Un mirall solar DIY frega 1 kW tèrmic amb 18 segments
Un reflector solar casolà escalfa 20 litres d’aigua i calcula uns 924 W tèrmics. Analitzem el muntatge, la mesura i la fallada pel vent.
Un reflector casolà de divuit miralls hexagonals aconsegueix escalfar vint litres d’aigua de 22,6 a 44,2 °C en poc més de mitja hora. El càlcul del vídeo situa la potència tèrmica transferida al voltant dels 924 watts, gairebé un quilowatt, abans que una ràfega de vent tombi l’estructura.
El projecte de Concept Crafted Creations s’inspira visualment en el mirall segmentat del telescopi James Webb, però la seva funció és diferent: concentra llum solar sobre una placa negra per produir calor. No genera electricitat i el resultat encara no és una màquina preparada per funcionar sense vigilància.
1. Divuit miralls amb una idea inspirada en el James Webb
A 00:00, el creador recupera el prototip del vídeo anterior i incorpora suggeriments de més de 1.700 comentaris. La semblança amb el James Webb és la forma: divuit peces hexagonals orientables formen una superfície reflectora conjunta.
La NASA confirma que el mirall primari del Webb té divuit segments hexagonals i 6,5 metres de diàmetre. Al telescopi, aquests segments de beril·li recoberts d’or s’alineen amb precisió extrema per enfocar llum infraroja sobre instruments científics. En el projecte DIY, són miralls econòmics que dirigeixen llum visible i calor cap a un receptor.
La referència, per tant, és geomètrica i mecànica, no una reproducció de tecnologia espacial. El principi físic s’assembla més a una instal·lació solar tèrmica de concentració.
2. La prova mesura calor acumulada a l’aigua
A 00:45, el muntatge comença amb vint litres d’aigua, una bomba i dos sensors: un per al receptor i un altre per al dipòsit. Un temporitzador permet relacionar l’augment de temperatura amb el temps.
La bomba fa circular l’aigua per una placa situada al focus. Els miralls concentren la radiació sobre aquesta peça, la placa s’escalfa i transfereix energia al líquid. El Departament d’Energia dels Estats Units descriu el mateix principi general en els col·lectors solars tèrmics: els miralls redirigeixen llum cap a un receptor, on es converteix en calor.
Abans de començar, apareix una petita fuita perquè una unió no estava prou collada. Es corregeix, però l’episodi recorda que un circuit de líquid, una bomba, altes temperatures i un focus de llum requereixen comprovacions separades.
3. Alinear tots els segments és el primer gran repte
A 01:33, cal orientar els divuit miralls cap al mateix punt. Un làser convencional obliga a moure’l peça per peça i introdueix errors de posició. El creador improvisa una font de llum més ampla amb un LED vermell potent, una carcassa impresa en 3D i una lupa.
La idea projecta una taca de la mida aproximada d’un segment i facilita que totes les reflexions coincideixin. No és una calibració metrològica, però serveix per al prototip. En sistemes professionals, la forma del mirall, els errors òptics i la pèrdua tèrmica del receptor es caracteritzen amb instruments específics; el laboratori de NREL utilitza, entre altres tècniques, traçat de raigs làser i mesura de pèrdues fora del sol.
La precisió importa molt: una desviació petita amplia o desplaça la taca focal, redueix l’energia útil al receptor i pot il·luminar una zona que no s’hauria d’escalfar.
4. El seguiment solar barat funciona només amb cel clar
A 03:19, el vídeo prova quatre fotoresistències, o LDR, per orientar automàticament l’estructura. En un dia ennuvolat, la llum difusa no proporciona una direcció clara i el sistema dubta. Amb cel blau apunta al Sol, però els sensors se saturen i toleren una desviació visible.
La solució és imprimir una màniga que bloqueja llum lateral i fa que cada LDR rebi una senyal més direccional. Després del canvi desapareix l’ombra que delatava l’error. És una millora enginyosa i barata, tot i que calcular la posició solar a partir d’hora i coordenades seria més repetible.
Aquest contrast defineix el projecte: sensors òptics simples s’adapten al muntatge i no exigeixen localització, però depenen més de núvols, reflexos i saturació. Un sistema robust podria combinar càlcul astronòmic, sensors de correcció i una posició segura quan hi ha vent o poca llum.
5. Canvis al receptor: menys reflexió i menys peces crítiques
A 06:20, el creador explica per què ha eliminat el petit mirall secundari de la primera versió. Aquella peça també havia de suportar la concentració de tots els segments i temperatures de centenars de graus. En lloc de buscar un material especial, trasllada directament la placa col·lectora al focus.
