Гелиостат, Wikipedia

Гелиостата (от Гелиос , греческое слово для ВС , и стата , как в стационарных) является устройством, которое включает в себя зеркало, как правило, плоское зеркало , которое оказывается таким образом, чтобы сохранить отражая солнечный свет к заданной цели, компенсации очевидно солнца движение в небо. Цель может быть физический объект, далеких от гелиостата, или направление в пространстве. Чтобы сделать это, отражающей поверхности зеркала хранится перпендикулярной к биссектрисе от угла между направлением на солнце и цели, как видно из зеркала. Почти в каждом случае, цель неподвижна по отношению к гелиостата, так что свет отражается в фиксированном направлении. 

Гелиостата на Фемиды опытной станции во Франции. Зеркало вращается на альтазимут крепления.

Solar Two солнечных тепловых энергетических проектов. Каждое зеркало в области гелиостатов отражает солнечный свет непрерывно на приемником на башне. 

В настоящее время большинство гелиостатов используются для естественного освещения или для производства концентрированной солнечной энергии , как правило, для выработки электроэнергии. Они также иногда используется в солнечной кулинарии . Несколько используются экспериментально, или для отражения неподвижно пучки солнечного света в солнечных телескопов . До появления лазеров и других электрических огней, гелиостатов широко используется для производства интенсивным, стационарных пучков света для научных и других целей. 

Большинство современных гелиостатов контролируется компьютерами. Компьютер учитывая широту и долготу положения гелиостата на земле, время и дата. Из этих, с помощью астрономической теории, он вычисляет направление на солнце, как видно из зеркал, например, его компас и угол возвышения. Тогда, учитывая направлении цели, компьютер вычисляет направление нужный угол, биссектриса, и посылает управляющие сигналы на двигатель , часто шаговых двигателей , поэтому они обращаются зеркало в правильное положение. Эта последовательность операций повторяется часто, чтобы держать зеркало правильно ориентирована. 
Крупные установки, такие как солнечные тепловые электростанции включают поля гелиостатов , состоящего из многих зеркал. Как правило, все зеркала в таком поле находятся под контролем одного компьютера. 

11mW PS10 недалеко от Севильи в Испании. Когда был сделан этот снимок, пыль в воздухе сделала сходящиеся лучи света видными.

Солнечная печь в Odeillo в Восточные Пиренеи во Франции может достигать температуры до 3500 ° C (6330 ° F) 

Есть старые типы гелиостата, которые не используют компьютеры, включая те, которые частично или полностью управляется вручную или с помощью часового механизма или находятся под контролем светового датчика . Теперь они довольно редки. 
Гелиостаты следует отличать от солнечных трекеров или солнце-трекеры, которые указывают прямо на солнце в небе. Однако, некоторые старые типы гелиостата включать солнечные трекеры, вместе с дополнительными компонентами пополам солнце зеркальными целевой углом. 

Сидеростат такое же устройство, которое предназначено воспринимать слабые звезды, а не солнце.

В солнечные тепловые электростанции, как и солнечный проект или PS10 заводе в Испании, широкое поле гелиостатов сосредоточена власть солнца на одном коллектор для нагрева среды, таких как вода или расплавленную соль. Средне проходит через теплообменник для нагрева воды, производства пара, а затем генерировать электричество через паровую турбину.
Несколько иное расположение гелиостатов в поле используется в экспериментальных солнечных печей, таких как тот в Odeillo , во Франции. Все зеркала гелиостата написать точно параллельные лучи света в большой параболоидные отражатель, который приносит их точной фокусировки. Зеркала должны быть расположены достаточно близко к оси параболоида, чтобы отражать солнечный свет в нее вдоль линий, параллельных оси, так что поле гелиостатов должна быть узкой. Замкнутом контуре системы управления используется. Датчики определить, какие из гелиостатов немного неправильно. Если это так, они посылают сигналы, чтобы исправить ее.
Было высказано предположение, что высокая температура генерируется могут быть использованы для расщепления воды производства водорода устойчиво. [ 1 ]

