Zonneboiler DEF Groep 35

Wij hebben een zonneboiler gemaakt om water sneller te kunnen verwarmen. Hierbij combineren wij de vakgebieden optica met thermodynamica. De zonneboiler is gemaakt door licht van een bouwlamp te schijnen op een reflecterende kom en een bakje met water te hangen in het brandpunt van deze kom. Al het licht reflecteert naar het brandpunt en warmt zo het water in het bakje op. In het water zit een thermistor die de temperatuur meet met behulp van een arduino. Met behulp van een reddingsdeken (reflecterend materiaal) hebben we geprobeerd zo veel mogelijk warmte binnen te houden en het licht naar het bakje te reflecteren.

Allereerst begin met de vierkante onderkant waar de boiler in past. Je weet de afmetingen van de boiler (berekend) dus weet je hoe breed de onderkant van het profiel moet zijn, de onderkant is 40cm bij 40cm. Dan moeten de zijkanten gemaakt worden, dit gebeurt met behulp van 4 idem profielen van 1 meter lang. Ook deze worden gemonteerd met de verbindingstukjes en schroefjes in de bijlage. Dan het bovenste vierkant, wat even breed is als de basis (onderste vierkant), dus ook 40 bij 40. Hier komt de bouwlamp in, dus mocht je een grotere bouwlamp hebben dan 40 bij 40 (onrealistisch) dan moeten de afmetingen hierop worden aangepast. De hoogte van het bovenste vierkant is geen meter, maar 80 cm, omdat bij <80 cm de bak te direct verhit zou worden, zie bijlage, en ook geen meter omdat hij dan te ver weg zou hangen en er dan minder stralen op de boiler vallen en er minder warmte verloren gaat.

Dan moet de bouwlamp gemonteerd worden die de boiler gaat verhitten en gaat zorgen voor de opwarming van het water. Dit gebeurt door een dwarse balk te monteren, niet in het midden van het vierkant maar een aantal centimeter van het midden af, afhangend van de grootte van de bouwlamp, die moet namelijk in het midden hangen. Bij ons is het profiel 7 cm van het midden gemonteerd waardoor de bouwlamp perfect in het midden hangt. En dus hangt hij in het midden 80 cm boven de boiler. De lamp is gemonteerd met schroefjes in het profiel (zij bijlage). Het snoer gaat via de bovenkant naar buiten zodat het geen warmte van de lamp opneemt.

Dan moet de bak water gemonteerd worden, dit gebeurt eerst door gaatjes in de zijkant te solderen, wat makkelijk gaat omdat het bakje van plastic is. Dan moet het bakje precies in het brandpunt van de parabool hangen, dus gaan er touwtjes door de gaatjes heen en worden die aan de bovenkant opgehangen met ductape, waardoor het makkelijk te verstellen is wanneer het gewicht een beetje verschuift door de thermistor. Als de bak hangt moet er folie overheen gedaan worden zodat het zeker is dat het water niet direct door de lamp wordt verwarmt maar echt puur door de boiler. Ook de thermistor kan nu gemonteerd worden met tape in de onderkant van het bakje, hij mag de onderkant niet raken, dan meet hij namelijk de warmte van het plastic en niet van het water zelf. Als het gewicht verschuift pas dan de lengte van de touwtjes aan tot dat het weer recht in het brandpunt hangt.

Hierna is het tijd voor het maken van de zijkanten van de opstelling voor meer reflectie en meer opwarming. Dit gebeurt door kartonnen platen te knippen uit het grote stuk karton (materiaallijst) die precies de afmetingen van de zijkanten hebben namelijk 80cm hoog en +-40cm breed, ze moeten precies klemmen in de opstelling dus een beetje speling in de breedte waardoor het precies klemt. Op deze platen wordt de folie geplakt met ductape, dit moet zo strak mogelijk zodat het goed reflecteert naar de bak toe. 3 van deze platen kunnen vastgemaakt worden, de 4e moet los want de boiler moet er in en uitgehaald kunnen worden voor het test gedeelte aan het begin van de proef. Ook de bovenkant van de opstelling wordt voor een deel afgeplakt met karton+folie, een klein deel niet om de lamp niet te heet te laten worden omdat er dan ook nog lucht bij kan waardoor het niet te warm wordt bovenin de opstelling bij de lamp.

De laatste stap is de thermistor aansluiten op de arduino, hiervoor zijn waterdichte draden aan de thermistor nodig, deze gaan immers door het water heen, ook moeten het draden zijn die warm mogen worden want er staat een 500W bouwlamp op ze. De draden gaan door de ene zijkant die nog niet vastzit naar buiten naar de het breadbord, waar de thermistor in serie staat met een 10k ohm weerstand als spanningsdeler. De grootte van de weerstand hangt af van de weerstand van de thermistor en kan dus verschillen. De inputs staan in de bijlage en daar staat welk draadje waarheen moet (in de bijlage staat een weerstand van 100k ohm, maar wij hebben eentje van 10k ohm gebruikt). De code voor de thermistor staat ook in de bijlage, zorg ervoor dat de graden in Celsius staan en niet perongeluk in fahrenheit of kelvin, en dat de delay tussen elke meting zo is dat je goed kan aflezen tussen metingen door.

Plaats de missende zijkant in de opstelling, sluit de arduino aan op je computer en doe de lamp aan. Lees de waardes af op arduino IDE en zorg dat het niet te warm wordt voor veiligheid! Eerst doe je een test zonder boiler, als controlemeting en daarna zet je boiler eronder en doe je een tweede meting. Vergelijk de twee metingen, zet de metingen in een grafiek, en Voila!