सूर्य-स्थिरदर्शी
हेलीओस्टैट, ("हेलिओस" से, "सूर्य" के लिए ग्रीक शब्द, और "स्टेट", स्थिर रूप में) उपकरण है जिसमें दर्पण शामिल होता है, आमतौर पर समतल दर्पण, जो रखने के लिए मुड़ता है सूर्य के प्रकाश को पूर्व निर्धारित लक्ष्य की ओर परावर्तित करना, आकाश में सूर्य की स्पष्ट गतियों की भरपाई करना। लक्ष्य भौतिक वस्तु हो सकता है, हेलीओस्टैट से दूर, या अंतरिक्ष में दिशा। ऐसा करने के लिए, दर्पण की परावर्तक सतह को सूर्य की दिशाओं और दर्पण से देखे गए लक्ष्य के बीच के कोण के समद्विभाजन के लंबवत रखा जाता है। लगभग हर मामले में, लक्ष्य HELIOS ्टेट के सापेक्ष स्थिर होता है, इसलिए प्रकाश निश्चित दिशा में परिलक्षित होता है। समकालीन स्रोतों के अनुसार हेलिओस्टाटा, जैसा कि इसे पहले कहा जाता था, का आविष्कार विलेम के ग्रेवसंडे (1688-1742) द्वारा किया गया था।[1] अन्य दावेदार जियोवन्नी अल्फोंसो बोरेली (1608-1679) और डेनियल गेब्रियल फारेनहाइट (1686-1736) हैं।[2] जॉर्ज जॉनस्टोन स्टोनी द्वारा डिज़ाइन किया गया हेलीओस्टेट विज्ञान संग्रहालय, लंदन संग्रह में है।[3]
आजकल, अधिकांश हेलिओस्टैट्स का उपयोग दिन के उजाले या केंद्रित सौर ऊर्जा के उत्पादन के लिए किया जाता है, आमतौर पर बिजली उत्पन्न करने के लिए। इन्हें कभी-कभी सौर खाना पकाने में भी इस्तेमाल किया जाता है। सौर दूरबीनों में सूर्य के प्रकाश की गतिहीन किरणों को प्रतिबिंबित करने के लिए कुछ का प्रयोग प्रयोगात्मक रूप से किया जाता है। लेज़र और अन्य बिजली की रोशनी की उपलब्धता से पहले, वैज्ञानिक और अन्य उद्देश्यों के लिए प्रकाश के तीव्र, स्थिर बीम का उत्पादन करने के लिए हेलीओस्टैट्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था।
अधिकांश आधुनिक हेलीओस्टैट कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित होते हैं। कंप्यूटर को पृथ्वी पर हेलीओस्टैट की स्थिति और समय और तारीख का अक्षांश और देशांतर दिया जाता है। इनसे, खगोलीय सिद्धांत का उपयोग करते हुए, यह दर्पण से देखे जाने वाले सूर्य की दिशा की गणना करता है, उदा। इसका कम्पास असर और ऊंचाई का कोण। फिर, लक्ष्य की दिशा दी गई, कंप्यूटर आवश्यक कोण-द्विभाजक की दिशा की गणना करता है, और विद्युत मोटर , अक्सर स्टेपर मोटर्स को नियंत्रण संकेत भेजता है, इसलिए वे दर्पण को सही संरेखण में बदल देते हैं। दर्पण को ठीक से उन्मुख रखने के लिए संचालन के इस क्रम को बार-बार दोहराया जाता है।
सौर-तापीय बिजली स्टेशनों जैसे बड़े प्रतिष्ठानों में हेलीओस्टैट्स के क्षेत्र शामिल हैं जिनमें कई दर्पण शामिल हैं। आमतौर पर, ऐसे क्षेत्र के सभी दर्पणों को ही कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
पुराने प्रकार के हेलीओस्टैट हैं जो कंप्यूटर का उपयोग नहीं करते हैं, जिनमें आंशिक रूप से या पूरी तरह से हाथ से या घड़ी की कल से संचालित होते हैं, या प्रकाश-सेंसर द्वारा नियंत्रित होते हैं। ये अब काफी दुर्लभ हैं।
हेलीओस्टैट्स को सौर ट्रैकर्स या सन-ट्रैकर्स से अलग किया जाना चाहिए जो सीधे आकाश में सूर्य पर इंगित करते हैं। हालांकि, कुछ पुराने प्रकार के हेलीओस्टैट में सूर्य-दर्पण-लक्ष्य कोण को विभाजित करने के लिए अतिरिक्त घटकों के साथ सौर ट्रैकर्स शामिल होते हैं।
