Войти
Гелиостат венского производителя приборов Эклинг (ок. 1850) A гелиостат (от helios, греческое слово, обозначающее солнце, и stat, как в стационарном) - устройство, которое включает в себя зеркало, обычно плоское зеркало, который поворачивается так, чтобы продолжать отражать солнечный свет в сторону заранее определенной цели, компенсируя видимые движения солнца в небе. Целью может быть физический объект, удаленный от гелиостата или направление в пространстве. Для этого отражающая поверхность зеркала удерживается перпендикулярно к биссектрисе угла угла между направлениями солнца и цели, если смотреть со стороны зеркало. Практически в каждом случае цель неподвижна относительно гелиостата, поэтому свет отражается в фиксированном направлении. Согласно современным источникам, гелиостата, как ее сначала называли, была изобретена Гравезандом Виллема (1688-1742). Другие претенденты: Джованни Альфонсо Борелли (1608-1679) и Даниэль Габриэль Фаренгейт (1686-1736).
В настоящее время большинство гелиостатов используется для дневного освещения или для производства концентрированной солнечной энергии, обычно для выработки электроэнергии. Их также иногда используют в приготовлении пищи на солнечной энергии. Некоторые используются экспериментально или для отражения неподвижных лучей солнечного света в солнечные телескопы. До появления лазеров и другого электрического освещения гелиостаты широко использовались для получения интенсивных стационарных лучей света в научных и других целях.
Большинство современных гелиостатов управляются компьютерами. Компьютеру дается широта и долгота положения гелиостата на Земле, а также время и дата. Из них, используя астрономическую теорию, он вычисляет направление солнца, если смотреть из зеркала, например пеленг по компасу и угол возвышения. Затем, учитывая направление цели, компьютер вычисляет направление требуемого биссектрисы угла и отправляет управляющие сигналы на двигатели, часто шаговые двигатели, чтобы они поворачивали зеркало в правильное выравнивание. Эта последовательность операций часто повторяется, чтобы зеркало было правильно ориентировано.
Большие установки, такие как солнечно-тепловые электростанции, включают поля гелиостатов, содержащие множество зеркал. Обычно все зеркала в таком поле управляются одним компьютером.
Существуют старые типы гелиостатов, которые не используют компьютеры, в том числе те, которые частично или полностью управляются вручную или часовым механизмом, или управляются свето- датчиками. Сейчас это довольно редко.
Гелиостаты следует отличать от солнечных трекеров или солнечных трекеров, которые указывают прямо на солнце в небе. Однако некоторые старые типы гелиостатов включают в себя солнечные трекеры вместе с дополнительными компонентами, чтобы разделить угол между солнечным зеркалом и целью пополам.
A сидеростат - аналогичное устройство, предназначенное для отслеживания более слабой звезды, а не Солнца.
Гелиостат на экспериментальной станции THÉMIS во Франции. Зеркало вращается на альтазимутальной оправе.
Энергетический проект Solar Two солнечно-термический недалеко от Даггетт, Калифорния. Каждое зеркало в поле гелиостатов непрерывно отражает солнечный свет на приемник на вышке. 
11МВт PS10 недалеко от Севильи в Испании. Когда был сделан этот снимок, пыль в воздухе делала видимым сходящийся свет. 
солнечная печь в Одейо в Восточных Пиренеях во Франции может достигают температуры до 3500 ° C (6330 ° F) На солнечно-тепловой электростанции, например, в The Solar Project или PS10 в Испании, широкий спектр гелиостатов фокусирует энергию солнца на одном коллекторе для нагрева среды, такой как вода или расплавленная соль. Среда проходит через теплообменник для нагрева воды, производства пара, а затем выработки электроэнергии с помощью паровой турбины.
