Он усиливает поток солнечной радиации в 3-4 раза от 0,5-1 квт / кв. м до 2-4 квт / кв. м. Вследствие этого производительность (и экономическая рентабельность) солнечных модулей увеличивается в 1,5-2,5 раза. Производительность солнечных коллекторов увеличивается в 3-5 раз летом и в 5-10 раз зимой.
Усилитель был изготовлен и испытан в г.Миргород (Украина) в июне-июле 2011. Эксперимент дал коэффициент усиления 4,1 и надежды на достижение более высоких коэффициентов (в диапазоне 5-10)
1) Конструкция
Усилитель имеет (на рисунке – вид сбоку):
— Два листа пенополистирола 1 с толщиной 2,5 см, шириной 2 м и высотой по 1 м
— Зеркальная пленка 2, которая наклеена на листы 1 с солнечной стороны (в магазинах ее называют «солнцезащитная пленка (или штора)»)
— Деревянные планки 3 высотой 20 мм и шириной 40 мм. Они приклеиваются (полиуретановой пеной) к листам 1 по 3 шт на каждый лист 1
Усилитель работает следующим образом. Солнечная радиация попадает на пленку 2 и отражается ею (фокусируется) на поверхность 4 фотоэлемента или коллектора. Солнечный зайчик (отражение от 2-метровой высоты листов 1) имеет высоту 15-40 см в районе поверхности 4. Это есть следствие вогнутой формы пленок 2 на листах 1
Описанные секции (с 2-метровой шириной) устанавливаются в ряды по несколько десятков штук вдоль линии восток-запад. Этот ряд формирует солнечный зайчик шириной в несколько десятков метров. На протяжении дня этот зайчик смещается с запада на восток на несколько десятков метров, однако высота его расположения почти не изменяется и он остается в районе поверхностей 4 ряда фотоэлементов (или коллекторов).
Стыки соседних секций ряда снабжаются следующим:
— Деревянная планка 5 с сечением 50 х 50
— Деревянные подкладки 6. Они приклеиваются (эпоксидной смолой) к планке 5. Планки 3 прикручиваются к подкладкам 6 шурупами. Нужная высота подкладок 6 обеспечивает нужную вогнутую форму листам 1 (пленкам 2)
— Деревянные планки 7 высотой 40 мм и шириной 30 мм для удержания поверхности 4 (фотоэлемента или коллектора) высотой 10-30 см
Однако существует необходимость изменять вертикальный угол планки 5 при изменении высоты солнца над горизонтом на каждые 4-10 градусов (т.е. от 8 до 20 раз в год), чтобы солнечный зайчик попадал на поверхности 4. Это делают следующие детали стыка соседних секций:
— Горизонтальная деревянная планка 8, которая приклеена (эпоксидной смолой) к планке 5. Планка 8 является опорой планки 5 на поверхность земли на протяжении 40-60 см
— Кусок 9 ткани типа «гидробарьер» размером 75 х 100 см. Он кладется в яму и заполняется землей так, чтобы над землей остались 10-15 см ткани со всех сторон. Эта ткань собирается и крепится к планке 8 строительным степлером. Система из планки 8 и ткани 9 является шарниром, на котором планка 5 может повернуться
— Деревянный кол 10, вбитый в землю
— Деревянный кол 11, также вбитый в землю (1 шт. на два стыка)
— Веревки 12 (крепкая и жесткая) и 13 (более эластичная и дешевая)
Поднятие планки 5 осуществляется через следующие операции:
1) Снять один виток веревки 13 с кола 11
2) Накрутить один виток веревки 12 на кол 10
3) Зафиксировать упомянутый виток на колу 10 скобой степлера
Опускание планки 5:
1) Снять один виток веревки 12 с кола 10 (перед этим – сорвать скобу, которая его фиксирует)
2) Накрутить один виток веревки 13 на кол 11
3) Зафиксировать этот виток скобой
2) Стоимость