सिडेरोस्टेट समान उपकरण है जिसे सूर्य के बजाय धुँधले तारे का अनुसरण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
बड़े पैमाने पर परियोजनाएं
सोलर-थर्मल पावर प्लांट में, सौर परियोजना या स्पेन में PS10 प्लांट की तरह, हेलियोस्टैट्स का विस्तृत क्षेत्र पानी या पिघले हुए नमक जैसे माध्यम को गर्म करने के लिए कलेक्टर पर सूर्य की शक्ति को केंद्रित करता है। माध्यम हीट ्सचेंजर के माध्यम से पानी गर्म करने, भाप का उत्पादन करने और फिर भाप टरबाइन के माध्यम से बिजली उत्पन्न करने के लिए यात्रा करता है।
क्षेत्र में हेलिओस्टैट्स की कुछ भिन्न व्यवस्था का उपयोग प्रायोगिक सौर भट्टियों में किया जाता है, जैसे कि फ्रांस में फॉन्ट-रोमू-ओडिलो-वाया। सभी हेलीओस्टेट दर्पण बड़े परवलयिक परावर्तक में प्रकाश के सटीक समानांतर बीम भेजते हैं जो उन्हें सटीक फोकस में लाता है। दर्पणों को पैराबोलॉइड के अक्ष के काफी करीब स्थित होना चाहिए ताकि सूर्य के प्रकाश को धुरी के समानांतर रेखाओं में परावर्तित किया जा सके, इसलिए हेलियोस्टैट्स का क्षेत्र संकीर्ण होना चाहिए। नियंत्रण सिद्धांत#क्लोज्ड-लूप ट्रांसफर फंक्शन कंट्रोल सिस्टम का उपयोग किया जाता है। सेंसर निर्धारित करते हैं कि क्या कोई हेलीओस्टैट्स थोड़ा गलत है। यदि ऐसा है, तो वे इसे ठीक करने के लिए संकेत भेजते हैं।
यह प्रस्तावित किया गया है कि उत्पन्न उच्च तापमान का उपयोग पानी को विभाजित करने के लिए किया जा सकता है जो हाइड्रोजन का उत्पादन करता है।[4]
छोटे पैमाने की परियोजनाएँ
दिन के उजाले और हीटिंग के लिए छोटे हेलीओस्टैट्स का उपयोग किया जाता है। सौर ऊर्जा पर ध्यान केंद्रित करने के लिए ही लक्ष्य पर ध्यान केंद्रित करने वाले कई बड़े हेलीओस्टैट्स के बजाय (जैसे सौर ऊर्जा टावर संयंत्र में), ल हेलीओस्टैट आमतौर पर लगभग 1 या 2 वर्ग मीटर आकार में खिड़की या स्काइलाईट के माध्यम से गैर-केंद्रित सूर्य के प्रकाश को दर्शाता है। छोटा हेलीओस्टैट, जमीन पर या छत जैसी इमारत की संरचना पर स्थापित, सूर्य के निरंतर आंदोलन की क्षतिपूर्ति के लिए दो अक्षों (ऊपर/नीचे और बाएं/दाएं) पर चलता है। इस प्रकार, परावर्तित सूर्य का प्रकाश लक्ष्य (जैसे खिड़की) पर स्थिर रहता है।
जीनजाइम सेंटर, कैंब्रिज, मैसाचुसेट्स में जेनजाइम कार्पोरेशन का कॉर्पोरेट मुख्यालय, अपने 12-मंजिला आलिंद में सूर्य के प्रकाश को निर्देशित करने के लिए छत पर हेलीओस्टैट्स का उपयोग करता है।[5][6] 2009 के लेख में, ब्रूस रोहर ने सुझाव दिया कि छोटे हेलिओस्टैट्स को सौर ऊर्जा टॉवर प्रणाली की तरह इस्तेमाल किया जा सकता है।[7]: 7–12 उन्होंने कहा कि सैकड़ों ड़ जमीन पर कब्जा करने के बजाय, सिस्टम बहुत छोटे क्षेत्र में फिट होगा, जैसे कि व्यावसायिक इमारत की सपाट छत। प्रस्तावित प्रणाली सूरज की रोशनी में बिजली का उपयोग किसी इमारत को गर्म करने और ठंडा करने या खाद्य प्रसंस्करण जैसी थर्मल औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए इनपुट प्रदान करने के लिए करेगी। शीतलन अवशोषण चिलर के साथ किया जाएगा। रोहर ने प्रस्तावित किया कि प्रणाली बड़े सौर ऊर्जा टावर संयंत्रों की तुलना में "अधिक विश्वसनीय और अधिक लागत प्रभावी प्रति वर्ग मीटर परावर्तक क्षेत्र" होगी, क्योंकि यह इसे परिवर्तित करने की प्रक्रिया में त्र की गई शक्ति का 80 प्रतिशत त्याग नहीं करेगा। बिजली।[7]: 9
