Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 7)

11) Приложение 2: Более простой вариант вертикальных перестроек концентратора:

Основные отличия от варианта перестроек из Главы 2:

— Теперь коллектор имеет только одну позицию, т.е. он не меняет свое положение и витки веревки 25 на колах 26, 27 закрепляются хорошо и надолго (до настройки концентратора или замены колов 26, 27). Сечение кола 26 получает право быть любым

— Теперь мы не используем и второй механизм перестроек – количество витков веревки 19 на южном колу 21. Сечение кола 21 получает право быть любым. Теперь используется только один механизм из трех – количество витков веревки 19 южной трубе 23 

— Количество позиций концентратора уменьшается с 6 шт. до 4 шт. Количество смен позиций – 6 шт. за 7 месяцев сезона (а не 9 шт.)

— Диаметр трубки 23 – теперь 19 мм (а не 15 мм). Один виток на трубку 23 тянет веревку 19 на 7,3 см, т.е. в 1,22 раз больше: сдвиг рычага 9 увеличивается от 2,3-2,7 град до 2,8-3,3 град, а интервал вертикальных углов солнца одной позиции увеличивается от 5,0 град до 6,1 град

— Из-за этого увеличивается рекомендуемая высота коллектора на 2-3 см (до 22-28 см) 

— Теперь (как и раньше) солнечный зайчик в марте-апреле очень высокий, поскольку фокус зеркал будет располагаться далеко (12,0 см) перед стеклом коллектора. Это используется для попадания зайчика на коллектор в апреле. Кроме этого, сейчас солнечный зайчик имеет большую высоту в ноябре-январе (фокус 7,1 см за стеклом); это используется для попадания зайчика на коллектор в декабре  

Итак, следующие 4 позиции теперь (рычаг 16 имеет постоянный вертикальный угол «-16,4 град»):

№ по-зиции

На трубе 23

Вертикальный угол рычага 9

Оптимальный угол солнца

 т.е. осенью

т.е. весной

1

3 витка

24,3 град

21,0 град

23 ноябрь

17 янв

2

2 витка

27,1 град

26,6 град

30 октябрь

10 февр

3

1 виток

30,1 град

32,6 град

15 октябрь

26 февр

4

0

33,4 град

39,2 град

24 сентябрь

18 март

6 шт. периодов работы концентратора с 1 октября до 20 апреля (это отопительный сезон для г.Миргород – 50 град сев. широты):

Пози-ция

Период работы в этой позиции

Угол солнца в этот период

Угол солнца точного попадания

Где фокус зеркал? (по стеклу коллектора)

1

3

1 октябрь – 21 октябрь

38,0 > 29,6

32,6

5,2 см перед стеклом

2

2

22 октябрь – 8 ноябрь

29,6 > 23,8

26,6

1,0 см за стеклом

3

1

9 ноябрь – 31 январь

23,8 > 18,0 > 23,8

21,0

7,1 см за стеклом

4

2

1 февраль – 16 февраль

23,8 > 29,6

26,6

1,0 см за стеклом

5

3

17 февраль – 6 март

29,6 > 35,9

32,6

5,2 см перед стеклом

6

4

7 март – 20 апрель

35,9 > 51,3

39,2

12,0 см перед стеклом

Таким образом, концентратор требует следующие 6 шт. переходов:

№ пере-хода

Пози-ции

Операции перехода

Желательная дата этих операций

Человеко-время на эти операции

1

3 > 2

«+виток на трубу 23»

22 октябрь

11 сек

2

2 > 1

«+виток на трубу 23»

9 ноябрь

11 сек

3

1 > 2

«-виток с трубы 23»

1 февраль

8 сек

4

2 > 3

«-виток с трубы 23 и порядок на севере»

17 февраль

16 сек

5

3 > 4

«-виток с трубы 23»

7 март

8 сек

6

4 > 3

«+виток на трубу 23»

5-25 апреля

11 сек

 

 

И Т О Г О (время на все операции)

 

1 мин 05 сек

Новая операция «-виток с трубы 23 и порядок на севере»: сначала человек идет по ряду южных труб 23 и снимает виток с них (4 сек). Затем человек идет по ряду северных колов 22, снимает все витки с прута 24, надевает максимум витков на кол 22, ставит «скобу последнего витка» на него и надевает максимум витков на прут 24 (12 сек). Итого – 16 сек на секцию

 

12) Приложение 3: Сельское хозяйство на поле концентраторов:

Существует большое заблуждение, что концентраторы делают невозможным растениеводство и исключают землю из сельского хозяйства. Это совсем не так. Кроме этого, концентраторы 4-го типа летом не работают и дают новые возможности для выращивания растений или кормления животных. Несколько пунктов на эту тему (летом концентраторы могут стоять с зеркалами, однако экономическая целесообразность предлагает снять зеркала (но оставить листы 6) в апреле и установить их в октябре снова – см. Доклад 10):

1) Концентраторы исключают «метод большого поля» для растениеводства, однако оставляют возможность выращивать растения по полосам. Полосы идут в направлении восток-запад, и земля между двумя соседними рядами концентраторов делится на три полосы (эти полосы могут использоваться для разных растений):