Меньшие гелиостатов используются для железобетонных конструкций и отопления. Вместо того, многие крупные гелиостатов упором на одну цель, чтобы сосредоточиться солнечной энергии (как в солнечной установки башенного типа питания), один гелиостата как правило, около 1 или 2 квадратных метра в размере, не отражают концентрированный солнечный свет через окно или окно в крыше. Небольшое гелиостата, установленные снаружи на земле или на конструкции здания, как крыша, движется по двум осям (вверх / вниз и влево / вправо) для того, чтобы компенсировать постоянное движение солнца. Таким образом, отраженного солнечного света остается фиксированным на целевой (например, окно).
Genzyme Center, корпоративной штаб-квартиры корпорации Genzyme в Кембридже, штат Массачусетс, использует гелиостатов на крыше прямых солнечных лучей в its12-этажный атриум. [ 2 ] [ 3 ]
В 2009 статьи, Брюс Рор предположил, что небольшие гелиостатов может быть использован как солнечная система башня власти. [ 4 ] Вместо того, чтобы занимать сотни акров, система будет вписываться в гораздо меньшей площади, как и плоские крыши коммерческих зданий, сказал он. Предлагаемая система будет использовать силу в солнечном свете для обогрева и охлаждения зданий или внести свой ​​вклад для тепловых промышленных процессов, таких как обработка пищи. Охлаждение будет выполняться с абсорбционной холодильной . Г-н Рор предложил, что система будет «более надежной и экономически эффективной за квадратный метр отражающей области», чем большие солнечные башни власти, отчасти потому, что он не будет жертвовать 80 процентов мощности, собранных в процессе преобразования ее в электричество. [ 5 ] 

Heliostat расходы составляют 30-50% от первоначальных капитальных вложений для солнечной энергетики башни электростанции в зависимости от энергетической политики и экономической ситуации в расположение страны. [ 6 ] [ 7 ] Она представляет интерес для разработки менее дорогих гелиостатов для крупных промышленных масштабах , так что солнечные башни власть власть может производить электроэнергию по цене, более конкурентоспособными с обычными уголь или ядерная энергетика растений расходы.
Кроме того, стоимость, процентов солнечного отражения (то есть альбедо ) и экологической прочности факторы, которые следует учитывать при сравнении гелиостата конструкций. 

Один способ, которым инженеры и исследователи пытаются снизить затраты на гелиостатов является заменой обычной конструкции гелиостата с тем, который используется меньше, более легкие материалы. Обычной конструкции для отражающих компонентов гелиостата на второй использует зеркальную поверхность. Сэндвич-структура как зеркало обычно состоит из стальных конструкций поддержку, клеевой слой, защитный слой меди, слой отражающего серебра, и верхний защитный слой из толстого стекла. [ 6 ] Это обычные гелиостата часто называют стекло / металл гелиостата. Альтернативные конструкции включают последние клей, композитный и тонких исследований фильма, чтобы вызвать затрат на материалы и снижение веса. Некоторые примеры альтернативных проектов отражатель посеребренный полимера отражатели, армированного стекловолокном полиэстера бутерброды (GFRPS) и алюминиевым отражатели. [ 8 ] Проблемы с этим последние проекты включают отслоение защитного покрытия, снижение процента солнечного отражения в течение длительного периода солнца экспозиции, и высокие производственные затраты. 

Движение самых современных гелиостатов работает в двух плоскостях моторизованной системы, управляемые компьютером, как описано в начале этой статьи. Почти всегда, основной оси вращения вертикального и горизонтального вторичном, так что зеркало находится на альт-азимутальной крепления . 

Одна простая альтернатива для зеркала, чтобы вращаться вокруг полярной соответствие основной оси, с приводом от механических, часто часовой механизм, механизм на 15 градусов в час, компенсируя вращение Земли по отношению к Солнцу. Зеркало выравнивается отражают солнечный свет по той же полярной оси в направлении одного из небесных полюсах . Существует перпендикулярной оси вторичных позволяет случайные ручная настройка зеркал (ежедневно или реже по мере необходимости) для компенсации сдвига в солнце склонения в зависимости от сезона. Установка привода часов также может быть иногда скорректированы для компенсации изменения в уравнения времени . 

Цели могут быть расположены на одной полярной оси, что является первичным вращения зеркала оси, или второй, стационарный зеркало могут быть использованы для отражения света от полярной оси по направлению к цели, где бы, что может быть. Этот вид крепления зеркал и дисков часто используется в солнечных печей , такие как отражатели Шеффлер . [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Для этого приложения, зеркало может быть вогнутым , с тем чтобы сконцентрировать солнечный свет на приготовление судна. 