Усилитель высотой 2 м и шириной 2 м требует следующих материалов (Цены – крупный опт, июль 2011, Украина, без НДС):
|
|
Кол-во |
Цена |
Итого |
|
Пенополистирольные листы толщиной 2,5 см |
4 кв. м |
0,5 E / кв. м |
2 E |
|
Зеркальная пленка |
4 кв. м |
0,15 E / кв. м |
0,6 E |
|
Деревянные планки 3 (длиной 2,15 м и сечением 20х40) |
10 куб. дм |
0,1 E / куб. дм |
1 E |
|
Деревянная планка 5 (2,4 м х 50 х 50) |
9 куб. дм |
0,1 E / куб. дм |
0,9 E |
|
Деревянные планки 7 сечением 30х40 |
5 куб. дм |
0,1 E / куб. дм |
0,5 E |
|
Деревянные колья 10, 11 |
2 куб. дм |
0,1 E / куб. дм |
0,2 E |
|
Полиуретановая пена (для приклеивания пленки 2 и планок 3 к листам 1) |
8 литр |
0,04 E / литр |
0,3 E |
|
Шурупы и эпоксидная смола |
|
|
0,3 E |
|
Гидробарьер 9 |
0,75 кв. м |
0,15 E / кв. м |
0,1 E |
|
Полимерные веревки 12 и 13 |
8 м |
0,025 E / м |
0,2 E |
|
С У М М А |
|
|
6,1 E |
Расход времени на секцию 4 кв. м:
1) Изготовление двух отражающих щитов по 2 кв. м (т.е. склеивание пенополистирола 1, пленки 2 и трех планок 3) — 14 человеко-минут
2) Склеивание одной планки 5 с 6 шт. подкладок 6 и планкой 8 — 3 человеко-минуты
3) Изготовление других деталей (сборка конструкции из трех планок 7, нарезка ткани 9, веревок 12, 13 кольев 10, 11) — 3 человеко-минуты
4) Установка секции в поле и ее настройка — 12 человеко-минут
Таким образом:
— Стоимость материалов – 6,1 EUR на 4 кв. м, т.е. 1,5 EUR за кв. м отражающей поверхности
— Затраты времени — 32 человеко-минуты на 4 кв. м. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 8 EUR, т.е. 2 EUR за кв. м отражающей поверхности
— Таким образом, стоимость кв. метра отражающей поверхности усилителя – 3,5 EUR
Перспективы снижения стоимости:
1) Автоматизация изготовления метализованного пенополистирола. Например, по технологиям, подобным изготовлению метализованного пенополиэтилена (в магазинах его называют «подкладка под ламинат»). Это уменьшит расход времени на 6 человеко-минут / 4 кв. м, т.е. снизит стоимость усилителя на 0,35 EUR / кв. м.
2) Автоматизация крепления планок 3 (к листам 1) и вкручивания шурупов в их края. Это сэкономит еще 7 человеко-минут / 4 кв. м, т.е. 0,4 EUR / кв. м.
3) Комбинация «Пенополистирол + полиуретановая пена + отражающая пленка» не является единственным вариантом жесткого отражателя вогнутой формы. Возможно существуют более дешевые варианты
4) Переход от закупок к самостоятельному производству материалов пенополистирола и деревянных планок
5) Изменение конструкции усилителя, чтобы уменьшить затраты времени на его установку в поле
Оптимистическая оценка стоимости усилителя – 2-2,5 EUR за кв. метр отражающей поверхности (без НДС, включая установку и настройку)
Транспортировка усилителя к месту установки осуществляется в виде следующих деталей: отражающие щиты, планка 5 (с подкладками 6 и планкой 8), конструкция из трех планок 7, ткань 9, колья 10 и 11, веревки 12 и 13. Одна секция занимает 0,4 куб. м, т.е. полуприцеп объемом 90 куб. м вмещает 225 секций (900 кв. м отражающей поверхности). Их вес – 4 тонны
3) Свойства
В июле 2011 я изготовил усилитель с двумя щитами шириной 60 см и высотой по 50 см. Высота промежутка между щитами – 17 см. Фокусное расстояние 101 см. Горизонтальная и вертикальная ориентация установленного усилителя – на солнце в 12.40 по киевскому времени