डिजाइन
स्थान देश में ऊर्जा नीति और आर्थिक ढांचे के आधार पर सौर ऊर्जा टावर बिजली संयंत्रों के लिए प्रारंभिक पूंजी निवेश का 30-50% हेलियोस्टैट लागत का प्रतिनिधित्व करता है।[8][9] बड़े पैमाने पर विनिर्माण के लिए कम खर्चीले हेलीओस्टैट्स को डिजाइन करना रुचिकर है, ताकि सौर ऊर्जा टावर बिजली संयंत्र पारंपरिक कोयले या परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की लागतों की तुलना में अधिक प्रतिस्पर्धी लागत पर बिजली का उत्पादन कर सकें।
लागत के अलावा, प्रतिशत सौर परावर्तकता (यानी albedo ) और पर्यावरणीय स्थायित्व ऐसे कारक हैं जिन पर हेलियोस्टैट डिजाइनों की तुलना करते समय विचार किया जाना चाहिए।
तरीका है कि इंजीनियरों और शोधकर्ता हेलीओस्टैट्स की लागत को कम करने का प्रयास कर रहे हैं पारंपरिक हेलीओस्टैट डिज़ाइन को कम, हल्की सामग्री का उपयोग करने वाले के साथ बदलकर। हेलीओस्टैट के प्रतिबिंबित घटकों के लिए पारंपरिक डिजाइन दूसरी सतह दर्पण का उपयोग करता है। सैंडविच जैसी दर्पण संरचना में आमतौर पर स्टील संरचनात्मक समर्थन, चिपकने वाली परत, सुरक्षात्मक तांबे की परत, परावर्तक चांदी की परत और मोटे कांच की शीर्ष सुरक्षात्मक परत होती है।[8]इस पारंपरिक हेलीओस्टैट को अक्सर ग्लास/धातु हेलीओस्टैट के रूप में जाना जाता है। सामग्री की लागत और वजन में कमी लाने के लिए वैकल्पिक डिजाइन में हाल ही में चिपकने वाला, समग्र और पतली फिल्म अनुसंधान शामिल है। वैकल्पिक परावर्तक डिज़ाइन के कुछ उदाहरण चांदी के बहुलक परावर्तक, ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिएस्टर सैंडविच (जीएफआरपीएस), और एल्यूमिनिज्ड परावर्तक हैं।[10] इन हालिया डिज़ाइनों के साथ समस्याओं में सुरक्षात्मक कोटिंग्स का प्रदूषण, सूर्य के संपर्क में लंबे समय तक प्रतिशत सौर परावर्तकता में कमी, और उच्च निर्माण लागत शामिल हैं।
ट्रैकिंग विकल्प
अधिकांश आधुनिक हेलीओस्टैट्स का संचलन दो-अक्ष मोटर चालित प्रणाली को नियोजित करता है, जिसे कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जैसा कि इस लेख के प्रारंभ में बताया गया है। लगभग हमेशा, प्राथमिक रोटेशन अक्ष लंबवत और द्वितीयक क्षैतिज होता है, इसलिए दर्पण अल्टाज़िमुथ माउंट|ऑल्ट-एज़िमथ माउंट पर होता है।
