминия (25, 15, 9 и 5 мкм);
- Оксид церия;
- Смола;
- Точильный камень;
- Водонепроницаемая штукатурка (зубной гипс);
- Керамическая плитка;
- Эпоксидный клей.
Шаг 2: Подготовка заготовки
Стеклянные заготовки часто приходят с метками на поверхности. «Круглый знак» в нижней части – оставлен печкой, а верхние отметки – появились в следствии разности температур при охлаждении стекла.
Начнём с обработки кромок стекла, чтобы ограничить риск сколов. Точильный камень является прекрасным инструментом для выполнения данной операции. Не забывайте о средствах индивидуальной защиты органов дыхания и помните о том, что стекло и камень следует смачивать водой (так как стеклянная пыль очень плохо влияет на легкие).
Нижняя часть зеркала должна быть, как можно более плоской (прежде чем начинать работать на нём). Для выравнивания поверхности воспользуемся грубым карборундом (карбид кремния # 60). Распределим порошок и воду на плоской поверхности и потрём стеклом по нём. Через несколько секунд, вы увидите серую пасту. Смойте её и добавьте влажный песок. Продолжайте, пока поверхность не будет очищена от ям и выбоин.
Шаг 3:
Эта приспособа будет использоваться для создания вогнутой поверхности на стеклянной заготовке.
Накроем стекло полиэтиленовой пленкой. Сделаем картонный цилиндр вокруг заготовки и зальём гипс внутрь. Дадим ему высохнуть, после чего снимем картон. Осторожно отделите стекло и обработайте заусенцы на краях.
Шаг 4: Покрытие из керамической плитки
Нам нужна твёрдая поверхность, для того чтобы отшлифовать стекло. Вот почему выпуклость заготовки нужно покрыть керамической плиткой.
Приклеим плитку на гипсовую основу эпоксидной смолой.
Обратите внимание, что следует избегать размещения плитки или отверстий в центре. Вместо этого, немного сместите плитку, чтобы избежать какого-либо центрального дефекта на зеркальной поверхности.
Шаг 5: Начинаем шлифовку
Положим немного влажного песка на поверхность плитки и начнём тереть стекло по ней.
После нескольких проходов, повернём зеркало и продолжим шлифовку в другом направлении. Это обеспечивает хорошую обработку, со всех ракурсов и предотвратит ошибки.
Шаг 6:
Продолжаем шлифовать, пока не получим желаемый изгиб. Чтобы оценить кривизну, необходимо использовать калькулятор из набора измерений Sagitta.
Если вы хотите построить телескоп для наблюдения за планетами, вам понадобится больше фокусное соотношение (F / 8 или выше).
С другой стороны, если вы хотите созерцать просторы галактики и звёздные туманности, вам понадобится небольшое фокусное соотношение (F / 4, например).
Фокусное соотношение F / 4,75. Sagitta моего 20 см зеркала 0,254 см.
Шаг 7: Сглаживаем поверхность
После того, как будет достигнута необходимая кривизна, нужно сгладить поверхность, при этом сохранив ту же кривизну.
Отметьте маркером крупные изъяны и продолжайте шлифовать до полного их удаления. Это будет визуальным подтверждением того, что вы можете переключиться на более мелкий абразив.
Перейдём на карбида кремния # 320. После того, как вы достигли этого шага, вы должны начать видеть некоторые отражения при всматривании в заготовку зеркала.
Шаг 8:
Нам нужно изготовить еще один инструмент для данной операции. Вы можете сделать такую приспособу из гипса или толстой фанеры. Она будет покрыта мягким материалом – смолой.
Смола хвойных деревьев – очень липкая и трудно отчищается.
Сделайте еще один цилиндр вокруг основания приспособы. Растопите большое количество смолы и залейте её в цилиндр. Дайте смоле остыть и снимите картонный кожух. После этого начнём формировать поверхность, необходимо придать ей небольшую выпуклость. Созданные каналы также помогут вам при обработке стекла.
Шаг 9: Полируем
Положите немного влажного порошка церия на смолу и начинайте тереть о нём зеркалом. Церий будет проникать в поверхность смолы. Используйте мыльную смазку, если нужно.