А) «Северная полоса» начинается от линии колов 12 и идет на север до 3 м. Согласно Приложению 2 концентратор имеет вертикальный угол 30,1 град с апреля до октября. Тень от листов 6 для г. Миргорода в полдень мая-июля – 2,9 м на север от колов 12. Однако тень отсутствует утром, она отсутствует вечером, рассеянная солнечная радиация присутствует полностью. Кроме этого, солнечный свет полностью проходит через щель между нижним и верхним листами 6; эта щель имеет высоту около 50 см, и коллектор 4 не закрывает ее летом. Таким образом, «северная полоса» получает около 60 % обычного солнца. Еще одна особенность «северной полосы»: она имеет кол 22 с веревкой 19 (я устанавливал его на 2,5 м от кола 12) и кол 26 с веревкой 25 (мои колы 26 были на 3,2 м от кола 12)       

Б) «Центральная полоса» идет в промежутке между колами 22, 26 на юге полосы и колами 21, 27 на севере полосы. Ее ширина для г. Миргорода – 2-3 м. «Центральная полоса» получает 100 % солнца и является свободной для проезда техники 

В) «Южная полоса» отличается от «центральной» наличием веревок 19, 25 и колов 21, 27 (я устанавливал их на 3,2 м от колов 12)

Ширина этих полос была указана для г. Миргород (и других мест с сев. широтой 50 град). Интервал между рядами уменьшается при уменьшении «сев. широты». Следствие этого – уменьшение «центральной полосы» и небольшое уменьшение «северной» полосы. Однако увеличение «сев. широты» увеличивает ширину «центральной полосы» очень заметно

2) «Южная» и «северная» полосы требуют специальной техники для обработки прямоугольников между соседними веревками 19, 25: плуг, культиватор, коса, различные комбайны, др. Колеса могут ехать по «центральной полосе». Некоторая техника (сеялка, внесение твердых и жидких удобрений, гербицидов, др.) может быть обычной, но оборудование должно быть на высоте больше 2 м (чтобы не зацепить веревки 19, 25 или концентраторы). Хотя не исключено, что северная и южная полосы будут целесообразными только для овощей и ягод, которые не требуют техники 

3) «Центральная полоса» требует специальной техники для обработки узких полос земли шириной до 5 метров (культиваторы, комбайны, др.). Однако севернее 55 град сев. широты «центральная полоса» имеет ширину 5 метров и больше. Кроме этого, на любой «сев. широте» расстояние между рядами концентраторов может быть увеличено до больше10 метров, чтобы дать «центральной полосе» ширину 5-10 метров для обычной техники

4) «Северная полоса» может быть использована для растений, которые не любят солнце или имеют нейтральную реакцию на него. В центральной Европе это огурцы, капуста, картофель, свекла и т.п. Плюс малина, лесная земляника, черника и т. п. Круг возможных растений «северной полосы» для юга Европы является более широким; это, в том числе, обычные растения центральной Европы, которые получают право жить в жарком солнечном климате под защитой тени

Растения «северной полосы» будут получать мягкую радиацию утреннего и вечернего солнца (и рассеянную радиацию) и не будут получать жесткую радиацию дневного солнца. Причем эта тень может оказаться более безвредной чем деревья и кусты, которые привлекают разных вредителей, например, майского жука (я не видел его на своих концентраторах, в отличие от соседних деревъев)

Солнечный свет через щель между листами 6 может оказаться вредным для этого случая. Эта радиация освещает на земле полосу шириной 50-70 см. Эта полоса стоит почти на одном месте 4-6 часов около полудня. Между полуднем и вечером эта полоса двигается на север (между утром и полуднем – на юг). Щель между листами 6 может быть закрыта, например непрозрачной длинной пленкой высотой 50-80 см; она крепится скобами степлера на северной стороне нижней планки 8 нижнего листа 6. Закрыть щель одной секции – это 0,18 EUR (0,1 EUR стоимость пленки типа «агроволокно» или тонкого полиэтилена + 15 секунд на ее установку + 5 секунд на ее уборку). Это на 6 кв. метров северной полосы одной секции. Это 300 EUR за гектар северной полосы. Это если пленка будет жить только 1-2 месяца 

5) Тень может быть удалена с «северной полосы». Эта цель требует перевести концентратор с северного угла 30,1 град на южный угол 30 град (чтобы его листы 6 оказались параллельными лучам солнца с вертикальным углом 60 град над горизонтом). Это действие требует затрат времени 71 секунда на одну секцию: сначала человек идет по северной стороне ряда и снимает все витки с прутов 24 и по 4-5 витков с колов 22 (10 сек). Затем он 4 раза проходит по южной стороне ряда, надевая по одному витку на колы 21 (4 х 8 сек). После 4-го витка концентраторы оказываются перекинутыми на южную сторону и натягивают северные части веревок 19. Затем человек выравнивает ряд концентраторов, т.е. он идет по северной стороне и снимает виток веревки 19 с некоторых колов 22 (6 сек). Затем человек снимает по одному витку с колов 22 (и ставит «скобу последнего витка» на них), и концентраторы оказываются в нужном положении южного угла 30 градусов (9 сек). Затем человек идет по южной стороне, надевает максимум витков на кол 21, затем «скоба последнего витка» на него и максимум витков на трубу 23 (14 сек)      