Несколько иное расположение гелиостатов в поле используется в экспериментальных солнечных печах, например, в Одейо во Франции. Все зеркала гелиостата направляют точно параллельные пучки света в большой параболоидальный отражатель, который обеспечивает их точную фокусировку. Зеркала должны быть расположены достаточно близко к оси параболоида, чтобы отражать в него солнечный свет вдоль линий, параллельных оси, поэтому поле гелиостатов должно быть узким. Используется система управления с обратной связью. Датчики определяют, не смещен ли какой-либо из гелиостатов. Если так, они посылают сигналы, чтобы исправить это.
Было предложено, чтобы возникающие высокие температуры можно было использовать для устойчивого разделения воды с образованием водорода.
Гелиостаты меньшего размера используются для дневного освещения и отопление. Вместо множества больших гелиостатов, фокусирующихся на одной цели для концентрации солнечной энергии (как в солнечной электростанции), один гелиостат обычно размером около 1-2 квадратных метров отражает неконцентрированный солнечный свет через окно или световой люк. Небольшой гелиостат, установленный снаружи на земле или на строительной конструкции, такой как крыша, перемещается по двум осям (вверх / вниз и влево / вправо), чтобы компенсировать постоянное движение солнца. Таким образом, отраженный солнечный свет остается фиксированным на цели (например, на окне).
Genzyme Center, штаб-квартира Genzyme Corp. в Кембридже, штат Массачусетс, использует гелиостаты на крыше, чтобы направлять солнечный свет в свой 12-этажный атриум.
В статье 2009 года Брюс Рор предположил, что небольшой гелиостаты могут использоваться как солнечные башни. По его словам, вместо того, чтобы занимать сотни акров, система уместится на гораздо меньшей площади, например на плоской крыше коммерческого здания. Предлагаемая система будет использовать энергию солнечного света для обогрева и охлаждения здания или для обеспечения тепловых промышленных процессов, таких как обработка пищевых продуктов. Охлаждение будет осуществляться с помощью абсорбционного чиллера . Г-н Рор предположил, что система будет «более надежной и более рентабельной на квадратный метр отражающей поверхности», чем большие солнечные электростанции, частично потому, что она не будет жертвовать 80% энергии, собранной в процессе преобразования.
Затраты на гелиостат составляют 30-50% от первоначальных капитальных вложений в солнечные электростанции башенного типа в зависимости от энергетической политики и экономических условий в стране расположения. Представляет интерес разработка менее дорогих гелиостатов для крупномасштабного производства, чтобы солнечные электростанции с башнями могли производить электроэнергию по ценам, более конкурентоспособным по сравнению с затратами на традиционные угольные или ядерные электростанции.
Помимо стоимости, при сравнении конструкций гелиостатов следует учитывать процентную отражательную способность (т. Е. альбедо ) и устойчивость к окружающей среде.
Один из способов, которым инженеры и исследователи пытаются снизить затраты на гелиостаты, - это замена традиционной конструкции гелиостата на конструкцию, в которой используется меньше и легче материалов. В обычной конструкции отражающих компонентов гелиостата используется второе поверхностное зеркало. Зеркальная структура в виде сэндвича обычно состоит из стальной конструкционной основы, адгезионного слоя, защитного слоя меди, слоя отражающего серебра и верхнего защитного слоя из толстого стекла. Этот традиционный гелиостат часто называют гелиостатом стекло / металл. Альтернативные конструкции включают недавние исследования в области адгезивов, композитов и тонких пленок для снижения стоимости материалов и снижения веса. Некоторыми примерами альтернативных конструкций отражателей являются отражатели из посеребренного полимера, сэндвичи из армированного стекловолокном полиэстера (GFRPS) и отражатели из алюминия. Проблемы с этими более поздними конструкциями включают расслоение защитных покрытий, снижение процента солнечной отражательной способности при длительном пребывании на солнце и высокие производственные затраты.
В движении большинства современных гелиостатов используется двухосная моторизованная система, управляемая компьютером, как описано в начале этой статьи. Почти всегда первичная ось вращения вертикальна, а вторичная - горизонтальна, поэтому зеркало установлено на альт-азимутальной монтировке.