आसान विकल्प यह है कि दर्पण ध्रुवीय संरेखण प्राथमिक अक्ष के चारों ओर घूमता है, जो यांत्रिक, अक्सर क्लॉकवर्क, प्रति घंटे 15 डिग्री पर तंत्र द्वारा संचालित होता है, जो सूर्य के सापेक्ष पृथ्वी के घूर्णन की भरपाई करता है। दर्पण को आकाशीय ध्रुवों में से की दिशा में समान ध्रुवीय अक्ष के साथ सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के लिए संरेखित किया गया है। मौसम के साथ सूर्य की गिरावट में बदलाव की भरपाई के लिए दर्पण के कभी-कभी मैनुअल समायोजन (दैनिक या कम बार आवश्यक) की अनुमति देने वाला सीधा माध्यमिक अक्ष है। समय के समीकरण में परिवर्तन की भरपाई के लिए ड्राइव क्लॉक की सेटिंग को कभी-कभी समायोजित भी किया जा सकता है। लक्ष्य को उसी ध्रुवीय अक्ष पर स्थित किया जा सकता है जो दर्पण का प्राथमिक रोटेशन अक्ष है, या दूसरे, स्थिर दर्पण का उपयोग ध्रुवीय अक्ष से लक्ष्य की ओर प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के लिए किया जा सकता है, चाहे वह कहीं भी हो। इस तरह के मिरर माउंट और ड्राइव का उपयोग अक्सर सौर कुकर जैसे सोलर एनर्जी#कुकिंग के साथ किया जाता है।[11][12][13] इस एप्लिकेशन के लिए, दर्पण घुमावदार दर्पण#अवतल दर्पण हो सकता है, ताकि खाना पकाने के बर्तन पर सूर्य के प्रकाश को केंद्रित किया जा सके।
ऑल्ट-एज़िमथ और ध्रुवीय-अक्ष संरेखण दो-अक्ष माउंट के लिए तीन ओरिएंटेशन में से दो हैं, जो आमतौर पर हेलीओस्टैट दर्पणों के लिए उपयोग किए जाते हैं या उपयोग किए जाते हैं। तीसरी लक्ष्य-अक्ष व्यवस्था है जिसमें प्राथमिक अक्ष उस लक्ष्य की ओर इंगित करता है जिस पर सूर्य के प्रकाश को परावर्तित किया जाना है। द्वितीयक अक्ष प्राथमिक के लंबवत है। प्रकाश-संवेदकों द्वारा नियंत्रित हेलिओस्टैट्स ने इस अभिविन्यास का उपयोग किया है। छोटे हाथ में सेंसर होते हैं जो मोटर्स को नियंत्रित करते हैं जो हाथ को दो अक्षों के चारों ओर घुमाते हैं, इसलिए यह सौर ट्रैकर को शामिल करते हुए सूर्य की ओर इशारा करता है। साधारण यांत्रिक व्यवस्था लक्ष्य की ओर इशारा करते हुए प्राथमिक अक्ष और सूर्य की ओर इशारा करते हुए भुजा के बीच के कोण को द्विभाजित करती है। दर्पण लगा हुआ है इसलिए इसकी परावर्तक सतह इस द्विभाजक के लंबवत है। सस्ते कंप्यूटर की उपलब्धता से पहले इस प्रकार के हेलीओस्टेट का उपयोग दिन के उजाले के लिए किया जाता था, लेकिन सेंसर नियंत्रण हार्डवेयर की प्रारंभिक उपलब्धता के बाद।
हेलीओस्टैट डिज़ाइन हैं जिन्हें किसी भी सटीक अभिविन्यास के लिए रोटेशन अक्षों की आवश्यकता नहीं होती है। उदाहरण के लिए, लक्ष्य के करीब प्रकाश-संवेदक हो सकते हैं जो मोटरों को संकेत भेजते हैं ताकि जब भी परावर्तित प्रकाश की किरण लक्ष्य से दूर चली जाए तो वे दर्पण के संरेखण को सही कर दें। कुल्हाड़ियों की दिशाओं को केवल लगभग ज्ञात होना चाहिए, क्योंकि प्रणाली आंतरिक रूप से स्वयं-सुधार कर रही है। हालाँकि, इसके नुकसान भी हैं, जैसे कि दर्पण को हर सुबह मैन्युअल रूप से फिर से लगाना पड़ता है और लंबे समय तक बादल छाए रहने के बाद, परावर्तित किरण के बाद से, जब यह फिर से दिखाई देता है, सेंसर को याद करता है, इसलिए सिस्टम दर्पण के उन्मुखीकरण को सही नहीं कर सकता है। ज्यामितीय समस्याएं भी हैं जो हेलीओस्टेट के कामकाज को सीमित करती हैं जब सूर्य और लक्ष्य की दिशाएं, जैसा कि दर्पण से देखा जाता है, बहुत अलग हैं। कमियों के कारण, इस डिज़ाइन का आमतौर पर कभी उपयोग नहीं किया गया है, लेकिन कुछ लोग इसके साथ प्रयोग करते हैं।
