Качаем воду от солнца

Солнечный водоподъемник
(Солнечная водокачка)

Использование солнечной системы для подъема воды из скважины

Времена, когда бензин или любое другое топливо были «бесплатными», похоже навсегда канули в лету. Дешевых энергоносителей уже больше не будет никогда. По прогнозам, и стоимость электроэнергии к 2010-2012 годам вырастет до 5-6 рублей за 1 КВт/час. Рост благосостояния — не решение проблемы. Ресурсов просто начинает не хватать! И все больше и больше людей обращаются к возобновляемым и действительно бесплатным источникам энергии — Солнцу и ветру.

В настоящей статье я предлагаю проект солнечной водокачки. Простая солнечная система позволит поднимать воду из колодца или скважины бесплатно в течении многих сезонов.

Общеизвестным фактом является то, что при нагревании практически все вещества расширяются (увеличивают свои размеры), а при охлаждении – сжимаются. Для каждого вещества получен т.н. коэффициент теплового линейного расширения. Клр показывает, как сильно изменяет свои размеры предмет из определенного вещества, если изменить его температуру на 1 градус Цельсия.

Среди дачников давно известна конструкция под названием «тепловой цилиндр». Его задача состоит в том, что бы проветривать теплицы. Когда температура в теплице повышается слишком сильно, цилиндр нагревается, его рабочее тело внутри цилиндра начинает расширяться и выталкивает шток цилиндра, который упирается в раму (форточку). Форточка приоткрывается и теплица проветривается, сбрасывая излишнее тепло.

Если заставить такой цилиндр работать циклически (т.е. нагревать и охлаждать попеременно), то мы получим прекрасный двигатель. Который можно заставить делать все что угодно. Например, воду качать из скважины. Проблема состоит в процессе организации такой цикличности, причем, желательно без использования искусственных источников энергии. А исключительно используя энергию ветра или солнца.

Ветровые водяные насосы известны давно и довольно прекрасно работают в тех местах, где есть сильный ветер. В средней же полосе России с «рабочими» ветрами достаточно скудно (на их долю приходится всего 10-15% ветровой энергии). Остальные же 85% приходятся на долю слабых ветров до 5 метров/сек. Сделать ветряной водяной насос на такой ветер достаточно трудно (хотя и можно). А что говорить про сложность изготовления ротора или винта для такого ветряка?

Другое дело — Солнце. Уж если светит, так светит и нагревает все вокруг. Поэтому получить тепловую солнечную энергию весьма просто при помощи простого солнечного коллектора. Нам это интересно в плане организации рабочего цикла для теплового цилиндра.

Если рассматривать цикл длиною в сутки, то все ясно. Днем он нагревается, ночью охлаждается. Но много ли накачает такой насос, делая 1 качёк в сутки? Даже если насос в скважине будет большого объема, вряд ли более 10-15 литров. Стоит ли возиться ради автоматического подъема ведра воды, и то не каждый день.

А вот если циклов будет хотя бы 5-6 в час (например)? Тогда за солнечный день такая солнечная водоподъемная система нам накачает несколько сот литров! Это уже может обеспечить любые разумные потребности семьи. В таком случае игра стоит потраченных на нее свеч.

Теперь немного о тепловом цилиндре. Он представляет собой обычный цилиндр, заполненный каким то рабочим телом. Это может быть масло, легкокипящая жидкость, гранулы сильнорасширяющегося полимера (капрон, полиэтилен, фторопласт) и т.д. Чем сильнее расширяется вещество при нагревании, тем лучше. Легкокипящая жидкость использует фазовый переход между своими состояниями. Будучи холодной она жидкость, при нагревании она закипает и превращается в газ (пар), который создает давление.

Несмотря на то, что рабочий ход теплового цилиндра весьма невелик, усилие им развиваемое просто чудовищное — сотни килограммов! Поэтому можно смело применять различные рычаги, увеличивающие длину рабочего хода до приемлемой для поршневого водяного насоса.

Рассмотрим схему такой солнечной системы, предназначенной для подъема воды и принцип ее работы. (см. рабочий эскиз – проект).