. Одна из простых альтернатив - зеркало вращается вокруг выровненной по полярности главной ось, приводимая в движение механическим, часто часовым, механизмом со скоростью 15 градусов в час, компенсирующей вращение Земли относительно Солнца. Зеркало ориентировано для отражения солнечного света вдоль той же полярной оси в направлении одного из небесных полюсов. Имеется перпендикулярная вторичная ось, позволяющая время от времени регулировать зеркало вручную (ежедневно или реже по мере необходимости) для компенсации смещения склонения солнца в зависимости от времени года. Настройка часов привода также может иногда корректироваться, чтобы компенсировать изменения в Уравнении времени. Мишень может быть расположена на той же полярной оси, что и основная ось вращения зеркала, или может использоваться второе неподвижное зеркало для отражения света от полярной оси к цели, где бы она ни находилась. Такой тип крепления и привода зеркала часто используется с солнечными плитами, такими как отражатели Шеффлера. Для этого применения зеркало может быть вогнутым, чтобы концентрировать солнечный свет на посуде для приготовления пищи.
Выравнивание по азимуту альт-азимут и полярная ось - это две из трех ориентаций для двухосных креплений, которые обычно используются или использовались для зеркал гелиостата.. Третий - это расположение оси цели, в котором основная ось указывает на цель, от которой должен отражаться солнечный свет. Вторичная ось перпендикулярна первичной. Эту ориентацию использовали гелиостаты, управляемые датчиками света. На маленькой руке установлены датчики, управляющие двигателями, которые поворачивают руку вокруг двух осей, так что она указывает на солнце. (Таким образом, эта конструкция включает в себя солнечный трекер.) Простое механическое устройство делит угол между главной осью, указывающей на цель, и рукой, указывающей на солнце, пополам. Зеркало установлено так, чтобы его отражающая поверхность была перпендикулярна этой биссектрисе. Этот тип гелиостата использовался для дневного света до появления дешевых компьютеров, но после того, как появилось оборудование для управления датчиками.
Существуют конструкции гелиостатов, для которых не требуется точная ориентация осей вращения. Например, рядом с целью могут быть световые датчики, которые посылают сигналы на двигатели, чтобы они корректировали выравнивание зеркала всякий раз, когда луч отраженного света уходит от цели. Направления осей должны быть известны только приблизительно, так как система по своей сути самокорректируется. Однако есть недостатки, такие как то, что зеркало необходимо вручную настраивать каждое утро и после любого продолжительного периода облачности, поскольку отраженный луч, когда он снова появляется, не попадает в датчики, поэтому система не может исправить ориентацию зеркала. Существуют также геометрические проблемы, которые ограничивают работу гелиостата, когда направления солнца и цели, если смотреть в зеркало, сильно различаются. Из-за недостатков эта конструкция никогда не использовалась широко, но некоторые люди экспериментируют с ней.
Обычно зеркало гелиостата перемещается со скоростью, равной 1/2 углового движения Солнца. Существует еще одна конструкция, которая удовлетворяет определению гелиостата, но имеет зеркальное движение, которое составляет 2/3 движения Солнца.
Иногда также использовались многие другие типы гелиостата. Например, в самых ранних гелиостатах, которые использовались для дневного освещения в Древнем Египте, слуги или рабы выровняли зеркала вручную без использования каких-либо механизмов. (В Египте есть места, где это делается сегодня для туристов. В фильме Пятый элемент египетский мальчик держит зеркало, чтобы осветить стену внутри пещеры для вымышленного археолога.) Заводные гелиостаты были созданы в 19 веке, которые могли отражать солнечный свет к цели в любом направлении, используя только одно зеркало, сводя к минимуму потери света и автоматически компенсируя сезонные движения солнца. Некоторые из этих устройств еще можно увидеть в музеях, но сегодня они не используются в практических целях. Иногда любители придумывают специальные конструкции, которые работают приблизительно, в каком-то конкретном месте, без какого-либо теоретического обоснования. Таких конструкций возможно практически неограниченное количество.
Портал возобновляемой энергии 
Энергетический портал 