Ниже приведены замеры коэффициента усиления 11 июля 2011 (г. Миргород, 50 град северной широты):
|
|
Фокусная линия, т.е. 101 см от плоскости усилителя |
91 см от плоскости усилителя |
81 см от плоскости усилителя |
|
20 см выше фокусной линии |
— |
0,5 |
0,8 |
|
15 см выше |
0,3 |
0,5 |
1,6 |
|
10 см выше |
0,5 |
1,1 |
2,0 |
|
5 см выше |
2,0 |
2,3 |
1,2 |
|
Горизонталь фокусной линии |
4,1 |
2,7 |
0,9 |
|
5 см ниже |
2,9 |
2,9 |
2,4 |
|
10 см ниже |
2,2 |
3,5 |
3,7 |
|
15 см ниже |
0,9 |
1,5 |
1,9 |
|
20 см ниже |
— |
0,2 |
0,5 |
14 июля 2011 я произвел замеры коэффициента усиления на протяжении суток. Замеры делались относительно горизонтальной планки, расположенной в центре солнечного зайчика в 12.40 по киевскому времени (101 см от плоскости усилителя):
|
Киевское время замера |
9.45 |
10.30 |
11.40 |
12.40 |
13.40 |
15.10 |
16.00 |
|
Горизонтальное смещение зайчика |
80 см на запад |
50 см на запад |
20 см на запад |
нет |
20 см на восток |
60 см на восток |
95 см на восток |
|
20 см выше планки |
— |
— |
0,2 |
0,4 |
0,3 |
— |
— |
|
15 см выше |
— |
0,2 |
0,3 |
0,7 |
0,5 |
— |
— |
|
10 см выше |
0,15 |
0,5 |
1,1 |
1,3 |
0,8 |
0,2 |
— |
|
5 см выше |
0,3 |
1,3 |
2,5 |
2,1 |
1,8 |
0,3 |
— |
|
Планка |
1,2 |
2,2 |
3,7 |
4,0 |
3,9 |
0,6 |
0,2 |
|
5 см ниже |
2,3 |
2,6 |
3,5 |
3,1 |
4,1 |
1,9 |
0,3 |
|
10 см ниже |
2,4 |
2,4 |
0,8 |
1,0 |
2,4 |
3,0 |
0,6 |
|
15 см ниже |
2,5 |
0,9 |
0,2 |
0,3 |
0,7 |
2,7 |
1,5 |
|
20 см ниже |
1,0 |
0,3 |
— |
0,2 |
0,3 |
1,1 |
3,3 |
|
25 см ниже |
0,2 |
0,2 |
— |
— |
— |
0,4 |
2,8 |
|
30 см ниже |
— |
— |
— |
— |
— |
0,15 |
1,4 |
|
35 см ниже |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
0,4 |
|
40 см ниже |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
0,25 |
4) Приложение: технология наклеивания пленки 2 на пенополистирол 1
Я сделал более 20 наклеиваний пленки на пенополистирол на протяжении трех недель. В итоге я получил более-менее удовлетворительный результат, но с большим количеством недостатков. Если кто-то захочет научиться этому, то пусть он будет готов сделать аналогичную работу и постараться исправить часть моих недостатков
Итоговая технология наклейки проходит через следующий операции (На гладкой цилиндрической поверхности с ровной стороной 2 м и выпуклой стороной больше 1 м. Ее радиус в 1,5-2 раза меньше, чем радиус вогнутой поверхности листа 1 в усилителе):
1) Положить пленку 2 на упомянутую поверхность (перед этим – брызнуть воду на углы этой поверхности для удержания углов пленки)
2) Нанести 12 шт. дорожек полиуретановой пены на лист 1 пенополистирола размером 1 м х 2 м: вдоль стороны «2 м» с интервалом 9 см
3) Брызнуть воду на пленку 2 (Вода нужна для затвердевания пены)
4) Положить лист 1 (с дорожками пены) на пленку 2
5) Положить грузы (20-50 кг) на лист 1
6) Ожидание 1 сутки
Несколько замечаний:
— Метализованная сторона пленки 2 кладется на упомянутую поверхность, т.е. другая сторона пленки 2 должна будет клеиться на лист 1
— Упомянутые дорожки пены должны расширяться при затвердевании до 2-4 см с высотой 2-5 мм. Таким образом 60-80 % поверхности пленки будут свободны от пены. Пленка на этих участках растянется во время установки листов 1 на планки 5
— Приклеенные участки пленки должны иметь вид старого поцарапанного, но ровного зеркала. Однако усилитель может работать и с худшим качеством зеркала этих участков
— Я брал зимнюю пену и использовал ее при +25 град