Ads Top

Φακοί Fresnel, κάτοπτρα και μηχανές Stirling. Εφαρμογές σε Ηλιακά και άλλα.

Του Καθηγητή Γ.Ζουγανέλη

Οι φακοί Fresnel είναι γνωστοί απο πολύ παλιά και χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές κάθε κλίμακας. Σε μια χώρα δίχως τεχνολογική αντίληψη και δομημένη προιστορία στην ανάπτυξη υπάρχει εγγενής δυσκολία να παρουσιάσει κανείςσωστά ωρισμένα θέματα. Θα κάνω ότι μπορώ. 

Οι φακοί Fresnel είναι σφαιρικοί φακοί των οποίων έχει περιοριστεί το πάχος κατά το μέρος εκείνο που δεν συνεισφέρει στο σχηματισμό ειδώλου (τομείς σχήματος κυλίνδρου). Αυτό εξηγείται στη φωτογραφία αριστερά. 

Για τη περίπτωση του φακού της φωτογραφίας, μια σημειακή πηγή μπορεί να δώσει είδωλο με διάμετρο το μέγεθος του φακού σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Και αντίστροφα μια πηγή που είναι πολύ μακριά πχ. ο ήλιος, μπορεί να εστιάσει το φώς της σε ένα σημείο πίσω από το φακό. Παρατηρείστε τη δυνατότητα περαιτέρω αύξησης της διαμέτρου του μακρινού ειδώλου του φακού Fresnel με τη βοήθεια κατάλληλων πρισμάτων.

ΦΑΚΟΙ FRESNEL ΚΑΙ SOLAR GRILLS ΓΙΑ ΥΠΑΝΑΠΤΥΚΤΕΣ ΧΩΡΕΣ

Ας δούμε πρώτα τη χρήση των φακών Fresnel στη κατασκευή ενός solar grill, ενός ηλιακού φούρνου. όπως αυτός στις δύο φωτογραφίες που ακολουθούν. Ο φούρνος αυτός έχει μερικά ωραία χαρακτηριστικά γιαυτό και σας τον παρουσιάζω. Μπορεί να λειτουργεί 24 ώρες, διότι με τη θερμότητα του ήλιου λοιώνει μέσα σε ένα μεταλικό δοχείο με Lithium Nitrate (LiNO3) (ένα υλικό που λειώνει στους 255 °C και βράζει στους 873 °C), που χρησιμοποιείται σαν πηγή θερμότητας για τη θέρμανση του φαγητού. 


Το μεταλικό δοχείο είναι ακριβώς κάτω απο τη θέση του φαγητού και φυσικά τοποθετημένο μέσα σε ένα άλλο δοχείο κατασκευασμένο από μονωτικό θερμότητας. Ετσι, όταν το μεταλικό σκεύος με το φαγητό αφαιρείται από το φούρνο, αυτό συνεχίζει να θερμαίνεται απο τον ήλιο. Η ιδέα να χρησιμοποιήσεις ένα υλικό σαν heat buffer είναι καλή. Ο φούρνος αυτός μπορεί να βρεί εφαρμογή σε χώρες με μεγάλη ηλιοφάνεια και μπορεί να τοποθετηθεί και εντός σπιτιών ειδικής κατασκευής. Απο κεί και πέρα ο συγκεκριμένος φούρνος μπορεί να σχεδιασθεί με πολλούς τρόπους.

ΦΑΚΟΙ FRESNEL ΚΑΙ ΦΑΡΟΙ

Στη φωτογραφία της κορυφής είναι μιά άλλη εφαρμογή των φακών Fresnel. Σύμφωνα με όσα σας είπα στην αρχή ο φακός Fresnel μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη κατασκευή φάρων, όπου το φώς που εκπέμπουν πρέπει να μεταδίδεται μακρυά.

ΜΗΧΑΝΕΣ STIRLING ΚΑΙ ΚΑΤΟΠΤΡΑ

Εκτός όμως από τους φακούς Fresnel, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και κάτοπτρα διαφόρων μορφών στη συγκέντρωση ηλιακής ακτινοβολίας. Αυτά συσσωρεύουν την ηλιακή ενέργεια πάλι σε ένα σημείο, στο οποίο μια ειδική συσκευή να μετατρέψει κατά κάποιο σημαντικό ποσσοστό την ηλιακή ενέργεια σε μηχανική (π.χ. με τη βοήθεια μηχανών Stirling, με ένα σύστημα μεταφοράς θερμότητας) και εν συνεχεία σε ηλεκτρική αν επιθυμείται ή κατευθείαν σε ηλεκτρική (π.χ. θερμοβολταικές κυψελλίδες υψηλής θερμοκρασίας) ή σε κάτι άλλο. Το πεδίο έρευνας είναι ανοικτό.