В скважину опущен поршневой насос. Если вода не глубже 8 метров, то его можно установить и над скважиной. (подробнее см. «Устройство поршневого водяного насоса»). Рабочий шток насоса посредством рычага подсоединен к поршню теплового цилиндра. Труба от насоса идет в верхний накопительный бак.

Тепловой цилиндр заполнен водостойким рабочим телом, например, мелкими гранулами полиэтилена (его Клр = 0,0002 град, что выше, чем у других пластиков). У жидкостей Клр на порядок выше, однако они и гораздо более теплоемкие.

На рабочее тело опирается рабочий поршень цилиндра. Он будет вытесняться рабочим телом вверх, когда оно нагревается (одновременно будет тянуть вверх поршень водяного насоса через рычаг, совершая рабочий ход). И опускаться вниз при охлаждении рабочего тела, совершая холостой ход.

Из накопительного бака идут две тонких трубы. Первая, через электрический клапан подает в цилиндр холодную воду. Только что поднятая из скважины вода имеет температуру примерно 8-10 градусов, не больше.

Другая труба питает солнечный водонагреватель коллектор. Вода в нем нагревается солнцем до 50-60 градусов как минимум. На выходе коллектора так же стоит электрический клапан, и труба ведет в тепловой цилиндр.

Управление солнечной системой электрическое. Используются концевые выключатели (на рычаге) и простейшее термореле на основе биметаллической пластины. Оно блокирует срабатывание электроклапана солнечного коллектора. Почему все же нельзя обойтись без простейшей электрики? Потому, что организовать управление с ее помощью легко и дешево. Если же упираться и бороться «за чистоту», то сложная система рычагов управляющая краниками и ее регулировка может убить больше нервов, чем вы воды накачаете. Питание электросхемы можно организовать от небольших аккумуляторов, которые так же будут подзаряжаться от солнечной батареи. Или просто от обычного комплекта батарей, которого хватит на весь сезон. Можно применить и земляные гальванические элементы и т.д.

Работает солнечный водоподъемник так:

Ночью, когда все остывает, рабочий поршень цилиндра находится в нижнем положении, Концевой выключатель управляющий электроклапаном солнечного коллектора сработал, но открытие клапана заблокировано термореле. Термореле разрешит работу этого электрического клапана солнечного коллектора когда вода в нем нагреется до рабочей температуры, например 30-40 градусов. Когда вода в коллекторе нагреется, термореле сработает и клапан все же откроется и теплая вода начнет поступать в тепловой цилиндр, Гранулы, орошаемые теплой водой начнут нагреваться и расширяться. Сам тепловой цилиндр тоже, кстати, надо сделать так, что бы он хорошо поглощал солнечное тепло.

В нижней его части есть тонкая трубка, по которой вода медленно стекает в нижний накопительный бак. Пока вода протекает между гранулами рабочего тела и отдает им тепло, они продолжают расширяться, поршень идет вверх и одновременно поднимает воду из скважины в верхний накопительный бак. По мере движения поршня (и рычага), концевой выключатель выключает электроклапан и горячая вода перестает поступать. Но поскольку тепловые процессы достаточно медленные и вода не отдает свое тепло мгновенно, поршень некоторое время продолжает двигаться вверх. Когда он достигнет верхней рабочей точки, должен сработать другой концевой выключатель, управляющий электроклапаном холодной воды. Он срабатывает, и в цилиндр начинает поступать холодная вода, охлаждая гранулы. Они сжимаются и поршень начинает опускаться (холостой ход). Достигнув нижней рабочей точки, рычаг заставляет сработать концевик горячей воды и цикл повторяется.

Для устойчивой работы солнечной водоподъемной системы необходимо, что бы количество поднимаемой воды перекрывало сумму объемов горячей и холодной воды, необходимой для совершения рабочего хода. Иначе верхний накопительный бак опустеет, и система будет работать гораздо медленнее, используя нагревание лишь самого теплового цилиндра. Впрочем, этот баланса достаточно просто будет достичь, так как усилие цилиндра достаточно, что бы поднять воды много, а расход можно отрегулировать вентилями на трубках.