Just abans de la prova pinta la placa de negre per augmentar l’absorció i reduir la llum reflectida. Aquest canvi simplifica el camí òptic, però mou pes de darrere cap a davant de l’eix. La conseqüència mecànica apareixerà mitja hora després.
El vídeo està patrocinat per PCBWay i promociona els seus serveis de fabricació. El patrocinador no intervé en el càlcul tèrmic, però la menció és rellevant per interpretar la recomanació comercial inclosa durant el muntatge.
6. El resultat: uns 924 W tèrmics, no elèctrics
La prova arrenca a 07:28, amb 18 °C a l’exterior i l’aigua a 22,6 °C. Al cap d’uns 32 minuts, el vent fa caure el reflector. En aquell moment, l’aigua ha arribat a 44,2 °C: un augment de 21,6 graus.
Amb vint quilograms d’aigua i una capacitat calorífica aproximada de 4,18 kJ per quilogram i grau, l’energia acumulada és d’uns 1,81 megajoules. Repartida en prop de 1.952 segons, equival aproximadament a 925 W. La xifra concorda amb els 924 W presentats al vídeo.
Dividida pels 1,31 m² de superfície reflectora declarada, dona uns 706 W tèrmics per metre quadrat. Això no és encara una eficiència mesurada: faltaria registrar la irradiància solar incident durant la prova i quantificar calor perduda pel dipòsit, tubs i aire. Tampoc és potència elèctrica disponible; per produir electricitat caldria afegir una màquina tèrmica o un altre convertidor, amb pèrdues addicionals.
Conclusions
El prototip demostra que materials assequibles, alineació raonable i seguiment simple poden transferir gairebé un quilowatt de calor a l’aigua en bones condicions. La dada és prou potent per justificar una segona versió, però no prova que pugui bullir vint litres de manera estable ni que sigui més eficient que altres col·lectors.
La fallada pel vent és tan important com l’escalfament. La pròxima iteració necessita una estructura equilibrada, ancoratge, posició d’emergència, receptor aïllat i protecció davant del focus concentrat. El projecte funciona millor com a experiment solar tèrmic mesurable que com a “generador” acabat: ja té un resultat prometedor i, sobretot, una llista clara del que cal validar després.
Contrast i context
Fonts consultades
-
01
Concept Crafted Creations My DIY Solar Generator Is WAY More Powerful Than I Thought..
-
02
U.S. Department of Energy Solar Collectors
-
03
NASA Science Optical Telescope Element (OTE)
-
04
National Laboratory of the Rockies Concentrating Solar Power Lab Characterization
Font de treball
Transcripció amb marques de temps
Consulta la transcripció
-
0:00
, obre el vídeo en una pestanya nova
Today we will finally find out how powerful my DIY solar generator, which is based on NASA's billion dollar James Webb Telescope design, really is. And I can tell you the results will surprise you. Just in case you haven't seen the first video yet, you might want to check it out first before watching this. Because then you'll not only understand why some of the mirrors look like they're broken, but I also asked you guys what you would have done differently. turned out it was a lot. Over 1,700 comments full of tips, ideas, and even detailed improvement plans. Of course it's impossible to go over each in every single one of them, so instead I've listed the top five most talked about ideas. Let's just tackle them one by one,
-
0:45
, obre el vídeo en una pestanya nova
while we test the capabilities of this giant mirror. For the test, I filled a bucket with 20 20 liters of water and added 2 temperature sensors. One to keep track of the temperature of the collector plate and the other one to measure the water temperature. I've also added a little time and display to keep track of time while testing. So with all that setup and running, let's test if the pump also works as expected and make sure there are no leakages. Nothing seems to be dripping as far as I can see, so I think we're good hold up, something
-
1:20
, obre el vídeo en una pestanya nova
leaking. Okay, turns out I forgot to tighten one of the fittings. So, a quick fix luckily. There's just one last thing we need to do before our mirror can start turning water into steam. That's to make sure all 18 mirrors are aligned properly. And we could do that outside here in the heat of the sun, of course. But you guys suggested a much better idea. And that was to use a laser to align the mirrors instead.
-
1:49
, obre el vídeo en una pestanya nova
So I took the mirror off its base, put it on my workbench, made sure it was level, and hung the laser pointer on a string from the ceiling. But I quickly found out it wasn't as easy as it seemed it would be. The problem is that the laser pointer has to be moved multiple times to align each mirror. And with 18 mirrors to align, that's definitely not ideal. what we actually need is a laser pointer with a dot big enough to cover the entire mirror. But that doesn't exist, of course. Unless, hold up.