Η μηχανή Stirling είναι μια μηχανή που μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε μηχανική και χρησιμοποιείται μεταξύ άλλων τεχνολογιών για τη συλλογή της θερμικής ενέργειας στο εστιακό σημείο ή τα εστιακά σημεία κατάλληλα επιλεγμένων φακών ή κατόπτρων και τη μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια. Στη φωτογραφία αριστερά, το σημείο που αναβοσβύνει κόκκινο είναι στη περιοχή εστίασης. Το άεριο που χρησιμοποιεί η μηχανή Stirling είναι συνήθως υδρογόνο.

Η μηχανική κίνηση μπορεί να μετατραπεί με τη σειρά της σε ηλεκτρική με τη βοήθεια ενός γεννήτορα ισχύος που κινείται με μηχανική ενέργεια, κάτι ανάλογο του τρόπου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απο τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια ή από τα εργοστάσια χρήσης γεωθερμικής ενέργειας. Aυτός ο γεννήτορας μπορεί να είναι ενσωματωμένος στη μηχανή Stirling.



Στη φωτογραφία βλέπετε μια σειρά κατόπτρων που χρησιμοποιούν μηχανές Stirling για να μετατρέψουν την ηλιακή ενέργεια σε μηχανική/ηλεκτρική. Ενα εννοιολογικό διάγραμμα περιγραφής της διαδικασίας μετατροπής φαίνεται στη φωτογραφία δεξιά.



Στη φωτογραφία, κυλινδρικά κάτοπτρα μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε θερμική που αυξάνει τη κινητική ενέργεια του αερίου που κυκλοφορεί μέσα στη σωλήνα, που ειναι τοποθετημένη ανα μία στην εστία τους. Το θερμό αέριο των σωλήνων με τη σειρά του θερμαίνει ατμό που θέτει σε λειτουργία έναν ατμοστρόβιλο παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Τα κυκλώματα ροής θερμότητας ρυθμίζονται από κατάλληλα συστήματα ελέγχου. Στη φωτογραφία δεξιά φαίνεται ένας εναλλακτικός σχεδιασμός, όπου αντί για κυλινδρικά κάτοπτρα σε σειρές χρησιμοποιούνται σειρές απο παράλληλα πρίσματα που εστιάζουν σε μία μόνο γραμμή μεταφοράς και τα οποία συνιστούν κάτοπτρο Fresnel.

Οι αποδόσεις των συστημάτων μετατροπής ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική με χρήση μηχανών Stirling και αυτών με κάτοπτρα και χρήση ατμού είναι συγκρίσιμες.

ΚΑΤΟΠΤΡΑ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΒΟΛΤΑΪΚΑ

Στη φωτογραφία, σας παρουσιάζω ένα αμόμη σχέδιο μετατροπής ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική με μια θερμοβολταική κυψελλίδα υψηλής θερμοκρασίας, σύμφωνα με το οποίο το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται στη κυψελλίδα φυλάσσεται σε μπαταρία που με τη σειρά της τροφοδοτεί μια ηλεκτρική αντίσταση, που θερμαίνει τη ψησταριά με τα παιδάκια.

Η ΧΩΡΑ ΑΠΟΣΥΝΤΙΘΕΤΑΙ

Οι επιλογές που συνεχίζει να κάνει η κυβέρνηση και ο χαμηλού επιπέδου αντιπολιτευτικός λόγος - ακόμη και στη σημερινή τραγική κατάσταση - δεν δίνουν ελπίδα για ανάπτυξη. Ολα γίνονται λάθος και για το λόγο αυτό θα συνεχίσει να αυξάνει η οικονομική ύφεση και η ανεργία στην Ελλάδα. 

Μην εντυπωσιάζεστε απο τις όποιες αποφάσεις των κυβερνώντων. Καλύτερα να μην παίρνουν καμμία απόφαση, γιατί όλες είναι σε τελευταία ανάλυση εναντίον της χώρας, που συνεχίζει να αποδομείται. Η χώρα αποσυντίθεται και διαλύεται. Μην έχετε καμμία αμφιβολία.
Εικόνες θέματος από Jason Morrow. Από το Blogger.