Шаг 10: Изготовляем Фуко тестер
Фуко тестер – инструмент предназначен для анализа поверхности параболических зеркал. Он имеет источник света, который светит на зеркало. Когда свет возвращается, то фокусируется в другом районе (если он пришел от края или центра зеркала).
Тестер использует этот принцип, чтобы вы визуально могли увидеть ошибки в диапазоне от 1 миллионной см. Добавив экран Ronchi к тестеру вы сэкономите время, потому что будете получать представление о поверхности без каких-либо измерений.
Для того, чтобы сделать жизнь проще, сделайте стенд для зеркала. Винт в задней части позволяет регулировать угол наклона.
Шаг 11: Изготавливаем параболоид
После стадии доводки у нас должно получиться полностью полированное зеркало с красивой сферической поверхностью. Тем не менее, сфера не подходит для астрономических целей. Мы должны получить параболоид.
Разница между сферой и параболоидом мала (порядка 1 микрона). Для достижения этой разницы будем использовать тестер Фуко. Так как мы знаем, как должно выглядеть отражение, мы будем делать специальную доводку оксидом церия, пока отражение на зеркале не совпадет с теоретическим.
Внешний вид шлифовки будет напоминать «W». Амплитуда должна быть 4/5 диаметра в поперечном и продольном направлении.
Существует также полный перечень различных приемов, чтобы исправить ошибки конкретной поверхности.
Шаг 12: Контроль поверхности с помощью тестера Фуко
Так выглядит отражение в Фуко тестере, что снабжён сеткой Рончи.
В зависимости от случая (сетка разрезает свет перед радиусом кривизны или после), можно интерпретировать линии и вывести форму поверхности.
Маска Couder используется для измерений с тестером Фуко.
Шаг 14: Алюминирование
Для того, чтобы полностью завершить поделку, её нужно отправить на алюминирование. В настоящее время зеркало отражает только 4% света. Алюминиевый вклад в поверхность увеличит процент более чем на 90%.
Необязательное дополнение – покрытие из SiO2 поможет защитить металл от любого источника окисления.
Можно добавить отпечаток центра – это помогает при коллимации и не влияет на качество зеркала, так как центр не участвует в формировании изображения, что вы будите видеть в окуляре.
Продолжение следует…
Сегодня мы рассмотрим, как создать самодельный телескоп-рефлектор. Как Вы уже наверное знаете, в телескопах-рефлекторах объектив представлен зеркалом. Изготовить самодельный телескоп-рефлектор довольно сложно, особенно если вручную делать для него зеркала, однако несомненным преимуществом самодельного телескопа-рефлектора перед таким же самодельным телескопом-рефрактором является его большее по сравнению с рефрактором оптическое увеличение.
Как самостоятельно сделать мощный телескоп рефлектор или рефрактор увеличением от 500 до 6000 крат своими руками в домашних условиях смотри подробное описание здесь: http://remontavto-moto-velo.blogspot.ru/2018/04/500-6000.html
Самодельные телескопы-рефлекторы любители астрономии строят, в основном, по системе Ньютона.Именно Исаак Ньютон примерно в 1670 году впервые создал телескоп-рефлектор. Это позволило ему избавиться от хроматических аббераций (они ведут к снижению чёткости изображения, к появлению на нём цветных контуров или полос, которых на реальном предмете нет) - главного недостатка существовавших тогда телескопов-рефракторов.
Схема «ньютоновского» рефлектора выглядит так:
В этой схеме зеркало 1 – это объектив, также называемый главным зеркалом. Это зеркало является параболическим или сферическим. Зеркало 2 называется диагональным зеркалом – это зеркало направляет пучок отраженных лучей через окуляр к наблюдателю. Элемент, обозначенный цифрой 3, - окулярный узел.
Фокус главного зеркала и фокус окуляра, вставленного в окулярный тубус, должны совпадать. Фокус главного зеркала определяется как вершина конуса отраженных зеркалом лучей.
Диагональное зеркало изготавливается небольших размеров, оно является плоским и может иметь прямоугольную или же эллиптическую форму. Устанавливается диагональное зеркало на оптической оси главного зеркала (объектива), под углом 45° к ней.