Так же следует обратить внимание и на мощность солнечного коллектора. Он должен успевать подогревать воду, необходимую для работы системы. Ведь с каждым рабочим циклом часть горячей воды утекает, а в коллектор поступает холодная вода из накопительного бака.

Отработанная вода, разумеется не пропадает, а поступает в нижний накопительный бак, откуда собственно и расходуется на нужды. В него же поступает и перелив из верхнего бака.

А если солнца не будет, без воды сидеть? Система хороша тем, что она работает «от горячей воды», а не от солнца. Солнце в данном случае лишь источник тепла. А получить тепло и нагреть воду можно многими способами. Например, дровяной водогрейкой (сжигая всякий горючий мусор), от компостной кучи (тогда система будет работать круглосуточно и непрерывно 2-3 недели) и т.д. Сгодится любой источник тепла. Солнце в данном случае просто его бесплатный источник.

Как вы понимаете, данный проект — всего лишь теория. Ближайший аналог такого теплового водоподъемника — двигатель Стирлинга (двигатель внешнего сгорания). А они прекрасно работают ! И лишь дешевизна углеводородов не позволяла им развиваться. Но похоже, их время приходит…

Предстоят огромные опытные и экспериментальные работы по отработке создания теплового цилиндра, подбору рабочего тела (возможно применение жидкостей или легкокипящих веществ), отработке рабочего цикла и пр и др.

Автор: Константин Тимошенко
Источник: http://delaysam.ru/

Источник

Качаем воду из скважины при помощи солнечной энергии

Привет всем любителям помастерить, а также тем, кто может находить выходы из сложных жизненных ситуаций. Сегодня мы рассмотрим проект, как автор организовал бесплатный полив огорода, используя солнечную энергию . В качестве основы был использован небольшой центробежный двигатель на 220В, который автор переделал на 24В. А питается все это дело от солнечной панели. Если вас заинтересовал проект, предлагаю изучить его более детально!

Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:
— центробежный насос на 220В/380 Ватт;
— электродвигатель на 24В/350 Ватт;
— солнечная панель подходящей мощности (у автора 400 Ватт);
— карданная передача от рулевого управления авто.

Процесс изготовления самоделки:

Шаг первый. Подключение двигателя
Для начала снимаем заднюю крышку нашего наружного насоса, там находится крыльчатка, снять нужно и ее. Устанавливаем насос на деревянную доску, а также устанавливаем рядом электродвигатель на 24В. Теперь нам нужно соединить валы, для этих целей автор использовал карданную передачу от рулевого управления автомобиля. Обычно такие передачи есть на УАЗ-иках.

Одну сторону кардана крепим к валу насоса, а другую к валу двигателя. Конечно же, диаметру валов будут отличаться, вам понадобится изготовить из труб или подобного материала втулки.

Если карданной передачи нет, можно просто подыскать кусок крепкого резинового шланга, он будет также отлично передавать крутящий момент.

Шаг третий. Запуск
Для запуска насоса нужно заполнить водоносную магистраль водой, подключаем трубу и включаем насос. Конечно же, он не будет работать на всю мощность, так как может быть слабовато питание, но в целом, если скважина не сильно глубокая, схема должна работать. У автора все получилось, огород теперь поливает солнце. Это отличный вариант, если нет возможности подключиться к сети 220В.

На этом проект окончен, надеюсь, вам самоделка понравилась, и вы нашли для себя полезные мысли. Удачи и творческих вдохновений, если решите повторить подобное. Не забывайте делиться с нами своими идеями и самоделками!

Источник

Качаем воду, потребляя бесплатные киловатты

Дата публикации: 6 ноября 2020

Не во всех районах имеется подключение к центральному водоснабжению. В таких ситуациях люди используют подземные воды, колодцы и т.д. Воду перед использованием нужно подготовить. Устройством, которым можно облегчить добычу воды, является насос. Вот только его применение влечет за собой дополнительные затраты на электроэнергию.

