|
О ветряках---->
Статьи и небольшие публикации о ветряках и других источниках энергии.
Solardam (солнечная плотина) для использования солнечной энергии.
J. Мануэль FelizTeixeira http://www.fe.up.pt/~feliz
Март 2010
Физика, Моделирование и симуляция
feliz@fe.up.pt, manuelfeliz@gmx.net
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: возобновляемые источники энергии, солнечная энергия, механические
солнечные устройства, солнечная механическая система.
РЕЗЮМЕ
Очень простой солнечный двигатель описан здесь.
Он
представляет собой механическое устройство, с движущимися частями, его практическая
полезность, возможно, будет низкой по сравнению с
современными системами, основанными на полупроводниковых солнечных элементах.
Тем не менее, благодаря своей предельной простоте, и,так как его
легко построить в нескольких форматах и размерах,
заслуживает упоминания и описания.
Модели этого устройства являются лабораторными образцами. По крайней мере, из любопытства и в качестве дидактической модели,
есть надежда, что он будет интересен многим.
Домашние
версии solardam (солнечной плотины)
были построены с использованием
простейших материалов, а затем минимально испытаны с целью
проверки их правильной работу. Большую часть времени они
вели себя как автогенераторные
устройства, которые начали работать
автоматически на рассвете, и останавливались только на закате.
Тем не менее, предполагается, что все они могут работать непрерывно, если они будут надлежащим образом скорректированы. Такие машины также могут быть использованы в качестве динамических элементов архитектуры, действуя в качестве хороших примеров превращения
солнечного света в механическую энергию при температуре окружающей среды.
Статья в оригинале на английском.
1. Введение
Фактом является то, что энтузиасты солнечной энергии в последнее время сбавили энтузиазм, в то время как в мире, люди жалуются что все меньше и меньше
солнечного света, достигающего поверхности Земли в связи с аномальным количеством техногенного облака, появляющиеся в небе (1). На рисунке 1 показана
прочная структура из этих типов облаков. Скоро, солнечная
энергия, кажется, будет превращена в
фон.
Рис. 1 Техногеннный тип облаков наблюдается во всем мире.
К сожалению, я страдаю от насморка, который усугубляется от этих формирующих облака
частиц, читатель простит меня, если я напишу
еще несколько строк на эту тему: это общеизвестно, что погодные эксперты обнаружили
значительное увеличение температуры планеты
с 1995 года, но и, что до этих данных
«ненормальным» был период 1920-30 (2).
Для борьбы с такой тенденцией, некоторые ученые предположили, что нашу Землю должны покрыть искусственные облака от взрыва атомных зарядов,
1) Некоторые люди назвали бы эту тему простым "словоблудием", но
правда в том,что эти облака очень хорошо задокументированы во всем мире есть независимые статьи и фотографии и видеоматериалы в Интернете. это
тоже загадка, что ни один университет в мире, кажется, не
заинтересован в изучении этого явления, в то время как СМИ молчит
об этом тоже.
2) Читайте о "глобальном потеплении" в wikipedia.org, например.
отражающие 10-20% солнечного света обратно в космос, тем самым
снижая потепление. Эдвард Теллер,
физик-ядерщик тесно связан с первой
атомной бомбой, и «отец» водородной
бомбы (3), кажется, был одним из тех, кто
выступал и предложил эту solution (4). Трудно
представить себе человека с такими зловещими предложениями для человечества, но во многих случаях история говорит что есть
тайная история, и поэтому люди должны, по крайней мере стать
лучше информированы об этом предмете.
3) http://en.wikipedia.org/wiki/Edward_Teller
4) Поиск в интернете за статью "Глобальное потепление и ледниковый период:"
Чем больше мы используем солнечную энергию, тем меньше планета
согревается. Но одним из самых главных вопросов является
не то, как производить экологически чистую энергию, но сомнение в том, что мы делаем с
энергией, которую мы производим. Какой смысла тратить деньги и ресурсы генерируя
чистую энергию, если большинство людей будет жить
с открытыми окнами в зимний период, или если такая энергия
будет использована для войны, например? Сколько
коттеджи можно было бы отопить, и как долго, от
энергиии простейшей атомной бомбы? Не было бы
проще и умнее, закрыть окна
и уменьшить удивительный темп постоянно растущей
военной промышленности? Современный вопрос, не производство энергии, по моему
мнению, но отношение к ней общества в целом.
2 Почему "solardam"?
Эта система была названа "solardam".
это, естественно, привело к мысли о
сходстве с принципом работы нормальный
плотина, для примера она показана на рисунке 2.
Рис. 2 Упрощенные схема водохранилища.
Конструкция плотины состоит из двух резервуаров,которые взаимосвязаны
трубой, через которую течет вода, энергия которой должна быть преобразована в электричество. Этот поток
связан с разницей давления между двух
сторон. Это давление исходит от тяжести, то есть, от
разницы в гравитационной энергии между стороной 1
и стороной 2. Со временем (и от дождя), резервуар 1
заполняется новой воды, и потенциальная энергия возрастает
с увеличением массы жидкости и
высоты над водохранилищем 2, запасенная энергия
просто вычисляется
g являтся ускорением свободного падения, как мы знаем.