Обычное бытовое плоское зеркало не всегда подходит для использования в качестве диагонального зеркала в самодельном телескопе – для телескопа нужна оптически более точная поверхность. Поэтому в качестве диагонального зеркала можно использовать плоскую поверхность плоско-вогнутой или плоско-выгнутой оптической линзы, если предварительно покрыть эту плоскость слоем серебра или алюминия.
Размеры плоского диагонального зеркала для самодельного телескопа определяются из графического построения конуса лучей, которые отражаются главным зеркалом. При прямоугольной или эллиптической форме зеркала стороны или оси соотносятся друг к другу как 1:1,4.
Объектив и окуляр самодельного телескопа-рефлектора монтируются в трубе телескопа взаимоперпендикулярно. Для крепления главного зеркала самодельного телескопа требуется оправа, деревянная или металлическая.
Для изготовления деревянной оправы главного зеркала самодельного телескопа-рефлектора Вы можете взять круглую или восьмигранную дощечку толщиной не менее 10 мм и на 15-20 мм больше, чем диаметр главного зеркала. Главное зеркало закрепляется на этой дощечке 4 отрезками толстостенной резиновой трубки, надетыми на шурупы. Для лучшей фиксации под головки шурупов можно подложить пластмассовые шайбы (само зеркало зажимать ими нельзя).
Труба самодельного телескопа изготавливается из отрезка металлической трубы, из нескольких склеенных между собой слоев картона. Можно также изготовить трубу металлическо-картонную.
Три слоя плотного картона следует склеить между собой столярным или казеиновым клеем, затем вставить картонную трубу в метталические кольца жесткости. Из металла также делают чашу для оправы главного зеркала самодельного телескопа и крышку трубы.
Длина трубы (тубуса) самодельного телескопа-рефлектора должна быть равна фокусному расстоянию главного зеркала, а внутренний диаметр трубы – 1,25 диаметра главного зеркала. Изнутри тубус самодельного телескопа-рефлектора следует «зачернить», т.е. оклеить матовой черной бумагой или же покрасить черной матовой краской.
Окулярный узел самодельного телескопа-рефлектора в самом простом исполнении может быть основан, как говорится, «на трении»: подвижная внутренняя трубка перемещается вдоль неподвижной внешней, обеспечивая необходимую фокусировку. Окулярный узел также может быть резьбовым.
Самодельный телескоп-рефлектор перед использованием необходимо установить на специальную подставку – монтировку.
Теперь рассмотрим подробно как шлифовать зеркало:
Если фокусное расстояние главного зеркала при диаметре 100 мм больше 700 мм, а при диаметре 120 мм - больше 900 мм, то поверхность зеркала лучше сделать не параболической, а сферической, что намного легче.
Для изготовления такого сферического зеркала нужны два диска (при диаметре 100 мм толщиной - не менее 8-10 мм, при диаметре 120 мм - около 12-14 мм) из хорошо отожженного стекла, например зеркального, витринного, иллюминаторного. Если есть толстое зеркальное стекло, диски можно вырезать и самому с помощью трубчатого сверла. Его сгибают из полосы железа, стали или другого не очень мягкого металла. Толщина стенок сверла - 1-2 мм.
Оно укрепляется на дере-вяном диске того же диаметра, что и зеркало. Диски вырезают, вращая трубчатое сверло на сооруженном для этой цели станочке или вручную. Под край сверла непрерывно подмазывают кашицу из абразива (например, порошка наждака), размешанного с водой.
В качестве заготовок для зеркал можно использовать плоско-выпуклые конденсорные линзы для фотоувеличителей, обрабатывая их плоскую поверхность. Такие линзы диаметром до 113 мм вы сможете приобрести в фотомагазинах.
Диски вырезаны. Теперь их надо отшлифовать. Для этого вам понадобятся шлифующие и полирующие материалы, а также смола и канифоль. Шлифуйте зеркало с помощью абразивных порошков - карборунда (карбида кремния), корунда или наждака. В вашей работе понадобятся абразивы с зернами разной величины. Они обычно различаются по номерам: 40-20 (самый крупнозернистый), 12- 10, б-4. Абразивные порошки разных номеров можно получить, раздробив на мелкие куски абразивный (точильный) камень. Полученный порошок сортируют, просеивая через мелкие сита.
