Доклад 5: 3-й тип дешевого солнечного усилителя для фотоэлементов и коллекторов (Часть 2)

3) Свойства

Первая секция усилителя была установлена 18 сентября 2011, остальные две – 5 октября 2011. Они работают до сих пор (сейчас окончание ноября). Дожди и роса пока что не вызвали видимых повреждений, южный ветер (он наиболее опасный) уже был 8-10 м / сек, западный и восточный ветры – не опасны

Горизонтальная ориентация усилителей – на солнце в 12.35 по летнему киевскому времени (замер 18 ноября 2011). Фокусное расстояние зеркал – порядка 115 см  

21 сентября 2011 я произвел замеры коэффициента усиления на протяжении суток  (г. Миргород, 50 град северной широты). Географический полдень – в 12.45.  Коэффициент замерялся относительно горизонтальной планки, которая была неподвижно размещена на фокусном расстоянии от зеркала усилителя. Третья строка таблицы сообщает показания люксометра вне усилителя в положении «перпендикулярно солнцу». Коэффициент усиления – это дробь; в ее знаменателе – упомянутые показания люксометра (вне усилителя и перпендикулярно солнцу), а в числителе – показания этого же люксометра в усилителе. Эти показания люксометра записаны в скобках после коэффициента усиления:

Киевское

время

замера

8.10

8.55

10.15

11.35

12.45

14.10

15.30

16.35

Горизон-тальное смещение зайчика

320 см на запад

220 см на запад

110 см на запад

45 см на запад

нет

50 см на восток

105 см на восток

200 см на восток

Яркость солнца

40

61

82

97

98

91

77

48

20 см выше планки

0,3

(14)

0,6

(37)

0,5

(39)

0,5

(45)

1,3

(125)

0,7

(63)

0,4

(34)

0,2

(12)

15 см выше

0,5

(19)

1,0

(63)

0,9

(73)

0,6

(62)

1,7

(170)

2,3

(213)

0,6

(45)

0,6

(31)

10 см выше

0,8

(31)

1,4

(87)

1,8

(147)

2,7

(260)

3,2

(310)

3,7

(335)

1,8

(135)

1,2

(58)

5 см выше

1,0

(41)

2,4

(145)

2,8

(233)

4,6

(450)

5,8

(570)

4,9

(450)

3,0

(230)

1,4

(67)

Планка

0,9

(37)

2,0

(125)

3,7

(307)

5,8

(560)

4,9

(480)

3,5

(320)

4,0

(305)

1,0

(50)

5 см ниже

0,5

(19)

1,1

(70)

3,3

(270)

2,9

(285)

1,4

(140)

0,8

(77)

1,8

(135)

0,8

(40)

10 см ниже

0,3

(12)

0,6

(35)

0,8

(63)

1,0

(97)

0,5

(48)

0,5

(47)

0,6

(48)

0,7

(35)

15 см ниже

0,1

(6)

0,4

(25)

0,4

(32)

0,5

(50)

0,3

(34)

0,3

(28)

0,3

(24)

0,5

(24)

20 см ниже

0,1

(4)

0,2

(10)

0,3

(26)

0,3

(33)

0,3

(29)

0,2

(21)

0,2

(16)

0,2

(12)

23 октября 2011 я повторил суточный замер коэффициентов усиления (географический полдень – в 12.40): 

Время

8.30

9.10

10.25

11.25

12.50

14.10

15.05

15.45

16.25

Яркость солнца

47

64

82

89

90

84

73

59

40

40 см выше

0,7

(31)

0,4

(26)

0,3

(17)

0,5

(19)

35 см выше

0,9

(42)

0,9

(57)

0,3

(20)

0,7

(29)

30 см выше

1,3

(62)

1,1

(73)

0,3

(26)

0,3

(25)

0,5

(30)

1,3

(51)

25 см выше

1,9

(89)

1,5

(95)

0,8

(68)

0,3

(27)

0,3

(26)

0,4

(33)

0,5

(34)

0,8

(47)

2,0

(82)

20 см выше

2,0

(96)

1,9

(120)

1,3

(103)

0,6

(49)

0,3

(29)

0,5

(39)

0,7

(50)

1,7

(98)

3,0

(119)

15 см выше

1,3

(62)

2,7

(170)

1,6

(129)

1,1

(102)

0,4

(38)

0,7

(62)

1,3

(96)

3,4

(202)

1,6

(63)

10 см выше

0,6

(29)

4,0

(258)

