0
Можно ли сделать гелиостат без движущихся частей?
Я хочу установить снаружи дома пару зеркал, чтобы они отражали солнечный свет и направляли его на окна. Так мне будет легче справляться с унылыми пасмурными зимами здесь, в Мельбурне, Австралия.
Чтобы изображение в окне оставалось чётким, положение зеркала должно меняться, компенсируя изменение положения солнца на небе. Один из вариантов — создание гелиостата — системы слежения, в которой используется двухосевой механизм управления для поворота/смещения зеркала. На самом деле существуют коммерческие системы, которые делают именно то, что мне нужно, — например, гелиостат Sunflower за 299 долларов.
Однако я бы хотел предложить более экономичное решение без движущихся частей. Один из вариантов — сделать длинное вогнутое зеркало с профилем, учитывающим положение солнца. Что-то вроде этого:
На первый взгляд задача кажется выполнимой, хотя я просто хотел проверить, не упускаю ли я что-то очевидное и не обречён ли мой план на провал.
Art
Автор вопросаКомментарии:
Ваш ответ
4 ответа
0
После того как я объяснил теорию в ответе выше, я провёл несколько практических экспериментов и обнаружил, что обычная спутниковая антенна, покрытая светоотражающей плёнкой, может освещать стену, выходящую на север, в течение 5–6 часов в день. Очевидно, что свет не очень яркий, потому что он распространяется по большой поверхности, но его всё же достаточно, чтобы объект отбрасывал тень на стену.
Важный совет: размещайте светоотражающую плёнку на выпуклой стороне и, если возможно, окрашивайте вогнутую сторону в чёрный цвет, чтобы избежать опасности концентрации солнечных лучей в одной точке.
Также легко найти людей, которые пытаются избавиться от неиспользуемых параболических антенн, так что вы можете установить несколько таких антенн совершенно бесплатно (не забудьте также приобрести держатель для мачты!). Двух антенн достаточно, чтобы обеспечить покрытие в течение всего дня с 06:00 до 18:00.
0
Я только что нашёл проект статического гелиостата от Solight, который даже финансируется Европой:
Этот проект получил финансирование от Европейского союза
Программа исследований и инноваций Horizon 2020 в рамках гранта
соглашение № 768405
Доступны три модели:
- Промышленный коллектор Solight
- Универсальный коллектор Solight
- Миниатюрный коллектор Solight
Мне это кажется очень дорогим и не очень эффективным, но кто знает...
0
Этот удивительный бесплатный инструмент позволяет экспериментировать с любыми комбинациями и формами зеркал и линз:
https://phydemo.app/ray-optics/simulator/
Я экспериментирую с параболическими зеркалами, круглыми зеркалами, зеркалами нестандартной кривизны, а также с линзами... но это сложно!
Немного нелогично, но, похоже, выпуклое круглое зеркало может отражать солнечный свет на цель в течение всего дня:
Чем меньше радиус кривизны зеркала, тем дольше солнечные лучи остаются на цели.
Но, конечно, чем дольше они остаются, тем менее плотными они становятся (а значит, и менее лёгкими).
Я думаю, что конструкция этого статического гелиостата основана на двух разных кривизнах: малая кривизна обеспечивает широкую полосу вдоль всей стены, а большая кривизна делает полосу узкой.
Комментарии:
-
A
Art
OP, это блестящая идея, большое спасибо за ваш ответ и исследование!
-
j
jumpjack
Мне только что пришло в голову изображение, которое я нашёл несколько лет назад... researchgate.net/profile/Claudio-Pernechele/publication/… Интересно, смогу ли я когда-нибудь смоделировать такую оптику!
-
k
keshlam
Чем большую часть неба вы пытаетесь закрыть, тем меньше света вы будете получать из одной точки на небе и/или тем меньшую часть помещения вы будете освещать. Это своего рода неизбежность, какую бы пассивную оптику вы ни использовали. Нет ничего плохого в том, чтобы экспериментировать. Я не вижу, как это можно сделать, но вы можете найти способ доказать, что я неправ. Просто имейте в виду, что проблема случайных экспериментов заключается в том, что вы идёте по множеству тупиковых путей, которые могут быть дорогостоящими и не гарантируют, что решение возможно. Удачи...
-
j
jumpjack
Не совсем так, но у вас может быть небольшое зеркало, которое будет занимать всё окно, хотя и с меньшей интенсивностью света. В любом случае я пробую комбинировать зеркала и линзы, чтобы фокусировать солнечный свет на определённой области, пока солнце движется (пока безуспешно, но я действую совершенно наугад).
-
k
keshlam
Дуга света, падающая на поверхности, расположенные за пределами окна, демонстрирует проблему такого подхода, о которой упоминалось в другом ответе: только узкая полоса света попадает туда, куда нужно, в любой момент времени. Достаточно ли этого, чтобы оправдать затраты, зависит от ваших потребностей и местоположения. Чтобы компенсировать это, можно увеличить зеркало, но это повысит стоимость.
0
Если коротко, то нет.
Возможно, вам удастся создать кривую, которая будет отражать дугу (охватывающую дневное пространство с востока на запад) в течение всего дня, не перемещаясь, но в каждый момент времени в ваше окно будет попадать лишь небольшая часть такого зеркала, а остальная часть дуги будет бесполезной. Кроме того, (по мере смены времён года) ваше положение относительно севера и юга должно меняться, хотя это происходит гораздо медленнее.
Для достижения фокусировки необходимо навести вогнутое (фокусирующее) зеркало. Его фокусное расстояние зависит от кривизны. Вы можете упростить управление до одной оси, используя полярное крепление.
Взгляните на некоторые из сайтов Heliostat
Комментарии:
-
A
Art
Спасибо! Я подозревал, что двухосевой сдвиг нужен не просто так...
TripeHound
Поучительная история о том, как можно неправильно интерпретировать отражения: здание «Рация», Лондон (Википедия).
MackM
Использование отражателей для освещения дома — распространённая практика. Я думаю, что «гелиостат» и «фокус» подразумевают более высокую точность, чем обычно требуется в таких обстоятельствах. Солнечный свет практически бесплатен для человеческого глаза, поэтому ничего страшного, если часть света, отражённого от отражателя, не попадает в окно. Я бы даже не назвал это потерей. В Espaciel продаются товары, которые могут вас вдохновить.
keshlam
Повторное использование солнечной энергии: nesfa.org/about/history/janes-skylark
whatsisname
Всё, что вы делаете, — это увеличиваете площадь зеркала, которое используете, чтобы компенсировать отсутствие движения.
Fiasco Labs
Убедитесь, что поверхность обработана так, чтобы она напоминала матовый алюминий. Если она отполирована и что-то попадает в фокус, вы поймёте, что недооценили количество солнечной энергии, которую можно получить таким образом.