Шлифуйте диски на станочке. На толстой доске - основании - укреплен вращающийся круглый или шести-, восьмиугольный столик. В его центре наглухо закреплена ось, вращающаяся в основании. Столик может опираться на «утопленные» в основании 3 стальных шарика. На таком станочке очень удобно работать: вместо того чтобы самому ходить вокруг стола, можно поворачивать столик станка.
Начинайте шлифовку самым крупным абразивом. Для шлифовки зеркала сферической поверхности наложите один диск на другой. Предварительно нижний диск закрепите в центре вращающегося столика 4 шурупами с надетыми на них отрезками толстостенной резиновой трубки. Затем, смазывая соприкасающиеся поверхности кашицей из абразивного порошка с водой, двигайте верхний диск от себя и к себе на 1/4 - "/з радиуса. При этом оба диска непрерывно поворачивайте в противоположных направлениях. В результате поверхность верхнего диска становится вогнутой, а нижнего - выпуклой.
Чтобы ускорить процесс грубой шлифовки, в современной любительской практике применяется шлифовка кольцом. В качестве кольца возьмите отрезок толстостенной чугунной трубы. Диаметр кольца равен примерно половине диаметра зеркала. Положив будущее зеркало на место шлифовальника, шлифуйте его кольцом, подмазывая кашицу из абразива с водой. Следите, чтобы кольцо не выводилось за пределы края шлифовальника. Кольцо и столик станочка должны все время равномерно поворачиваться в противоположных направлениях. При шлифовке кольцом углубление в стекле получается гораздо быстрее, чем при шлифовке стекла стеклом. При дальнейшей шлифовке кроме стеклянного шлифовальника применяют шлифоваль-ники, основания которых делают из самых разных материалов: металла, гетинакса, текстолита, отлитых из смеси цемента с песком или цемента с алебастром. Применяют также дерево, пропитанное водоотталкивающим составом. На основание такого шлифовальника наклеивают квадратики из стекла или оргстекла. Применяют и специальные металлические шли-фовальники.
Их основания, имеющие вид сферы, вытачивают на токарном станке. Применение описанных выше шлифовальников позволяет ограничиться одним стеклянным диском - будущим зеркалом.
Когда углубление приближается к заданной величине (для 100 мм зеркала - не более 0,90 мм; для 120 мм зеркала - не более 1,00 мм), переходите от грубой шлифовки к тонкой, применяя все более и более мелкие сорта абразива.
Закончив шлифовку самым мелким абразивом, отполируйте поверхность зеркала. На нижний диск - шлифовальник нанесите слой сплава смолы с канифолью толщиной 4-5 мм. Слой разделите сетью канавок на квадратики - фасетки для лучшего контакта со стеклом и циркуляции полирующего вещества. Принцип работы теневого прибора таков. В центре кривизны О испытываемого зеркала поместите искусственную звезду - точечный источник света (например, в листовой фольге сделайте небольшой прокол и осветите сзади ярким светом), а в точке пересечения отраженных от зеркала лучей света (вершина конуса О") поставьте «нож Фуко» (например, лезвие бритвы). Поместившись сзади фонарика, найдите отражение звезды в зеркале.
Приближаясь или удаляясь от зеркала, добейтесь, чтобы искусственная звезда заполнила своим светом всю поверхность зеркала. Если теперь медленно пересекать вершину конуса лучей «ножом Фуко», то все зеркало будет «гаснуть» одновременно. Это значит, что все лучи, отраженные от зеркала, сходятся в одной точке. Если кривизна поверхности зеркала отклоняется от заданной, то вы увидите «теневую картину», по которой судят о форме поверхности. Поверхность зеркала исправьте дальнейшей полировкой, изменяя характер движений зеркала (штрихов) или форму полировальника. Реальные отклонения поверхности изготовленного вами зеркала от сферы измеряются долями микрона.