Вопрос, который пришел мне на ум, когда мне было
около 16 лет(5), был следующий: есть ли способ инвертирования процесса после опустошения резервуара 1, для того, чтобы создать своего рода периодически дейсвующего устройства на основе этого принципа? В то время
ответ, казался: да, это может быть сделано, если,
после опорожнения резервуара 1 в резервуар 2, поднять резервуар 2 над резервуаром 1.
Это, конечно, трудно сделать в обычной водяной
плотине, но этот процесс намного проще в реализации
если "давление" тяжести заменяется
"давлением", индуцированное солнечным светом, как мы увидим.
3. "solardam" солнечная плотина- концепция.
Два равных резервуары используются в "solardam",
в которых постоянный объем жидкости вынужден
колебаться. В некотором смысле, это похоже на
концепцию машины
Стирлинга(6) в связи с тем, что
жидкость сохраняется внутри
машины и преобразование тепла
(термодинамической энергии) в механическую работу происходит
при каждом колебаний жидкости.
В первой версии "solardam", эти два
резервуара сообщались через отдельные трубки,
по одному для каждого направления потока, позволяя жидкости
перетекать из резервуара 1 в резервуар 2
и наоборот.
Каждый раз, когда жидкость перетекала,
механическая энергия производилась. Чтобы гарантировать цикличность работы, после перетекания жидкости, машина переворачивалась, чтобы инвертировать ее
5) В действительности я представлял себе "солнечную плотину" в соответствии с возрастом, но первая модель, из воздушных шаров из стекла взорвалась в моей
руки. И это не позволяло мне быть уверенным, что это будет действительно работать или просто взрываться.
Это также смешно, что только несколько лет назад я мог вернуться к идее и
убедиться, что она работает.
6) http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine
положение относительно источника тепла (рис. 3).
Рис. 3 Самый первый solardam двигатель, построенный из стекла.
В этом случае жидкость нагревают на стороне 1,
расширяясь она пертекает через клапан 1 в сторону 2, в это время вырабатывалась механическая энергии Е (1); раз
равновесие было достигнуто, вся система поворачивалась вручную на 180град , чтобы обратить
процесс. Именно в тот момент я был на стороне 1, чтобы нагреть её, и машина взорвалась. Расчеты были элементными и жидкость считается как идеальный газ, с
внутренняя энергия Ei примерно определяется по формуле:
Ei = P.V = n.R.Tk (1)
который относится давление (P), объем (V),
температура в градусах Кельвина (TK), идеальный газ
constant (R)R = 8,314472 (15) J.K-1.mol-1, а количество материала (n) в
молях.
Теперь мы можем заметить, что есть три очень
важных показателя преобладающие в термодинамике
этой системы:
1) скорость, с которой энергия
увеличивается в теплой стороне;
2) скорость, с которой
энергия уменьшается на холодной стороне;
3) скорость передачи материала от одной стороны к другой.
Рассматривать эту проблему тщательным образом не так
просто, и это выходит за рамки данной статьи, но
по крайней мере, мы можем понять, что как количество
Материал и температура в каждой стороны время-зависимые
функции, и это имеет место, в любой момент
времени:
n1 (т) + n2 (т) = constant = N0 (2)
А также разности энергий:
Е1 - Е2 = n1 (т) .R.T1 (т) - n2 (T) .R.T2 (т) (3)
До тех пор, Е2 отличается от Е1, жидкость может
переходить от одной стороны к другой и производить
механическая работа. Обратите внимание, что уравнение 3 также может быть
сокращен как:
(E1-E2) / R = n1. (T1 + T2)- N0.T2 (4)
Для этого, мы должны теперь наложить периодическое
вращение системы, которая контролирует как раз
воздействия на источник тепла и период его
цикла. Так как было не легко сделать оценку
поведения машины аналитически, было разработано программное обеспечение, чтобы дать представление о том, что
ожидать от реальной системы, если она вращается с
определенной частотой.
Например, рисунок 4 показывает
изменение давления (P) в обоих водоемах полученых
при моделировании.
Рис. 4 Моделирование давления внутри емкостей.
Как можно заметить, существует 180град разница фаз между моделируемых давлений двух емкостей. Частота вращения была
определена ранее, и на практике она должна быть
выбрана таким образом, чтобы добиться максимальной производительности.
Обратите внимание, что эта система является случаем асинхронной
системы, и что более сложные типологии могут быть, используя различное число получателей,
вместо двух.
4. Синхронная версия.
Асинхронная машина интересна тем, что сторона получающая тепло может контролироваться и управляться компьютером, было решено, что следующей
будет являться конструкция практической "Солнечный плотины", которая будет самосинхронизироваться по своим собственным
уровням давления, тем самым устраняя необходимость
любого запрограммированного
контроля. Этот вопрос сводится к следующим двум вопросам:
1) Как трансформировать «solardam" концепцию в практическое
устройство, в которой электрическая энергия может производится?