Этот метод требует изменений конструкции концентратора: длина веревки 19 увеличивается до 12 м, а низ рычага 16 получает другую конструкции, чтобы не упираться в низ листа 6

Если зеркала не были удалены из концентратора, то их зайчик сожжет все растения до 0,5-1 м на юг от колов 12. Это можно было бы устранить, если увеличить южный угол концентраторов на 10-20 градусов. Однако листы 6 уже уперлись в крепления коллектора 4

Итак, мы тратим 71 секунду на одну секцию. Это 0,30 EUR за 6 кв. метров «северной полосы». Это 500 EUR за гектар северной полосы. Плюс аналогичные потери, чтобы в октябре вернуть концентраторы с южного угла 30 град на северный угол 30,1 град. Я думаю, что цена 1000 EUR за гектар делает эту операцию нерентабельной

6) Однако, эта операция может оказаться рентабельной, если «северная полоса» выращивает культуру, которая требует тени в конце сезона. Например, клубника требует тени после сбора урожая в июне. Иначе солнце уничтожает ее, плюс большие расходы на полив для противостояния этому, плюс интенсивные сорняки и жучки из-за обилия солнца и воды. Таким образом, мы выращиваем клубнику в северной полосе, в апреле мы убираем тень с нее (500 EUR расходов), в июне убираем урожай и в начале июля возвращаем концентраторы на северный угол 30,1 град (еще 500 EUR расходов). Другой пример – огурцы: май-июнь они без тени, а в начале июля мы даем им тень и собираем урожай

7) Аномальная жара (40 град воздуха для Миргорода) приходит раз в 3-5 год. Она уничтожает плоды, когда нагревает их до 60-70 градусов (это делается прямым попаданием солнечной радиации на плод и нагревом темной земли солнцем). Я видел это на своих арбузах и картофеле. Поэтому существует следующая идея. Мы выращиваем культуру в «северной полосе» и в апреле убираем тень с нее. Если аномальная жара не приходит, то в октябре мы возвращаем концентраторы на северные 30,1 град. Если приходит аномальная жара (или появляется ее прогноз), то мы быстро переводим концентраторы на северные 30,1 град. Причем мы имеем возможность опять убрать тень до конца сезона. Таким образом, спасение одного урожая за 5 лет имеет цену 5 тысяч EUR за гектар. Еще один случай «аварийной тени» — это засуха в случае, если использование воды против засухи может быть ограничено из-за уничтожения плодов водой (например, виноград), появления болезней (например, фитофтора на помидорах) или вредителей. Другие возможные случаи для «аварийной тени» — появление некоторых болезней, вредителей, сорняков     

8) Это п.7, только наоборот. Предположим, что мы выращиваем огурцы в «северной зоне» под тенью концентраторов. Если лето оказалось обычным, то ничего не происходит: концентраторы все лето стоят на северном углу 30,1 град. Однако если июль оказался аномально холодным или несолнечным (или огурцы заразились мучнистой росой), то мы быстро удаляем тень над огурцами и вернем концентраторы назад в августе. Цена спасения урожая – 1000 EUR за гектар. Этот метод может быть использован на любой культуре «северной полосы»   

9) Тень над «северной полосой» может иметь несколько циклов удаления-возвращения. Цена каждого цикла – около 1000 EUR на гектар. Это может использоваться для компенсации аномалий погоды и длительных солнечных периодов, для управления уровнем сахара и щелочи в плодах, борьбы с болезнями и вредителями. Случаи экономической целесообразности могут быть найдены. Например, некоторые сорта вина требуют определенного уровня сахара в винограде (ни больше ни меньше)

10) Если концентратор остался с зеркалами летом, то он создает солнечный зайчик, который падает на растения трех полос. Концентратор на северном угле 30,1 град дает небольшой зайчик на южной полосе и очень слабую радиацию на центральную полосу. Однако вертикальная перестройка концентратора на углы 10-25 град усиливает зайчик и перемещает его по трем полосам. Существует идея использовать этот зайчик для увеличения потока солнечной радиации на растения. Существуют гипотезы, что это увеличивает  урожай, улучшает качество плодов (в том числе увеличивает уровень сахара и щелочи), делает урожай более ранним, уничтожает болезни и вредителей, компенсирует аномально холодное лето и несолнечные периоды и др. Сейчас я делаю такие эксперименты на своей даче; сейчас с клубникой и помидорами, потом – дыни, арбузы, паприка, виноград. Результаты этих экспериментов я опишу в будущих докладах