-
2:25
, obre el vídeo en una pestanya nova
I think I might have a solution for that. Now, before I turn this thing on and show you what it does, I want to test the sun tracking mechanism with the four LDRs, the mirror is going to use. Because quite a few of you were concerned about the precision of it and suggested programming the coordinates of the sun's position in the sky instead. And while I do agree that that would indeed be the most precise option, the whole idea of tracking the sun with the four LDRs was to keep this whole setup as cheap and simple as possible.
-
3:49
, obre el vídeo en una pestanya nova
But after so many of you mentioned it, I did start to worry a little bit. So let's see if the simple design is good enough or not. I've tested the setup on two different occasions. First, a cloudy day. And as you would expect, it doesn't really know what to do. So for cloudy days, this clearly isn't the best way to go. But with a clear blue sky, it aims towards the sun without hesitation. However, if we take a closer look, we can see that it's still not perfectly in line, because we You can see a shadow caused by the partitions in the top left corner. So what it looks like is that even with a bit of shade caused over the sensor, the light
-
4:44
, obre el vídeo en una pestanya nova
is bright enough for the sensor to output its maximum value. But I think I've got a way to fix that. I printed a sleeve to block the light that is coming from other directions, then the sun directly. Let's see if it makes any difference. By the way, for everyone who wants to think of it as design, there is a link in the video description where you can find all the files for this project. In case you need any parts like the collector plate for example, I can highly recommend
-
5:14
, obre el vídeo en una pestanya nova
using PCBway services. Ordering is super easy. They deliver fast, their quality is outstanding and it's more affordable than you think. I personally love to use their services. to make it even easier for you, there is a discount code in the video description. But be quick as it's only available for the first 10 people that use it. Okay, where were we? Right, we were testing the sleeve on the sun tracking mechanism.
-
5:43
, obre el vídeo en una pestanya nova
Okay, no shadows caused by the partitions, so perfect. Time to align those mirrors. With our new contraption, of course. What does this thing do? I've glued a high power red LED in the bottom of this 3D printed housing and mounted a magnifying glass on top, which bundles the light from the LED into one giant red dot the size of a mirror. This should make a lining them much easier.
-
6:09
, obre el vídeo en una pestanya nova
And remember these, quite a few of you mentioned that 3D printed springs weren't going to hold up because of the heat. Well, today is the day will finally find out. Now if you remember the first video you might have spotted something isn't the same anymore. And if you did, you're probably right. In the first video the collector plate was mounted in the center of the mirror. And my ID was to use a smaller secondary mirror to focus the sunlight from the 18 mirrors
-
6:39
, obre el vídeo en una pestanya nova
back onto the collector plate. But as quite a few of you pointed out that mirror then of course needs to withstand the same extreme heat the collector plate would endure. which can quickly rise to a few hundred degrees. And because I couldn't think of a way to do that, that would fit the rest of this DIY build, I decided to ditch that mirror and mount the collector plate directly in place instead. So with all the mirrors aligned perfectly, we can finally start testing.
-
7:08
, obre el vídeo en una pestanya nova
There's just one last thing that needs to be done, and it was mentioned a lot in the comments. And that's to paint the collector plate black, so it will absorb the heat more instead of reflecting it back. And with that done, it's finally time to point this mirror towards the sun to get our first test results and find out how powerful it really is. Okay, so it's quite windy today, but the sun is shining bright. The outside temperature is 18 degrees, and the temperature of the water currently is 22.60
-
7:39
, obre el vídeo en una pestanya nova
degrees. Time to see how fast our mirror can make this water boil. Remember I said it was windy today? Well, after about half an hour, the exhaust is strong. And I should have seen this coming after I moved the weight of the collector plate from behind the pivot point to in front of it. But before I start fixing this thing up again, let's take a look at the data we've got so far to see if it's even worth putting it back together. So, the starting temperature of the water was 22.6 degrees. and when the mirror tipped over after 32 minutes, the temperature was 44.2 degrees.
-
8:32
, obre el vídeo en una pestanya nova
That means a temperature increase of 21.6 degrees in just over half an hour, for 20 liters of water. Now, if we do the math, which equals 20,000 grams by 21.6 degrees Celsius. The specific heat capacity of water is 4.1 a joules per gram per degree. So, the total energy added is 1,830,840 joules. We did that in 32 minutes, or 1,952 seconds. That gives us a power output of roughly 924 watts, which is just under 1 kilowatt. And that, from a DIY solar mirror, with only 1.31 square meters of reflective surface. means this thing outputs about 75 watts per square meter. And that's including all real
-
9:27
, obre el vídeo en una pestanya nova
world losses from the cheap materials in perfect tracking etc. So, conclusion, it may not look like much, but with a power output of around 924 watts or 51 watts per mirror, it turns out to be way more efficient than I expected. So, what's next? Rebuild this one and give it another try or build a final fully automatic weather proof version with some proper mirrors. Let me know in the comments below.