2) Как сделать "solardam"вращающуюся саму по себе?
Первую проблему можно было решить, вставив в
каждое направление потока жидкости, маленькую турбину
подключенную к электрическому генератору. Для увеличения
эффективности процесса, вторая текучая среда высшей
плотности, чем исходный газ была добавлена в
машину, для того, чтобы работа турбины была более
эффективной. Вода была использована для этой цели из-за её низкой вязкость. Давление внутри каждой стороны
устройства управлялось нагревом и охлаждением с помощью двух независимых и специально разработанных панелей солнечных батарей,
одна направленная прямо к солнцу, другая
направлена в сторону от него.
С термодинамической точки зрения, можно сказать, что эта модель
будет действовать между этими двумя температурами.
Аппарат, который был разработан, чтобы повернуть конструкцию
вокруг своей центральной оси показан на
на рисунке 5:
Рис. 5 Первая модель "solardam" 2007 год.
Эта машина вертикально симметрична, и может
считаться двумя системами, соединенными друг с другом. Единственное требование, чтобы начать работу систему необходимо повернуть таким образом, чтобы одна панель смотрела на солнце. Каждая солнечная панель содержит газ и каждый резервуар заполнен
некоторым количеством воды. Поскольку газ нагревается, он расширяется, заставляя некоторое количество воды через соединительную трубу и клапан периодически приводить в движение турбины. Два электрических генератора независимы, соединены параллельно. К сожалению, прототип этой идеи никогда не строился в связи с отсутствием финансовой поддержки.
Вторая проблема была решена с помощью силы тяжести. Так как машина меняет свой центр
масс в процессе эксплуатации за счет движения жидкости легкого наклона машины от
вертикали было достаточно, чтобы заставить её начать вращаться.
5. Максимальная эффективность.
Реальный КПД этой машины не может быть
испытан, но интересно попробовать оценить его
максимальное значение на основе идеального цикла Карно
эффективность, которого зависит исключительно от абсолютной
температуры теплой (TWK) и холоднох (ТСК) сторон,
и определяется по формуле:
Или, с учетом разности температур:
Измерения, выполненные на реальных моделях, было обнаружено, что они
легко работают в пределах температурных перепадов
Порядка Т = 60 ° С в средний солнечный день. Так,
при таких обстоятельствах, учитывая, эмбиент
температуры 25 ° С (298 К), максимально возможная
Эффективность для этой машины будет 20%, что
можно рассматривать как интересное значение.
6. Более поздний вид "solardam".
Дальнейшая работа основаная на этих идеях привела к
упрощению конструкции "solardam"
Имело бы смысл построить прототип для того, чтобы
проверить его поведение и эффективность. Упрощение достигается в результате ликвидации большинства компонентов предыдущего решения. Как показано на рисунке 6.
Рис. 6 Простейший "solardam" модель, с 2009 года, демонстрирует
свойства как солнечного так и гравитационного двигателя.
Очевидно, что, когда давление со стороны панелей
перемещает достаточно воды из противоположного резервуара,
система вращается на 180 град и процесс повторяется.
Обратите внимание, что, в любом случае, как эффект нагрева так
и охлаждения влияют на перемещение воды
в соответствующей стороне машины. Изменение
центра масс, таким образом, очень эффективны,
позволяя системе легко начать вращаться. В этом
случай, машина является гравитационным двигателем, так как
гравитация используется, чтобы повернуть его. Давление приводит центр масс в движение от падающих солнечных лучей (таким образом, это также солнечной двигатель), но также может быть использоваться все, что вводит различие
температур между двумя сторонами. Отметим также, что
оптимальный режим работы можно регулировать
просто регулируя угол наклона.
7. Некоторые решения и выводы.
Как можно себе представить, множество устройств могут быть
созданы на основе этого принципа. На следующих рисунках представлены только некоторые
концептуальные примеры того, что можно сделать. На рисунке
9, тем не менее, очень простая модель выполнена из пластиковых
бутылок с водой, ее четырьмя получателя
установлены в виде креста, вместо двух. Размеры
этих систем могут варьироваться, очевидно, от нескольких
сантиметров до высоты здания. Так как они очень простые двигатели, было бы не смешно
построить один размером с реальное водохранилище. Тем не менее, мы
были бы рады принять участие в таком проекте, если
кто готов финансировать его.
Рис. 7 Понятие "solardam" около 7,5 м в высоту и 25м2 из (~ 25кВт солнечного света). Колесо на земля представляет собой электрический генератор.
Рис. 8 "solardam" вращающаяся сфера (~ 20KW).
Рис. 9 деревенский "solardam" эксперимент, который работал.
Авторская биография:
J. Мануэль FelizTeixeira окончил физический факультет в Университете Порто, Португалия, и получил
Магистра в области машиностроения и степень доктора философии Инженерного факультета того же университета. Сейчас он ищет новые
подходы для использования возобновляемых источников энергии, а также пытается связать явления
антигравитации и классической механики.
|