आमतौर पर, हेलीओस्टेट दर्पण ऐसी दर से चलता है जो सूर्य की कोणीय गति का 1/2 है। और व्यवस्था है जो हेलीओस्टैट की परिभाषा को संतुष्ट करती है फिर भी दर्पण गति है जो सूर्य की गति का 2/3 है।[14] कई अन्य प्रकार के हेलीओस्टैट का भी कभी-कभी उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्राचीन मिस्र में दिन के उजाले के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे शुरुआती हेलिओस्टैट्स में, नौकरों या दासों ने किसी भी प्रकार के तंत्र का उपयोग किए बिना दर्पणों को मैन्युअल रूप से संरेखित किया। (मिस्र में ऐसे स्थान हैं जहां आज यह पर्यटकों के लाभ के लिए किया जाता है। फिल्म पांचवां तत्व में मिस्र का लड़का काल्पनिक पुरातत्वविद् के लिए गुफा के अंदर दीवार को रोशन करने के लिए दर्पण रखता है।) विस्तृत घड़ी की कल हेलीओस्टैट्स के दौरान बनाया गया था 19वीं शताब्दी जो केवल दर्पण का उपयोग करके किसी भी दिशा में सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित कर सकती थी, प्रकाश हानि को कम कर सकती थी, और जो सूर्य के मौसमी आंदोलनों के लिए स्वचालित रूप से क्षतिपूर्ति करती थी। इनमें से कुछ उपकरण अभी भी संग्रहालयों में देखे जा सकते हैं, लेकिन आज व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए इनका उपयोग नहीं किया जाता है। एमेच्योर कभी-कभी तदर्थ डिजाइन के साथ आते हैं जो बिना किसी सैद्धांतिक औचित्य के लगभग किसी विशेष स्थान पर काम करते हैं। ऐसे डिजाइनों की अनिवार्य रूप से असीमित संख्या संभव है।
यह भी देखें
- हेलीओग्राफ़, समान गैर-ट्रैकिंग डिवाइस, संचार के लिए उपयोग किया जाता है
- नवीकरणीय ऊर्जा
- सौर सेल
- सोलर कुकर
- सौर ऊर्जा
- सौर तापीय ऊर्जा
- सोलर ट्रैकर
संदर्भ
- ↑ A New and Complete Dictionary of Arts and Sciences, vol 2, London, 1763, p. 1600
- ↑ Pieter van der Star, Daniel Gabriel Fahrenheit's Letters to Leibniz and Boerhaave, Leiden, 1983, p. 7.
- ↑ "Heliostat, contrived by the late G. Johnstone Stoney, D.Sc., F.R.S., c. 1875". Science Museum Group. Retrieved 20 June 2022.
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- ↑ Notes on Scheffler Community Kitchens David Delaney, rev 22-Feb-2009, retrieved 5-June-2011
- ↑ Illustration at solarcooking.org, downloaded 5-June-2011
- ↑ "Red Rock Energy Heliostats".
बाहरी संबंध
- Field of 63 heliostats at the Odeillo Solar Furnace
- Solar Furnaces at Odeillo
- Overview of heliostat reflector materials
- Sunalign free heliostat software and related material
- Cornu, M. A. (1900). "On the law of diurnal rotation of the optical field of the siderostat and heliostat". Astrophys. J. 11: 148. Bibcode:1900ApJ....11..148C. doi:10.1086/140677.
- Turner, H. H. (1901). "On mechanically compensating the rotation of the field of a siderostat". Mon. Not. R. Astron. Soc. 61 (23): 122. Bibcode:1901MNRAS..61..122T. doi:10.1093/mnras/61.3.122.
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