Доклад 7: Дешевый солнечный коллектор (меньше 35 EUR за кв. м), способный работать в зеркальных концентраторах

Различные фирмы продают плоские солнечные коллекторы по ценам от 120-180 EUR за кв. метр активной поверхности (польское производство) до 150-250 EUR / кв. м (Германия) (Здесь и далее – цены без НДС). Я предлагаю конструкцию коллектора, который имеет себестоимость производства в 5-8 раз меньше: сейчас около 35 EUR / кв. м, в перспективе – 20-30 EUR / кв. м. Плюс 6-8 EUR / кв. м на стоимость креплений коллектора и расходов на его установку (эти расходы у фирменных коллекторов – 20-50 EUR / кв. м) 

Мой коллектор может использоваться обычным способом, т.е. обычная неподвижная установка на юг. Однако он может работать и с некоторыми типами солнечных усилителей, например который описан в Докладе 5 (обычно их называют «параболоцилиндрический концентратор»). Солнечный усилитель – это система зеркал, которые фокусируют солнечную радиацию в зайчик высотой 5-20 см (шириной – до нескольких десятков метров) и интенсивностью, которая в 3-10 раз больше обычного солнечного света

Я изготовил экспериментальный коллектор в середине октября 2011 и эксплуатировал его с солнечным усилителем до середины декабря. Эти эксперименты проводились в г. Миргород (50 град сев. широты) 

 

1) Конструкция

Мой коллектор имеет (на рисунке – вид сбоку):

— Внешний корпус из пенополистирола. Задняя стенка 1 делается из листов толщиной 3 см. Стенки 2 и 3 – толщиной 5 см. Все склеивается полиуретановой пеной

— Внутренняя теплоизоляция из слоя 4 обычной стекловаты  (толщина 5 см) и двух кусков фольгированной стекловаты (толщина 5 см): верхнего слоя 5 и нижнего слоя 6 (это стекловата, на которую наклеена армированная алюминиевая фольга, иногда на бумажной подложке)

— Стальные трубы 7. Имеют тонкую стенку – 1 мм (я использовал четыре трубы с наружным диаметром 22 мм и внутренним – 20 мм). Оцинкованные (как минимум внутри). Наружность труб покрашена черной краской

— Прозрачная полиэтиленовая пленка 8

Коллектор использует четыре основных механизма по передаче тепла от солнца 9 к воде, которая двигается внутри труб 7:

1) 50-70 % тепла поступает в коллектор от прямого попадания солнечной радиации на стенки труб 7

2,3) Часть солнечной радиации проходит между соседними трубами (трубы располагаются не вплотную, а на расстоянии 6-10 мм), попадает на светлую поверхность стекловаты и затем идет по двум путям. Первый путь: рассеивание стекловатой и попадание рассеянного излучения на стенки труб 7. Второй путь: поглощение стекловатой, преобразование в теплоту воздуха, который достигает стенок труб 7 и передает им тепло

4) 15-25 % тепла поступает в коллектор по следующему пути. Сначала радиация от солнца попадает на алюминиевую фольгу 10, 11, которую имеют слои 5 и 6 стекловаты. Затем это излучение отражается от фольги (его часть рассеивается, а часть преобразуется в тепло) и попадает на стенки труб 7   

Коллектор имеет также:

— Проволока 12 из нержавеющей стали диаметром до 1 мм. Это очень дешевый и удобный способ крепления (подвески) труб 7: 1-2 поворота двойной проволоки рукой и труба подвешена надежно и на нужном расстоянии от других труб с точностью до миллиметра. Кроме этого, трубы 7 могут устанавливаться в коллектор не на заводе, а уже в поле (после закрепления коллекторов на земле и до установки пленки 8). Проволока 12  удерживается на стенке 2 стальным стержнем 13 диаметром 7-10 мм и длиной 5-8 см. Интервал между соседними такими подвязками – до 2 метров.