Ввести зайчик в действие – это изменить угол рычага 9 с 30,1 град до 10-25 град. Это – несколько витков на трубку 23 (и может быть один виток на кол 21). Затраты времени – 10-25 секунд на секцию концентраторов. Это 0,04- 0,10 EUR на 4-8 кв. метров земли под зайчиком. Это около 100 EUR за гектар. Каждый перевод зайчика на другое расстояние от концентраторов – по 50 EUR за гектар. Плюс еще 100 EUR / гектар – возвращение концентраторов на угол 30,1 град. Итого, около 300 EUR в год за гектар . Если зайчики используются для 2-4 растений за сезон (например, май-июнь – клубника, плюс перевод зайчика на июльские помидоры, затем перевод на арбузы в августе, затем – на виноград в сентябре), то эти расходы делятся на 2-4 гектара

11) Концентраторы являются хорошим штативом для полива путем разбрызгивания воды. Разбрызгиватели закрепляются на рычаге 9 или верхней планке 8 верхнего листа 6. Они оказываются на высоте 2 м над серединой «северной полосы». Мой опыт работы на огороде подтверждает, что это очень важное свойство. Такие разбрызгиватели могут работать с очень небольшим потоком воды и требуют давления порядка 1 м водного столба (обычные системы полива требуют давление в 5-20 раз больше и большой поток воды). Это есть экономия на стоимости разбрызгивателей (по Миргородскому базару – в 2 раза дешевле), потреблении электроэнергии, мощности насосов и сечении труб. Шланги подвода воды могут быть закреплены на планках 8 вдоль ряда концентраторов 

Кроме этого, летом работа отсутствует на двух широких трубах (и их насосах), которые дают (и забирают) воду до коллекторов 4. Эти трубы могут быть использованы для подачи воды полива в шланги рядов: кран перекрывает подачу воды в коллекторы 4, а гибкий шланг соединяет эти трубы с шлангом рядов

12)  Поле с концентраторами – это лучше, чем луг. Трава (природная или многолетние кормовые травы) растет одинаково в обоих местах, однако поле концентраторов имеет три преимущества. Во-первых, оно имеет много удобной тени от концентраторов, где коровы, телята, овцы, ягнята, козы могут отдыхать. Во-вторых, луг требует расходов на ограду, а поле концентраторов уже имеет охранное ограждение. В-третьих, животные могут укрыться под концентраторами от дождя и южного ветра. Недостаток: круг животных ограничен теми, которые не будут ломать планки 8 и листы 6, и не будут рвать веревки 19, 25

Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 6)

9) Утилизация концентратора и ее отрицательная стоимость:

Метод удаления старых концентраторов поля (После удаления коллекторов. Поэтому северные концы веревок 25 отделены от северных колов 26, а рычаги 16 лежат на земле в сторону юга):

1) Два человека берут короткую бензопилу и идут с северной стороны ряда. Один пилит по 6 шт. планок 8 с каждой стороны рычага 9. Другой помогает щитам (с зеркалами: они наклеены на южную сторону листов 6) падать на землю

2 х 20 сек на 2 щита секции

2) Грузовик идет по проходу между рядами, а люди бросают щиты в его кузов. Эти щиты (с зеркалами) отвозятся на завод для обработки

25 сек на 2 щита секции

3) Два человека с короткой бензопилой: один пилит верх рычага 9 (отделяет его от веревки 19), другой помогает рычагу 9 падать на землю

2 х 15 сек на секцию

4) Человек с короткой бензопилой режет верх рычага 16 (отделяет его от веревки 25). Затем он режет низ рычага 16. Затем он режет низ рычага 9

20 сек на секцию

5) Грузовик идет по проходу, а люди бросают рычаги 9 на одну сторону кузова и рычаги 16 на другую сторону кузова

10 сек / секция

6) Трубки 23 и пруты 24 вынимаются из земли

20 сек / секция

7) Человек берет бензопилу с приспособлением (чтобы резать дерево почти на уровне земли) и режет максимально низко: северные колы 22, 26, пару колов 12, южные колы 21, 27

30 сек / секция

8) Люди собирают на две кучи. В первой – надземная часть колов 12 (с низом рычагов 9 и 16). Во второй – веревка 19 (с надземными частями колов 21, 22 и верхом рычага 9) и веревка 25 (с надземной частью кола 27 и верхом рычага 16)

30 сек / секция

  И  Т  О  Г  О  (расходы удаления одной секции)

3 мин 25 сек = 0,85 EUR

Цель обработки щитов на заводе – отделить деревянные планки 8 от листов 6, от клея к ним и от зеркал. Эта цель легко автоматизируется (например, нагрев в печи до 160-250 град или вращающийся барабан с металлическими шариками или без них). Далее обработка по технологии «печь»:

1) 8,6 кг щитов: транспортировка щитов с поля на завод. В грузовике с 1 т щитов и дорогой 2 х 5 км

0,17 EUR

2) 8,6 кг щитов: разгрузить на складе + перевезти из склада до печи + загрузить в печь

30 сек = 0,13 EUR

3) 4,8 кг дерево + 3,8 кг полимеры: 1,7 квт-час тепла для нагрева с 20 град до 200 град с КПД 50 %

0,05 EUR

4) 4,8 кг дерево: выгрузить из печи в воду + вытянуть из воды + отвезти на склад

15 сек = 0,06 EUR

  И  Т  О  Г  О  (расходы обработки щитов одной секции)