Вогнутая сферическая поверхность отполированного зеркала отражает всего около 5% падающего на него света. Поэтому ее надо покрыть светоотражающим слоем алюминия или серебра. Алюминируют зеркало только в специальной установке, а серебрить можно и в домашних условиях.
В телескопе-рефлекторе системы Ньютона диагональное плоское зеркало отклоняет вбок конус лучей, отраженных от главного зеркала. Изготовить хорошее плоское зеркало самим очень трудно. Вместо этого зеркала воспользуйтесь призмой с полным внутренним отражением от призменного бинокля. При главном зеркале диаметром 100-120 мм размеры прямоугольных плоскостей призмы, расположенных под углом 90°, заключены между 20x20 мм и 25x25 мм.
В качестве плоского диагонального зеркала вы можете использовать также плоскую поверхность линзы, поверхность светофильтра от фотоаппарата или любую другую оптически точную плоскость. Покройте ее слоем серебра или алюминируйте.
Всем привет! С Вами Виталий Соловей. Сегодня моя статья будет на тему параболических зеркал и вообще энергии солнца. Пару лет назад на просторах интернета США я наткнулся на уникальное по тем временам устройство — параболическое зеркало, которое так же ещё называют концентратором прямых солнечных лучей. Визуально оно напоминает спутниковую тарелку с зеркальной поверхностью внутри.
Принцип действия данной тарелки таков, что при попадании солнечных лучей на зеркальную поверхность, лучи отражаются и скапливаются в одной точке. Это происходит благодаря параболической форме тарелки и луч света отражается точно под таким же углом, под которым попал на зеркальную поверхность.
При правильном исполнении, так называемого, выпуклого зеркала, температура в месте скопления лучей может достигать 2 000 градусов по товарищу Цельсию.
В подтверждение этого приведу видеоролик
Поверхность параболического зеркала может быть либо цельная, то есть без швов, либо из кусочков зеркал или отражающей плёнки. На видео выше, зеркало состояло из 5800 отдельных маленьких зеркал. Но сложность состоит в том, чтобы правильно их все разместить. Разместить все 5800 мини зеркал под правильным углом.
Так же поверхность может быть покрыта кусочками отражающей серебряной плёнки, что тоже не есть гуд, так как из-за многочисленных швов, солнечные лучи слегка рассеиваются и эффект будет значительно слабее.
Вы ходом в данной ситуации может быть, если саму выпуклую тарелку изготовить из нескольких продольных частей, на которые ровно наклеена отражающая плёнка.
В таком случае отражённые лучи под наиболее правильным углом будут фокусироваться в точке скопления. Но самым эффективным способом изготовления всё таки является натуральное стеклянное зеркало параболической формы, которое, конечно стоить будет немерено для применения зеркала в быту.
Простейший и наиболее эффективный вариант, который я нашёл — это метод вакуумной формовки параболического зеркала.
Во время приклеивания, плёнку лучше расстелить зеркальной стороной к столешнице, а оклееной посудиной накрыть её и немного прижать.
- Теперь чтобы сформировать параболическую форму для плёнки, потребуется откачать воздух из получившегося сосуда. Для этого просверлим отверстие в любой части пластиковой посудины и вставим туда велосипедный золотник.
Важно! Золотник требуется установить обратной стороной наизнанку, так как мы будем выкачивать воздух, а не накачивать его внутрь посудины.
И вот, что должно получиться в идеале:
На этом пока всё, в последующих статьях ещё расскажу о других, не менее важных применениях параболического зеркала. А напоследок видео о том, как развести огонь с помощью туалетной бумаги и столовой ложки:
Do-it-yourself / DIY
Параболическое зеркало для телескопа-рефлектора при помощи самодельного ЧПУ-станка
Вы видели, сколько сейчас стоит рефлектор с зеркалом диаметром в 18 дюймов (почти 46 см)?
Поэтому мой парк безумных инженерных идей пополняется новым пунктом!
Для создания зеркала нам понадобится много плексигласа или нехрупкого (т.н. вязкого) стекла. Чтобы подобрать материал - надо хорошенько заморочиться, да. Также понадобится три-четыре мощных и точных сервопривода с контроллерами, Arduino и немого радиодеталей. Далее нужен материал для станины, корпуса станка и поворотных деталей. Ну и самое главное - ручная фреза, подходящая для обработки выбранного материала.