Но у любых проблем есть решение, и в данном случае – это солнечные батареи и комплексные системы очистки воды. Здесь можно узнать, как провести водоподготовку.

Использование солнечных батарей для работы насоса является одним из наиболее приемлемых вариантов при нехватке воды в труднодоступных районах. К тому же данный метод позволяет значительно уменьшить потребление дизельного топлива, тем самым не только снижая денежные затраты, но и предотвращая вредные воздействия на окружающую среду. Насосы, работающие на солнечных батареях, широко применяются в различных сферах деятельности человека, поэтому не удивительно, что мы решили затронуть эту волнующую многих тему.

Область применения

Насос, работающий благодаря солнечным батареям, может эксплуатироваться в любом месте. Единственным обязательным условием является высокая солнечная активность, то есть чем больше будет солнечное излучение, тем эффективнее он будет работать. Значительную экономическую выгоду применение солнечных панелей дает в системах перекачки воды, на промышленных предприятиях, очистных сооружениях, пастбищах, животноводческих фермах, для снабжения водой школ, фабрик, больниц и т.д. Но чаще всего подобный вариант получения воды используется в оросительных системах.

Чем ярче светит солнце, тем выше потребность в воде. Получается, что насос с солнечными панелями максимально работает именно в тот период, когда это необходимо, ведь, как мы упоминали выше, эффективность работы агрегата, в первую очередь, зависит именно от количества солнечного излучения. Помимо крупных фермерских хозяйств или промышленных предприятий, солнечный насос станет незаменимым устройством на дачных участках, где его можно будет использовать не только для добычи воды, но и для отопления помещений.

Разновидности насосов на солнечных батареях

Первая разновидность – это погружной насос. Используется он для подъема воды из колодцев либо скважин. В зависимости от модели, глубина погружения может быть от 20 до 200 метров и более. Для дачных участков подойдет менее мощный насос, а для использования на фермерских хозяйствах он должен обладать более высокими характеристиками. Приобретая погружную насосную систему, Вы должны знать:

Диаметр трубы скважины.
Высоту, на которую необходимо будет поднимать воду.
Производительность. Она измеряется в объеме воды в час.

Выбирая ту или иную модель, обращайте внимание на ее мощность, размер шланга, который используется для подачи воды, номинальное напряжение и вес всей установки. Погружной насос может применяться не только для подъема воды из скважины, но и для борьбы с наводнениями. А используемые солнечные батареи делают подобную систему экономически выгодной. Ведь одна панель 24 В может обеспечить 8-ми часовую работу прибора мощностью 80 Вт.

Следующая разновидность – это тепловой насос. Его главная задача – перемещение тепла из холодной среды в теплую. Используется данная установка для обогрева помещений в зимнее время и охлаждение в летнее. Наиболее распространенный тип – воздушный. Как понятно из названия, воздушный насос перемещает тепло между помещением и окружаемым его воздухом.

Выбирая модель на солнечных батареях, Вы сократите около 30 – 40% электричества, потребляемого для кондиционирования и обогрева дома. Но стоит понимать, что при очень низких температурах воздушные тепловые насосы будут малоэффективны. Альтернативой им могут стать геотермальные установки, в качестве среды для которых выступает почва или вода. Стоимость их выше, но это компенсируется меньшими расходами в процессе эксплуатации и возможностью использования в трудных климатических условиях.

Преимущества использования солнечных батарей

Снижение затрат на электроэнергию ввиду использования альтернативного источника – солнечного излучения.
Отсутствие возможности перегрева агрегата.
Автономная работа. Вы не будете зависеть от 3-их лиц, которые отвечают в Вашем районе/местности за водоснабжение.
Легкость монтажа и длительный срок эксплуатации.
Экономическая выгода полностью перекрывает первоначальные затраты, которые гораздо выше в сравнении с системами, работающими на дизельном топливе.
Широта использования.
Экологически чистый источник энергии.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Тепловой насос в виде скважины — подробности в видео:

Источник