0,41 EUR

Доходы от утилизации одной секции (продажа вторичного сырья):

 

Кол-во

Цена

Итого

Сухие дрова: рычаги 16

1,0 кг

50 Е / тонна

(без доставки)

0,05 Е

Сухие дрова (с шурупами): рычаги 9 с краями планок 8

4,3 кг

40 Е / тонна

(без доставки)

0,17 Е

Сухие дрова (с шурупами, 80 % дуб): верх колов 12 и низ рычагов 9,16

1,0 кг

50 Е / тонна

(без доставки и погрузки)

0,05 Е

Дрова для пиролизных котлов: планки 8 с остатками полимеров

4,8 кг

40 Е / тонна

0,19 Е

Сырье для пиролиза или полукоксования (с шурупами и скобами степлера): полимерные веревки 19 и 25 (25 % веса) с верхом рычагов 9, 16 и верхом колов 21, 22, 27

0,7 кг

30 Е / тонна

(без доставки и погрузки)

0,02 Е

Металлолом (трубки 23 и пруты 24)

0,45 кг

0,24 Е / кг

0,11 Е

Куски пенополистирола листов 6, пенополистирола зеркал, полимерных клеев и полимерной пленки (8 % веса)

3,8 кг

0,2 Е / кг

0,76 Е

 И Т О Г О   (доходы утилизации одной секции)

 

 

1,35 EUR

Таким образом:

— Расходы утилизации секции – 1,26 EUR (= 0,85 + 0,41)

— Прибыль утилизации секции – 0,09 EUR (= 1,35 – 1,26). Это 0,02 EUR на кв. метр зеркала (0,5 % стоимости нового концентратора)

Остаток после утилизации:

— Подземные части колов 21, 22, 26, 27 остаются в земле. Они сгниют через несколько лет

— Надземные части колов 26 разбросаны по полю

— Подземные части пары колов 12 остаются в земле. Они будут гнить долго (несколько десятков лет). Может быть, машинное удаление колов из земли  

 

10) Приложение 1: Вариант технологии изготовления и установки концентратора

Завод: изготовление щитов (т.е. 2 шт. конструкций «лист 6 + 3 шт. планок 8»):

1) Планки 8: заказ сосновых заготовок 20 х 30 х 2050 и 20 х 40 х 2050, их осмотр и отбраковка заготовок с сучками и очень неровных. Затем положить заготовки на ровном столе и отбраковка заготовок, которые плохо прижимаются к ровной поверхности. Затем сортировка (по типу неровностей планки) заготовок сечения 20 х 30 на «пригодные к верхнему положению на щите», «пригодные к нижнему положению» и «непригодные». Плюс отбраковка заготовок 20 х 40, которые непригодные для «среднего положения». Все отбраковки – это до 20-50 % заготовок; они будут использованы для других моделей концентраторов   

2) Просверлить 12 шт. отверстий на обоих краях всех планок 8 под шурупы для соединения с рычагом 9. Плюс вкрутить 8 шт. шурупов: в планки «средняя» и «верхняя» нижнего щита и в планки «средняя» и «верхняя» верхнего щита 

3) Пропитка планок 8

4) Планки 8 клеятся на листы 6 (плюс ожидание высыхания клея под грузами)

5) Подъехать на тележке, снять грузы с заготовки щита, положить щит на тележку и поехать к следующей заготовке. Затем отвезти все на склад 

Завод: изготовление рычага 9 (т.е. планка 10 + 2 шт. планок 11 + 2 шт. брусков 18 + 6 шт. подкладок 17)

1) Планки 10 и 11: заказ сосновых заготовок 1500 х 50 х 40 и 1000 х 50 х 30. Плюс осмотр и отбраковка заготовок с сучками. Бруски 18: они режутся от доски сечения 40 х 50. 2 шт. подкладок 17 режутся из доски 40 х 50. Толщина остальных 4 шт. подкладок будет подбираться: поэтому их заготовки режутся из досок разной высоты: от 30 х 50 до 50 х 50

2) Пропитки всех этих деталей

3) Верхняя планка 11: просверлить 2 шт. отверстий 20 под веревку 19. Нижняя планка 11: просверлить отверстие под шуруп 14

4) Положить в «1-й шаблон» планку 10 и две планки 11. Затем соединить их через 6 шт. шурупов (с сверлением отверстий под эти шурупы)

5) Переложить заготовку в «2-й шаблон», вложить (в «шаблон») 2 шт. брусков 18 и 2 шт. подкладок 17 сечения 40 х 50 (под планки 8 типа «средняя»). Затем 2 х 2 шт. шурупов (с сверлением отверстий) для установки брусков 18, 2 х 2 шт. шурупов (с отверстиями) для установки двух упомянутых подкладок 17 и шуруп 28 (с отверстием)

6) Переложить заготовку в «3-й шаблон». Подобрать высоты 4 шт. остальных подкладок 17 (по «упорам» в «шаблоне») и вложить их в «шаблон», зажав заготовку между этими «упорами» (Операция подбора компенсирует изгибы планок 10, 11, которые  достигали «плюс-минус 15 мм» на моих рычагах 9). Затем 4 х 2 шт. шурупов (с отверстиями) для установки этих подкладок 17