3,2

(262)

2,7

(236)

1,5

(133)

2,1

(178)

4,1

(300)

4,0

(235)

0,6

(22)

5 см выше

0,3

(14)

1,8

(116)

4,7

(385)

4,5

(402)

3,8

(345)

4,4

(370)

5,0

(366)

0,9

(55)

0,3

(12)

Планка

0,3

(22)

3,2

(260)

5,1

(455)

5,7

(514)

5,4

(450)

2,9

(212)

0,5

(27)

5 см ниже

0,2

(16)

0,6

(53)

1,9

(172)

5,0

(452)

2,4

(202)

0,7

(49)

0,3

(19)

10 см ниже

0,2

(11)

0,4

(32)

0,6

(52)

1,9

(168)

0,9

(72)

0,4

(32)

0,3

(15)

15 см ниже

0,3

(24)

0,4

(35)

0,6

(57)

0,5

(41)

0,3

(19)

20 см ниже

0,3

(25)

0,4

(32)

0,4

(30)

Скорее всего усилитель 3-го типа (а также усилители 1-го и 2-го типов и аналогичные им) подчиняется следующим трем правилам:

1) Зимой (между равноденствиями 21 сентября и 21 марта) солнечный зайчик приходит сверху утром, около полудня он находится на примерно одинаковой высоте несколько часов, а затем снова уходит вверх вечером (замер 23 октября). Летом наоборот – зайчик заходит снизу утром, а вечером уходит вниз (замер 14 июля из Доклада 2)  

2) В равноденствия солнечный зайчик находится на одинаковой высоте весь день (замер 21 сентября)

3) Чем дальше от равноденствий (и ближе к солнцестояниям 21 декабря и 21 июня), тем больше путь солнечного зайчика отклоняется от прямой линии (напоминая дугу) и тем меньше времени он находится на одной высоте около полудня

Доклад 5: 3-й тип дешевого солнечного усилителя для фотоэлементов и коллекторов (Часть 1)

Занятие солнечной энергетикой почти всегда приводит к идее солнечного усилителя. Это система зеркал (или линз), которые усиливают поток солнечной радиации в несколько раз. Одни люди догадались, что такие усилители увеличивают производительность солнечных батарей. Другие поняли, что солнечные коллекторы с такими усилителями вырабатывают в несколько раз больше тепла. Третьи решили, что отопление дома на солнечных коллекторах нуждается в таких усилителях; это очень эффективное решение проблемы большой разницы температур между водой отопления и окружающим воздухом 

Однако затем эти люди проверяли эти идеи и приходили к следующим выводам:

1) Солнечные усилители дороги – это многие десятки EUR за квадратный метр зеркала

2) Они должны иметь систему, которая автоматически меняет ориентацию зеркал по движению солнца на протяжении суток

Эти причины уничтожали экономическую целесообразность таких солнечных усилителей. Однако этот доклад и доклады 2 и 3 описывают три типа солнечных усилителей со следующими свойствами: 

1) Стоимость усилителей – 2-4 EUR за квадратный метр зеркала (включая установку и настройку)

2) Автоматической системы переориентации нет. Усилители имеют такую конструкцию, что солнечный зайчик находится в нужном месте почти весь день. Однако существует необходимость ручной перестройки угла вертикальной ориентации усилителя 8-20 раз в год (это очень просто и быстро) 

3) Коэффициенты усиления солнечной радиации – от 3 до 10

Усилитель данного (3-го) типа был изготовлен в сентябре 2011 в г.Миргород (Украина). Три усилителя (по 4 кв. метра) этого типа уже реально работают с начала октября 2011

 

1) Конструкция

Усилитель имеет (на рисунке – вид сбоку):

— Лист пенополистирола 1 с толщиной 3 см и площадью 2 м х 2 м

— Зеркальная пленка 2, которая наклеена на лист 1 с солнечной стороны (в магазинах ее называют «солнцезащитная пленка (или штора)»)

— 4 шт. деревянных планок 3 высотой 20 мм и шириной 40 мм. Они приклеиваются (полиуретановой пеной) к листу 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 10-20 см в районе поверхности 4. Это есть следствие вогнутой формы пленки 2 на листе 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 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 40 х 30. Она усилена внизу планкой 6 с сечением 30 х 30, которая прикреплена к планке 5 шурупами и эпоксидной смолой

— 4 шт деревянных подкладок 7. Они приклеиваются (эпоксидной смолой) к планке 5. Планки 3 прикручиваются к подкладкам 7 шурупами. Нужная высота подкладок 7 обеспечивает нужную вогнутую форму листу 1 (пленке 2)

Однако существует необходимость изменять вертикальный угол ориентации усилителя 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:

— Деревянная планка 8 сечением 30 х 40 и деревянный кол 9. Они вбиты в землю.