Альт-азимутальная и полярная ось выравнивания являются двумя из трех ориентаций в течение двух оси крепления, которые являются или были, обычно используемый для гелиостата зеркала. Третья цель оси устройства, при котором первичные точки оси в направлении цели, при котором солнечный свет будет отражаться. Вспомогательной оси перпендикулярно к основной. Гелиостаты контролируется световой датчики использовали эту ориентацию. Стрелковое оружие несет датчиков, которые контролируют двигатели, которые превращают руку вокруг двух осей, так что она указывает в сторону Солнца. (Таким образом, этот проект включает в себя солнечные трекера). Простое механическое расположение делит пополам угол между основной оси, указывая на цель, и руку, указывая на солнце. Зеркало установлено таким образом, его отражающей поверхности перпендикулярно этой биссектрисе. Этот тип гелиостата был использован для железобетонных конструкций до наличия дешевых компьютеров, но после первоначального наличия датчиков аппаратного контроля. 

Есть гелиостата конструкций, которые не требуют оси вращения, чтобы иметь любой точной ориентации. Например, может быть светло-сенсоров близка к цели, которая посылает сигналы двигатели так, чтобы они исправить выравнивание зеркало всякий раз, когда пучок отраженного света дрейфует в сторону от цели. Направления осей нужно быть лишь приблизительно известны, так как система изначально является саморегулирующимся. Однако, есть недостатки, такие как, что зеркало должно быть перестроены вручную каждое утро и после любого длительного облачно заклинание, так как отраженный луч, когда он появляется, не попадает в датчиками, поэтому система не может исправить ориентацию зеркала. Есть также геометрические задачи, которые ограничивают функционирование гелиостата, когда направления солнца и цели, как видно из зеркала, очень разные. Из-за недостатков, эта конструкция никогда не была широко используется, но некоторые люди делают экспериментировать с ним. 

Многие другие виды гелиостата также иногда используется. В самых ранних гелиостатов, например, которые были использованы для железобетонных конструкций в Древнем Египте, служащих или рабов держали зеркала выравнивается вручную, без использования любого механизма. (Есть места, в Египте, где это делается сегодня, в пользу туристов.) Разрабатывает гелиостатов часового механизма были сделаны во время 19-го века, которые могут отражать солнечный свет на цель в любом направлении, используя только одно зеркало, сводя к минимуму потери света, и которые автоматически компенсируется сезонным движениям солнца. Некоторые из этих устройств все еще ​​можно увидеть в музеях, но они не используются для практических целей сегодня. Любители иногда придумали специальные конструкции, которые работают примерно, в определенном месте, без теоретического обоснования. По существу неограниченное количество таких конструкций возможна.

1. Graf, D. .; Monnerie, N. .; Roeb, M. .; Schmitz, M. .; Sattler, C. . (2008). «Economic comparison of solar hydrogen generation by means of thermochemical cycles and electrolysis». International Journal of Hydrogen Energy 33 (17): 4511–4519.
2. U.S. Green Building Council: LEED Case Studies
3. Interview with Lou Capozzi, Facilities Manager of Genzyme Center
4. Rohr, B. «The Promise of Small Heliostats». Northeast Sun. Spring 2009. pp.7-12 [1]
5. Rohr, B. «The Promise of Small Heliostats». Northeast Sun. Spring 2009. p.9 [2]
6. a b Mar, R.; Swearengen, J. (1981). «Materials issues in solar thermal energy systems». Solar Energy Materials 5.
7. Ortega, J. I.; Burgaleta, J. I.; Téllez, F. L. M. (2008). «Central Receiver System Solar Power Plant Using Molten Salt as Heat Transfer Fluid». Journal of Solar Energy Engineering 130 (2).
8. Kennedy, C. E.; Terwilliger, K. . (2005). «Optical Durability of Candidate Solar Reflectors». Journal of Solar Energy Engineering 127 (2).
9. The Scheffler-Reflector, retrieved 5-June-2011
10. Notes on Scheffler Community Kitchens David Delaney, rev 22-Feb-2009, retrieved 5-June-2011
11. Illustration at solarcooking.org, downloaded 5-June-2011