7) Вытянуть заготовку из «шаблона» и положить ее в тележку. Затем она будет увезена на склад

Завод: изготовление других деталей:

1) 2 шт. колов 12: заказ дубовых заготовок от 30 х 40 х 450 (для секций того края ряда, который имеет минимальную высоту над землей) до 30 х 60 х 750 (для высокого края ряда), заточить (острие кола), пропитки и защита поверхности. Для половины колов: просверлить отверстие под шуруп 14  

2) Упор 15: отрезать от планки сечения 30 х 40. Затем пропитка

3) Кол 21: сосновая заготовка 30 х 42 х 600, заточить острие, пропитки

4) Кол 22: сосновая заготовка 30 х 40 х 500, заточить острие, пропитки

5) Кол 26: сосновая заготовка 25 х 34 х 450, заточить острие, пропитки

6) Кол 27: сосновая заготовка 20 х 30 х 400, заточить острие, пропитки

7) Рычаг 16: заказ сосновой заготовки 1750 х 40 х 30, осмотр и отбраковка заготовок с сучками, пропитка, отверстие под шуруп 14, отверстие под веревку 25

8) Трубка 23: отрезать от стальной трубы 15 х 1,5, затем наружная фаска на верхнем торце и покраска через окунание 

9) Прут 24: отрезать от ровного стального прута диаметром 8 мм, фаска на верхнем торце

10) Веревки 19 (по 10 м): человек накручивает бухту веревки на два столба на расстоянии 10 м. Все веревки режутся в 1 м от первого столба (высокой температурой). Человек выливает краску (быстросохнущую) на все веревки около второго столба (Это отметка деления веревки на стороны 4 м и 6 м) и отмечает длинную сторону веревок (выливает краску другого цвета). Затем 40-60 кг веревок кладутся (с изломом на месте «2-го столба») на носилки длиной 6 м. Эти носилки везутся на склад (и они будут отвезены на поле)    

11) Веревки 26: аналогично веревкам 19, но длина веревок – 8 м, веревки делятся на 5,5 м + 2,5 м, носилки имеют длину 5,5 м   

Транспортировка деталей на поле делается тогда, когда поле пустое. Перед этим – предварительная разметка будущих рядов концентраторов и отметка (флажками) мест разгрузки щитов и других деталей концентратора. Транспортировка делается двумя грузовиками

Первый грузовик перевозит только щиты. Рабочие грузят щиты (на складе завода) руками и ставят их вертикально в два ряда вдоль кузова. Природный интервал щита около 7 см, т.е. 15 м длины кузова – это 428 шт. щитов (для 214 шт. секций). Это вес 1,6 тонн. Грузовик едет по земле «поля» и щиты разгружаются (это делают «рабочие с поля») через интервал 15 метров по 28 шт. щитов (для по 7 секций двух соседних рядов)

Второй грузовик перевозит остальные детали концентраторов: 9,3 кг деревянных деталей, 0,53 кг стальные прутов 23, 24 и 0,15 кг веревок на упомянутых носилках. Груз 5 тонн – это детали для 500 шт. секций. Деревянные детали разгружаются на «площадках щитов» и кладутся сверху щитов, чтобы ветер их не унес. Стальные детали и носилки с веревками кладутся отдельно

Установка концентратора на поле:

1) Установка лазера, который фиксирует ряд колов 12. Кроме этого лазер фиксирует перепад высот 20-30 см (по водному уровню) между краями ряда. Пары колов 12 забиваются друг за другом в направлении лазера. Человек использует «шаблон», который удерживает колы 12 и цепляется за предыдущие колы 12, чтобы получить интервал установки рычагов 9 с точностью до 1-2 см. Человек ставит этот «шаблон» на землю (по лазерному лучу), вкладывает первый кол 12 (без отверстия под шуруп 14) в него, ставит крышку на верх кола (чтобы кол не треснул от ударов), удары кувалдой (кол забит на высоту по лазерному лучу), вкладывает  второй кол 12 (с отверстием под шуруп 14), крышка переставляется на него, удары кувалдой (кол забит на нужную высоту по лазерному лучу), снимает крышку и «шаблон», идет дальше

2) Человек идет с дрелью и сверлит отверстие под шуруп 14 в первом колу 12 (через отверстие второго кола 12). Затем человек идет и вкручивает шурупы 14 (только в один кол 12). Затем человек устанавливает упоры 15 (по одному шурупу через каждый кол 12) 

3) Установка лазера, который фиксирует ряд южных колов 21. Человек идет в сторону лазера, ставит «шаблон» на лазерный луч и вкладывает в «шаблон»: кол 21, кол 27, трубку 23. Удары кувалдой и человек идет дальше

4) Аналогично: установить лазер на ряд северных колов 22 и забить кол 22, кол 26 и прут 24