— Треугольник 14 из пенополистирола. Он усиливает опору стенки 2 на стенку 1

— Деревянные планки 15 и 16 (сечение 20 х 30). Пленка 8 крепится на них скобами строительного степлера с интервалом скоб 30-50 см. Кроме этого, планки увеличивают жесткость пенополистирольного корпуса и участвуют в креплении коллектора на земле. Планки крепятся на пенополистирол полиуретановой пеной

— Скобы 17 из тонкой проволоки (я делал их разгибанием канцелярских скрепок калибра «28 мм») в форме латинской буквы «С». Они фиксируют край фольги 10, 11 на расстоянии 50 мм от стенок 2 и 3. Интервал их установки – 15-25 см (Втыкаются в пенополистирол)

— Алюминиевая фольга 18 и 19 (я использовал толщину 14 мкм). Если коллектор используется обычным способом (т.е. без усилителя), то фольга 18 и 19 не нужна. Еще некоторые особенности коллекторов для обычного способа (без усилителей): стенка 2 имеет минимальную длину, а наклон пленки 8 достигает 20-50 град к вертикали 

Следующий рисунок показывает крепление коллектора на земле (все планки имеют сечение 20 х 30):

— планка 20 вбивается в землю и прикручивается к планкам 15 и 16 шурупами (сторона «30 мм» параллельна плоскости рисунка)

— планка 21 – это упор планки 20 на землю

— кол 22

— планка 23 (она прикручивается шурупами к колу 22 и планке 20)

Интервал таких креплений – порядка 2 м. Эксплуатация показала высокую надежность и жесткость этого крепления. Вертикальный угол коллектора корректируется прикручиванием кола 22 в другом месте планки 23

Гидравлическое соединение (коллектор с другим коллектором или коллектор с трубами подвода-отвода воды) делается по следующим принципам:

— концы труб 7 снабжаются черными резиновыми шлангами (ПВХ-шланг использовать нельзя). Эти шланги выдерживают высокую температуру и могут выполнять функцию труб 7, т.е. хорошо поглощают радиацию 

— шланг надевается на трубу на 1,5-3 см и фиксируется одним или двумя стальными хомутами. Если хомут один, то протекания возможны при давлении выше 0,5-1 бар. Два хомута гарантируют высокую надежность соединения

 

2) Стоимость

Коллектор с активной площадью 1,02 кв. метра (его ширина 6 метров; его активная высота 17 см; это расстояние между фольгами 10 и 11 около пленки 8) требует следующих материалов, считая крепления на земле и гидравлическое соединение (Цены – средний опт, декабрь 2011, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Трубы 7 (оцинкованная, наружный D = 22 мм, стенка = 1 мм), 4 шт х 6 м х 0,52 кг / м

12,5 кг

0,7 Е / кг

8,8 Е

Черная краска для труб 7 (1,7 кв. м поверхности покраски)

0,4 кг

1,5 Е / кг

0,6 Е

4 шт. комплектов «резиновый шланг 10 см + 2 хомута»

4 шт.

0,25 Е

1,0 Е

Пенополистирольные листы толщиной 3 см (для стенки 1)

1,6 кв. м

0,6 E / кв. м

1,0 E

Пенополистирольные листы толщиной 5 см (для стенок 2,3 и треугольника 14)

1,9 кв. м

1,0 E / кв. м

1,9 E

Обычная стекловата 4

1,1 кв. м

0,5 Е / кв. м

0,6 Е

Фольгированная стекловата 5,6

1,2 кв. м

1,2 Е / кв. м

1,4 Е

Пленка 8 (ширина 75 см)

4,5 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,7 Е

Фольга 18, 19

1,1 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,2 Е

Деревянные планки 15, 16 (сечение 20х30)

12 м

0,06 E / м

0,7 E

4 шт. комплектов планок 20-23 (сечение 20 х 30)

8 м

0,06 E / м

0,5 E

Полиуретановая пена, проволока 12,  стержни 13, скобы 17, шурупы для планок 20-23, клей для фольги 18, 19

 

 

1,2 E

С У М М А

 

 

18,6 E

Расход времени на изготовление коллектора (без установки труб 7 и пленки 8) – 61 человеко-минута, если имеются несколько самодельных приспособлений

Расход времени на изготовление планок 20-23, их установку на землю,  установку коллектора на них, установку и гидравлическое соединение труб 7, на установку пленки 8 – 40 человеко-минут

Таким образом:

— Стоимость материалов – 18,6 EUR на коллектор, т.е. 18,2 EUR за кв. м активной поверхности

— Затраты времени (61 мин + 40 мин =) 101 человеко-минута на коллектор. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 25,3 EUR, т.е. 24,8 EUR за кв. м активной поверхности