— Пара деревянных планок 10 высотой 40 мм и шириной 20 мм. Расстояние между ними равно 30 мм – это ширина планки 8, кола 9 и планки 5. Планки 10 прикрепляются (шурупами) к планке 8 и колу 9

— Верхние края пары планок 10 соединены с планкой 5 шурупом 11, который исполняет функцию шарнира

— Планки 8 и колья 9 снабжены деревянными упорами 12 (на поверхность земли)  

— Деревянные колья 13 и 14, вбитые в землю

— Веревки 15 и 16

Увеличение вертикального угла ориентации усилителя осуществляется через следующие операции:

1) Снять один виток веревки 16 с кола 14

2) Накрутить один виток веревки 15 на кол 13

3) Зафиксировать упомянутый виток на колу 13 скобой степлера

Уменьшение вертикального угла ориентации:

1) Снять один виток веревки 15 с кола 13 (перед этим – сорвать скобу, которая его фиксирует)

2) Накрутить один виток веревки 16 на кол 14

3) Зафиксировать этот виток скобой

Ряды секций располагаются через интервал около 6 м. Существует смысл соединять по 3-6 таких рядов (это пока что не проверялось экспериментально), причем:

— Ряды соединяются веревками 17, которая фиксируется на верхушке планки 5

— Кол 13 и веревка 15 – одни на 3-6 секций разных рядов. Аналогично – кол 14 и веревка 16

— Изменение вертикального угла ориентации делается одновременно для 3-6 планок 5. Это экономит рабочее время в несколько раз

Технология наклейки пленки 2 на пенополистирол 1 аналогична описанной в «Докладе 2»  

 

2) Стоимость

Усилитель высотой 2 м и шириной 2 м требует следующих материалов (Цены – крупный опт, сентябрь 2011, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Пенополистирольные листы толщиной 3 см

4 кв. м

0,6 E / кв. м

2,4 E

Зеркальная пленка

4 кв. м

0,15 E / кв. м

0,6 E

Деревянные детали, защищенные от гниения: планка 8 (3 х 4 х 70 см), кол 9 (3 х 4 х 40), 2 шт. упоров 12 (по 2 х 3 х 10), колья 13 и 14 (по 2 х 3 х 40)

2 куб. дм

0,2 E / куб. дм

0,4 E

4 шт. деревянных планки 3 (по 2 х 4 х 210 см)

7 куб. дм

0,1 Е / куб. дм

0,7 Е

Деревянная планка 5 (3 х 4 х 180 см), ее усиление 6 (3 х 4 х 60), 4 шт. подкладок 7, 2 шт. планок 10 (по 2 х 4 х 90)

4 куб. дм

0,1 E / куб. дм

0,4 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

 

 

0,5 E

Полимерные веревки 15 и 16

8 м

0,025 E / м

0,2 E

С У М М А

 

 

5,5 E

Расход времени на секцию 4 кв. м:

1) Изготовление отражающего щита 4 кв. м (т.е. склеивание пенополистирола 1, пленки 2 и четырех планок 3) — 13 человеко-минут

2) Склеивание одной планки 5 с усилением 6 и 4 шт. подкладок 7 —  4 человеко-минуты

3) Изготовление других деталей (планка 8, кол, 9, 2 шт. планки 10, 2 шт. упоры 12, колья 13, 14, веревки 15, 16) — 4 человеко-минуты

4) Установка секции в поле и ее настройка — 12 человеко-минут

Таким образом:

— Стоимость материалов – 5,5 EUR на 4 кв. м, т.е. 1,4 EUR за кв. м отражающей поверхности

— Затраты времени — 33 человеко-минуты на 4 кв. м. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 8,3 EUR, т.е. 2,1 EUR за кв. м отражающей поверхности

— Таким образом, стоимость кв. метра отражающей поверхности усилителя – 3,5 EUR  

Перспективы снижения стоимости аналогичны описанным в «Докладе 2». 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 (с планками 5), планка 8, кол 9, планки 10,  колья 13 и 14, веревки 15 и 16. 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

                            (П Р О Д О Л Ж Е Н И Е        С Л Е Д У Е Т)