5) Рычаги 9: два человека берут рычаг 9, вставляют его между колов 12 (рычаг 9 лежит в сторону юга) и докручивают шуруп 14 через отверстие в рычаге 9 и отверстие в другом колу 12. Затем они ставят рычаг 16 и докручивают шуруп 14 через его отверстие (рычаг 16 лежит в сторону юга)

6) Нижние щиты: два человека берут щит и ставят его между два соседних рычага 9. Затем они закручивают 2 х 2 шурупа, которые уже вкручены в планки 8 «средние» и «верхние»

7) Верхние щиты: два человека берут щит и ставят его в два соседних рычага 9. Затем они закручивают 2 шурупа, которые уже вкручены в планки 8 «средние»

8) Установка веревки 19 на верх рычага 9 (Перед этим человек берет несколько десятков веревок и раскладывает их около рычагов 9): человек протягивает 4 м веревки через нижнее отверстие 20, плюс скоба степлера на выход этой (северной) веревки, затем пять витков веревки вокруг рычага 9, затем протянуть остаток веревки (5,5 м) через верхнее отверстие 20. Затем скоба степлера на выход южной веревки и 3-5 скоб в 3-й и 4-й витки веревки

9) (Погода без ветра) Очень много людей собираются (их количество – по одному человеку на каждый рычаг 9 ряда концентраторов) и они начинают поднимать концентраторы ряд за рядом. Они стают около «своих» рычагов 9 (с южной стороны), поднимают ряд на 30-50 градусов, докручивают по 2 шт. шурупов с «верхних» планок 8 (в рычаг 9) верхнего щита и перекидывают ряд на северную сторону (они начинают держать их за южные веревки 19). Затем они закрепляют веревку 19 на южном колу 21, причем ряд должен остаться с вертикальным углом, который нужный для настройки концентраторов (20-45 градусов отклонения от вертикали в северную сторону)

10) (Сразу после п.9, пока ветер не разрушил все) Человек идет по северной стороне ряда и вкручивает шурупы в «нижние» планки 8 (и рычаг 9) верхнего щита. Затем человек идет по южной стороне и аналогично вкручивает шурупы в «нижние» планки 8 нижнего щита. Затем человек идет по северной стороне и закрепляет веревку 19 на северном колу 22

11) Установка веревки 25 на рычаг 16 (Перед этим человек берет несколько десятков веревок и раскладывает их около рычагов 16): человек протягивает 2,5 м веревки через отверстие в рычаге 16, плюс скоба степлера на выход этой (северной) веревки, затем пять витков веревки вокруг рычага 16. Затем 2-4 скоб степлера в центральный виток и 3-5 скоб для закрепления южного выхода веревки. Затем человек кидает длинную (5,5 м) часть веревки между щитами (на северную сторону концентраторов) и идет дальше

12) (После установки коллекторов на рычаги 16) Настройка концентраторов: она аналогична Главе 4, однако берет времени больше

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

Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 5)

8) Эксплуатационные расходы концентратора (без замены, мойки, покрытия зеркал):

Далее 12 шт. операций технического обслуживания концентраторов: 

1) «Вертикальные перестройки (и осмотр)»: глава 3 описывает вариант вертикальных перестроек из пяти позиций концентратора и двух позиций коллектора. С октября до апреля мы делаем 9 шт. смен позиций и тратим на это 2 минуты 40 секунд на одну секцию. Однако Приложение 2 описывает более простой вариант вертикальной перестройки: одна позиция коллектора и четыре позиции концентратора. С октября до апреля мы делаем 6 шт. смен позиций с затратой по 11 человеко-секунд на смену одной секции. Этот вариант является базовым далее

Итак, мы имеем ситуацию, когда каждый концентратор посещается человеком 6 раз в год. Этот человек исполняет еще одну функцию: он осматривает концентратор (не очень внимательно, меньше секунды на секцию) и записывает случаи больших поломок   

2) «Настройка»: эта операция описана Главой 4. Настройка делается раз в 2-4 год с затратами времени 1 минута 32 секунды на секцию

3) «Аренда земли». Секция концентратора имеет ширину 2,1 м; интервал между рядами – 8 м. Итого расход земли – 16,8 кв. м на секцию. Если ставка аренды 50 EUR в год за гектар, то расходы на одну секцию – 0,08 EUR в год. Однако:

— Величина «8 метров» вычисляется по формуле 2,47 м /  0,309 = 8,0 м (где 2,47 м –расстояние от нижнего края нижнего зеркала до верхнего края верхнего зеркала; 0,309 – синус угла 18 град; 18 град – вертикальный угол солнца в полдень зимнего солнцестояния (21 декабря) для г.Миргород (50 град сев. широты). Однако, для юга Испании (36 град сев. широты) имеем 2,47 м / sin (32 град) = 4,7 метр интервала между рядами. Для северной границы Германии (55 град сев. широты) имеем интервал 11 метров    