Идея в том, чтобы при помощи закрепленной на вращающейся штанге фрезы наносить концентрические канавки с уменьшающимся радиусом и увеличивающейся глубиной при каждом новом круге. Таким образом мы получаем ступенчатую поверхность, близкую к параболоиду вращения, т.к. все изменения положения фрезы и глубины её погружения будут рассчитываться при помощи параболической функции. Далее поверхность покрывается эпоксидной смолой и при помощи быстрого вращения заготовки равномерно распределяется по поверхности, заполняя "ступеньки" и приводя поверхность к максимально близкой к параболоиду.
Основные проблемы, с которыми я точно столкнусь:
- Точность позиционирования
- Выбор материала и фрезы, в случае со стеклом будут сколы, а плексиглас слишком мягкий и не держит форму
- Морока с "замазкой" ступенек эпоксидкой и финальная шлифовка
- Нанесение отражающего слоя. (пылищща, ага)
Проблема использования солнечной энергии с древних времен занимала лучшие умы человечества. Было понятно, что Солнце – это мощнейший источник даровой энергии, но как эту энергию использовать, не понимал никто. Если верить античным писателям Плутарху и Полибию, то первым человеком, практически использовавшим солнечную энергию, был Архимед, который с помощью изобретенных им неких оптических устройств сумел собрать солнечные лучи в мощный пучок и сжечь римский флот.
В сущности, устройство, изобретенное великим греком, представляло собой первый концентратор солнечного излучения, который собрал солнечные лучи в один энергетический пучок. И в фокусе этого концентратора температура могла достигать 300°С - 400°С, что вполне достаточно для того, чтобы воспламенить деревянные суда римского флота. Можно только догадываться, какое именно устройство изобрел Архимед, хотя, по современным представлениям, вариантов у него было всего два.
Уже само наименование устройства – солнечный концентратор – говорит само за себя. Этот прибор принимает солнечные лучи и собирает их в единый энергетический пучок. Самый простой концентратор всем знаком из детства. Это обычная двояковыпуклая линза, которой можно было выжигать различные фигурки, надписи, даже целые картинки, когда солнечные лучи собирались такой линзой в маленькую точку на деревянной доске, листе бумаги.
Эта линза относится к так называемым рефракторным концентраторам. Кроме выпуклых линз к этому классу концентраторов относятся также линзы Френеля, призмы. Длиннофокусные концентраторы, построенные на основе линейных линз Френеля, несмотря на свою дешевизну, практически используются очень мало, так как обладают большими размерами. Их применение оправдано там, где габариты концентратора не являются критичными.
Рефракторный солнечный концентратор
Этого недостатка лишен призменный концентратор солнечного излучения. Более того, такое устройство способно концентрировать также и часть диффузного излучения, что значительно повышает мощность светового пучка. Трехгранная призма, на основе которой построен такой концентратор, является и приемником излучения и источником энергетического пучка. При этом передняя грань призмы принимает излучение, задняя грань – отражает, а из боковой грани уже выходит излучение. В основу работы такого устройства заложен принцип полного внутреннего отражения лучей до того, как они попадут на боковую грань призмы.
В отличие от рефракторных, рефлекторные концентраторы работают по принципу сбора в энергетический пучок отраженного солнечного света. По своей конструкции они подразделяются на плоские, параболические и параболоцилиндрические концентраторы. Если говорить об эффективности каждого из этих типов, то наивысшую степень концентрации – до 10000 – дают параболические концентраторы. Но для построения систем солнечного теплоснабжения используются в основном плоские или параболоцилиндрические системы.
Параболические (рефлекторные) солнечные концентраторы
Практическое применение солнечных концентраторов
Собственно, основная задача любого солнечного концентратора – собрать излучение солнца в единый энергетический пучок. А уж воспользоваться этой энергией можно различными путями. Можно даровой энергией нагревать воду, причем, количество нагретой воды будет определяться размерами и конструкцией концентратора. Небольшие параболические устройства можно использовать в качестве солнечной печи для приготовления пищи.
