Солнечный концентратор от Юрия Рылова

Идея заставить солнце нагревать воду для бытовых нужд далеко не нова. И способов заставить солнце нагревать воду есть множество. Наибольшее распространение получили солнечные коллекторы – плоские и вакуумные. Принцип работы этих коллекторов различен, но конечная цель одна – нагрев теплоносителя, который затем будет нагревать воду в бойлере.

Если учесть, что в зимнее время эти коллекторы в течение светового дня эффективно могут работать только пять, максимум шесть часов, то становится понятным, что большие объемы воды им нагреть не под силу. В плоских коллекторах объем теплоносителя составляет до 40 литров. И быстро разогреть такой объем солнце не может. В вакуумных коллекторах объем теплоносителя значительно меньше – может быть от трех до пяти литров. Но нагревается этот теплоноситель в трубе теплообменника не сразу, а постепенно, проходя от входа до выхода последовательно 20 точек нагрева.

Максимальный объем воды, который могут разогреть такие коллекторы, составляет порядка 250 литров. Но этого количества бывает недостаточно, чтобы обеспечить и отопление, и подачу горячей воды для бытовых нужд без дополнительного нагрева. Вот тогда потребуются дополнительные нагреватели – либо электрические, либо работающие на традиционных энергоносителях. А если устанавливать бойлеры большей емкости, то для нагрева в них воды понадобится и большее число коллекторов. А это не только значительно удорожает систему, но и намного увеличивает нагрузку на крыши, так как вес каждого коллектора превышает 20 килограммов.

Выход из положения – солнечный концентратор

Способ, как все-таки заставить солнце более эффективно нагревать воду и по возможности обойтись без дополнительного подогрева воды в бойлере, изобрел инженер из Приморья Юрий Рылов. Он нашел, как можно в минимальное время разогреть до высокой температуры воду в бойлере емкостью до 600 и более литров, а такого количества воды вполне хватает и на бытовые нужды, и на отопление. Анализируя различные способы получения высоких температур от солнечного света, изобретатель применил в своем устройстве двойную концентрацию излучения. Изобретение получило название солнечный концентратор Юрия Рылова.

Это устройство оказалось настолько эффективным, что изобретением российского инженера заинтересовались многие зарубежные фирмы. Ведь в отличие от традиционных плоских и вакуумных солнечных коллекторов солнечный концентратор Рылова оказался настолько универсальным, что его можно применять не только для нагрева воды и отопления, но и для небольших бытовых электростанций, так как одним из продуктов работы его может быть высокопотенциальный перегретый пар. Этот перегретый пар может быть использован для вращения турбины с небольшим электрогенератором.

Ю.М.Рылов и его солнечный концентратор

Изобретение инженера из Приморья может найти себе широкое применение. Подобные солнечные параболоцилиндрические концентраторы могут полностью обеспечивать теплом и горячей водой загородные дома, коттеджи, сельские подворья, различные фермы, теплицы.

Несколько таких концентраторов вполне могут отапливать и снабжать горячей водой многоэтажные дома. Уже подсчитано, что если выпускать эти устройства серийно, то их себестоимость окажется менее ста тысяч рублей. Сам же инженер Ю.М. Рылов использует построенный им концентратор для отопления своего загородного дома. В подвале у него установлен бойлер емкостью 600 литров, вода в нем нагревается до 60°С – 65°С, что обеспечивает и комфортную температуру в помещениях и достаточное количество воды для повседневных нужд.

Устройство солнечного концентратора Рылова

Двойная концентрация солнечного излучения достигается путем использования в аппарате двух параболоцилиндрических зеркал. Первое параболоцилиндрическое зеркало солнечного концентратора имеет такой радиус кривизны, что абсорбер, располагающийся строго в фокусе зеркала, не может создавать тень в рабочей области при любом положении зеркала относительно солнца.

Такое техническое решение позволило найти оптимальное положение оси поворота концентратора, разместив ее в математически рассчитанном центре масс всего агрегата. Второе параболоцилиндрическое зеркало, которое имеет небольшое фокусное расстояние, служит абсорбером. Расположено зеркало абсорбера таким образом, чтобы фокусы его и самого концентратора не совпадали. Между концентратором и абсорбером располагается приемная трубка, через которую протекает теплоноситель.

Следящая система, обеспечивающая поворот концентратора как по горизонтали (перемещение солнца по азимуту), так и по вертикали (высота солнца над горизонтом), изначально устанавливается по расчетным характеристикам, привязанным к координатам данной конкретной географической точки. Оригинальная конструкция механической следящей системы обеспечивает максимально возможное использование солнечной энергии, так как отслеживает изменение положения солнца в течение дня, учитывая при этом текущее время года. Именно поэтому следящая система концентратора играет очень важную роль.

Солнечный параболоцилиндрический концентратор Ю.М.Рылова

Следящая система солнечного концентратора

Теоретически было рассчитано, а затем и подкреплено экспериментами, что если солнечный концентратор отслеживает даже с небольшой погрешностью положение Солнца на небосклоне, то среднее значение мощности потока солнечной энергии, припадающей на единицу поверхности, будет более чем в два раза превышать аналогичные показатели для коллекторов, расположенных горизонтально или под углом к горизонту.

Чтобы съем энергии в концентраторе был максимальным, необходимо, чтобы световой поток был направлен параллельно фокальной плоскости параболы. Поэтому следящая система настраивается таким образом, чтобы постоянно ориентировать фокальную плоскость параболоцилиндрического концентратора точно перпендикулярно плоскости эклиптики. Для расчета угла поворота концентратора в единицу времени необходимо воспользоваться данными о продолжительности дня в данной географической точке, высоте Солнца утром, в полдень и вечером, с учетом времени года.

Солнечный концентратор Юрия Рылова в процессе сборки

Создавая свой солнечный концентратор, Юрий Рылов сознательно отказался от дорогостоящей электронной системы слежения за солнцем и управления поворотом параболоцентрического зеркала. Инженер изобрел собственную систему управления поворотом агрегата, приняв за базовые элементы для расчета несколько отправных констант.

Во-первых, это географическая широта местности, на которой устанавливается солнечный концентратор. Во-вторых, это данные о длительности светового дня и высоте солнца во время восхода, в полдень и во время заката. И, наконец, в-третьих, это изменение угла высоты солнца в зависимости от времени года. За сутки этот угол изменяется примерно на 0.2 градуса. Юстировать положение зеркала каждый день на такое смещение не представляется целесообразным. Достаточно производить эту корректировку один раз в месяц, причем эта операция производится вручную. Для такой юстировки в агрегате предусмотрены специальные юстировочные винты.

В России, к сожалению, пока солнечный концентратор Юрия Рылова не нашел достойного применения, хотя на женевской международной выставке он получил достойную оценку, завоевав серебряную медаль. И, хотя иностранные предприниматели предлагают изобретателю большие суммы за право производить этот концентратор за рубежом, Юрий Рылов пока это право никому не продает, надеясь на то, что его изобретение будет востребовано у него на Родине.