— Таким образом, стоимость кв. метра активной поверхности коллектора (включая крепление и установку) – 43 EUR (= 18,2 EUR + 24,8 EUR)

Очевидно, что коллектор требует следующего периодического обслуживания:

— Смена пленки 8 (раз в 1-3 года): старая пленка срезается ножом или срывается, и новая пленка крепится на планки 15, 16 строительным степлером

— Смена пленки 8 + смена фольги 18, 19: старая фольга срывается и клеится новая (на «жидкие гвозди»)

— Смена пленки 8 + наклейка алюминиевой фольги на фольги 10, 11

— Смена пленки 8 + покраска труб 7 черной краской + наклейка фольги на фольги 10, 11 + смена фольги 18, 19

 

3) Свойства

Мой коллектор имел активную ширину 4,3 метра и высоту 17 см. Работал 2 месяца в усилителе под солнечной радиацией до 4-5 квт / кв. м в среднем и до 5-8 квт / кв. м в отдельных точках (для сравнения: обычная радиация от солнца – 0,6-0,9 квт / кв. м)

Максимальная производительность коллектора была 23 октября 2011 с 12.34 до 12.48 по летнему киевскому времени: он нагрел 55,1 литр воды за 14 минут с +55,7 град до +65,8 град. Это есть мощность нагрева – 2782 вт, т.е. 3806 вт / кв. м активной поверхности коллектора. При температуре окружающего воздуха +10 град   

Другие важные события 2-месячной эксплуатации коллектора:

1) Я устанавливал белую полимерную пленку между трубами 7 и слоем 4 (магазины называют ее «агроткань»; она похожа на очень дешевый вспененный полиэтилен). Во-первых, эта пленка защищала трубы 7 от волосков стекловаты 4. Во-вторых, эта пленка имеет более низкий коэффициент поглощения радиации, чем стекловата    

2) В середине октября я сделал перегрев коллектора сразу после гидравлических испытаний до установки пленки 8: я оставил коллектор в усилителе без воды больше чем на 30 минут во время полуденного солнца (Работа без пленки 8 – это очень небольшой перегрев). Единственный результат перегрева – это нарушение гидравлического соединения резиновых шлангов с трубами 7. Я исправил это подтяжкой хомутов на шлангах. Интересно заметить, что в декабре я разобрал коллектор и обнаружил, что резиновые шланги надежно приварились к стальным трубам как минимум на 80 % площади контакта

3) В середине ноября я (случайно) сделал еще один перегрев коллектора, однако уже с пленкой 8: я оставил коллектор без воды на 5-10 минут. Единственный результат перегрева – полностью расплавилась (исчезла) пленка, упомянутая в п.1  

4) Я потратил очень много времени на решение следующей проблемы. Солнечный зайчик усилителя падал на торцы стенок 2, 3 (а также попадал в промежутки между стенками 2, 3 и слоями 5, 6) и плавил их пенополистирол. Эта проблема оказалась решена только использованием фольги 18, 19. Во-первых, фольга имеет очень низкий коэффициент поглощения радиации. Во-вторых, она передает тепло на более холодные свои участки, которые его рассеивают (поэтому более толстая фольга – это хорошо) 

5) Дождевые потоки нужно отвести от внутренности коллектора. Поэтому пленка 8 крепится (скобами) на планке 15 сзади, а на планке 16 – снизу. Кроме этого, планка 16 выступает вниз, чтобы нижняя часть пленки 8 не образовала сток внутрь коллектора

6) Пленка 8 может запотевать изнутри коллектора. Эти запотевания могут уменьшаться или исчезать под сильной радиацией усилителя. Однако это не всегда. Я решил эту проблему только в январе на моем новом коллекторе (я опишу его в последующих докладах): сейчас пленка 8 неплотно прилегает снизу и дает нужный уровень вентиляции. Хотя я мог попробовать сделать вентиляцию посредством порезов пленки 8

Доклад 7: Дешевый солнечный коллектор (меньше 35 EUR за кв. м), способный работать в зеркальных концентраторах: 1 комментарий

  1. Добрый день. У меня к Вам просьба. Сколько таких коллекторов с усилителем и без усилителя примерно нужно для поддержки температуры 60 градусов воды в жылом доме 100 кв.м. Ночью я отапливаю электричеством трехтарифным у меня водяное отопление. С уважением Владимир.

Обсуждение закрыто.