Параболический концентратор в качестве солнечной печи
Можно использовать их для дополнительного освещения солнечных батарей, чтобы повысить выходную мощность. А можно использовать в качестве внешнего источника тепла для двигателей Стирлинга. Параболический концентратор обеспечивает в фокусе температуру порядка 300°С – 400°С. Если в фокусе такого сравнительно небольшого зеркала поместить, например, подставку для чайника, сковороды, то получится солнечная печь, на которой очень быстро можно приготовить пищу, вскипятить воду. Помещенный в фокусе нагреватель с теплоносителем позволит достаточно быстро нагревать даже проточную воду, которую затем можно использовать в хозяйственных целях, например, для душа, мытья посуды.
Простейшая схем нагрева воды солнечным концентратором
Если в фокусе параболического зеркала поместить подходящий по мощности двигатель Стирлинга, то можно получить небольшую тепловую электростанцию. Например, фирма Qnergy разработала и пустила в серию двигатели Стирлинга QB-3500, которые предназначены для работы с солнечными концентраторами. В сущности, правильнее было бы их назвать генераторами электрического тока на базе двигателей Стирлинга. Этот агрегат вырабатывает электрический ток мощностью 3500 ватт. На выходе инвертора – стандартное напряжение 220 вольт 50 герц. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить электричеством дом для семьи из 4 человек, дачу.
Кстати, используя принцип работы двигателей Стирлинга, многие умельцы своими руками делают устройства, в которых используется вращательное или возвратно-поступательное движение. Например, водяные насосы для дачи.
Основной недостаток параболического концентратора заключается в том, что он должен быть постоянно ориентирован на солнце. В промышленных гелиевых установках применяются специальные системы слежения, которые поворачивают зеркала или рефракторы вслед за движением солнца, обеспечивая тем самым прием и концентрацию максимального количества солнечной энергии. Для индивидуального использования вряд ли будет целесообразным применять подобные следящие устройства, так как их стоимость может значительно превышать стоимость простого рефлектора на обычной треноге.
Как сделать самому солнечный концентратор
Самый простой способ для изготовления самодельного солнечного концентратора – это использовать старую тарелку от спутниковой антенны. Вначале нужно определиться, для каких целей будет использоваться этот концентратор, а затем, исходя из этого, выбрать место установки и подготовить соответствующим образом основание и крепления. Тщательно вымыть антенну, высушить, на приемную сторону тарелки наклеить зеркальную пленку.
Для того, чтобы пленка легла ровно, без морщин и складок, ее следует разрезать на полоски шириной не более 3 – 5 сантиметров. Если предполагается использовать концентратор в качестве солнечной печи, то рекомендуется в центре тарелки вырезать отверстие диаметром примерно в 5 – 7 сантиметров. Через это отверстие будет пропущен кронштейн с подставкой для посуды (конфоркой). Это обеспечит неподвижность емкости с приготовляемой едой при повороте рефлектора на солнце.
Если тарелка небольшого диаметра, то рекомендуется еще и полоски разрезать на кусочки длиной примерно по 10 см. Наклеивать каждый кусочек отдельно, тщательно подгоняя стыки. Когда отражатель будет готов, его следует установить на опору. После этого нужно будет определить точку фокуса, так как точка оптического фокуса у тарелки спутниковой антенны не всегда совпадает с позицией приемной головки.
Самодельный солнечный концентратор – печь
Чтобы определить точку фокуса, необходимо вооружиться темными очками, деревянной дощечкой и толстыми перчатками. Затем нужно направить зеркало прямо на солнце, поймать на дощечку солнечный зайчик и, приближая или удаляя дощечку относительно зеркала, найти точку, где этот зайчик будет иметь минимальные размеры – небольшую точку. Перчатки нужны для того, чтобы уберечь руки от ожога, если они случайно попадут в зону действия луча. Ну, а когда точка фокуса будет найдена, ее останется только зафиксировать и монтировать необходимое оборудование.
Вариантов самостоятельного изготовления солнечных концентратором существует множество. Точно так же самому из подручных материалов можно смастерить и двигатель Стирлинга. А уж использовать этот двигатель можно для самых различных целей. На сколько хватит фантазии, желания и терпения.