— Если это расстояние уменьшить (например, для Миргорода уменьшить от 8 м до 7,5 м), то тень от верхнего края верхнего зеркала начнет падать на низ нижнего зеркала следующего (на север) ряда концентраторов: она будет падать с 5 декабря до 6 января, высота тени 21 декабря – около 15 см, потеря декабрьской производительности концентратора – 4,5 %, потеря производительности за 7 месяцев – 0,14 %. Таким образом, потеря 0,9 квт-час тепла (на 4 кв. м зеркала) не оправдывает уменьшения арендной платы на 0,005 EUR. Поэтому уменьшение интервала между рядами является экономически целесообразным севернее, чем 52-55 градусов сев. широты

— Земля под концентраторами может использоваться для выращивания сельскохозяйственных растений. Растениеводство может иметь несколько уникальных особенностей из-за возможных операций с тенью от концентратора и с солнечным зайчиком от зеркал. Приложение 3 описывает растениеводство на такой земле. Еще один вариант – использование этой земли в качестве луга для сельскохозяйственных животных. Ставка аренды 50 EUR / гектар – это разница между ставкой долговременной аренды (на 30 лет) плодородной земли и ставкой кратковременной субаренды этой земли для растениеводства или животноводства

— Земля может иметь очень низкую стоимость аренды в случаях пустыря, бесплодной почвы, пустыни, луга, степи

4) «Аварийное удаление щитов». Причины больших поломок концентраторов:

— Планка 8 ломается (скорее всего, на сучке или в центре). Это уничтожает весь щит

— Соединение планки 8 с рычагом 9 ломается: из-за сломанного шурупа, из-за трещины в конце планки 8 или трещины подкладки 17 под шурупом. Это уничтожает весь щит тоже. Отрыв подкладки 17 или бруска 18 уничтожает два щита

— Стык между соседними секциями ломается. Это уничтожает четыре щита (крайний стык ряда – только два щита). Причины поломок: рычаг 9 сломался, веревка 25 порвалась, фиксация веревки на рычаге 9 или колу 21 разрушилась, кол 21 сломался или вылез из земли, поломки на северной части веревки 25 и колу 22, колы 12 сломались, поломки шурупа 14 или соединений кола 12, рычагов 9, 16 с шурупом 14.  

Если щит сломался, то он должен быть удален с поля. Поскольку ветер может бросать его (или его части) на годные зеркала и концентраторы. Рабочий (во время осмотров пп.1, 5 и др.) записывает адреса щитов, которые должны быть удалены. Периодически (до месяца) рабочий берет список этих адресов, берет короткую бензопилу и идет удалять эти щиты. Он должен обрезать щит на шести концах планок 8. Затем он выключает бензопилу, носит отрезанные щиты на погрузочную площадку (он может нести 2-4 щита сразу) и кладет их в большой кусок брезента. Норма затрат времени – 2 минуты на удаление одного щита. Когда-то грузовик соберет все «куски брезента» со сломанными щитами и отвезет их на утилизацию

5) «После урагана: осмотр и уборка». Рабочий должен пройти по всем рядам концентраторов. Первая цель – записать адресов сломанных щитов. Вторая цель – собрать зеркала, которые были сорваны ураганом (и отнести эти зеркала в «большой кусок брезента п.4). Норма затрат времени – 3 секунды на одну секцию концентратора (скорость осмотра – 2,4 км в час)

6) «Замена кола 21 (+ переустановка трубы 23)». Колы 21 гниют из-за влияния земли. Кроме этого, земля держит кол 21 не идеально (особенно в марте), а сила тяги веревки 19 на север очень большая (до 150 кг во время южной бури). Ожидание периода замены колов 21 – 4-8 лет. За 30 лет работы: 4 шт. замен в рамках п.6, 1 шт. замена в рамках п. 10, плюс первая установка кола. Замена кола 21 может быть совмещена с операцией «настройка концентратора», например, половина настроек делается на старых колах, а вторая половина – сразу после замены колов. Время замены колов – август: витки на трубке 23 отсутствуют, концентратор еще не должен работать, а солнечный зайчик в этой позиции не попадает на коллектор (в сентябре уже нет), недалеко до настройки в октябре, земля не скована морозом. Затраты времени на замену кола 21 – 1 минута 50 секунд. Сначала (10 секунд на секцию) человек идет по южной стороне, вынимает из земли старые трубки 23 и кладет их на старом месте. Затем (за 60 секунд) человек идет по южной стороне (с тележкой, на которой лежат: запас новых колов, кувалда, «шаблон удержания кола 21 и трубки 23»), останавливается, ставит «шаблон» около старого кола, вкладывает старую трубку 23 и  новый кол 21 в «шаблон» (в 20-30 см от старого кола на запад или восток), закрывает торец кола крышкой (чтобы он не треснул от удара), несколько ударов кувалдой по колу,  1-2 удара по трубке 23, «шаблон» и крышка снимаются и ставятся около следующего старого кола. Затем (40 секунд) он опять идет по южной стороне ряда, снимает веревку 19 со старого кола (сорвав все скобы), накручивает веревку 19 на новый кол и фиксирует ее скобами степлера. Старый кол остается в земле и сгнивает через несколько лет      

7) «Переустановка трубы 23». Земля держит трубку 23 не идеально, и она постепенно смещается на юг из-за сил в веревке 25. Ожидаемая периодичность переустановки труб 23 (с переустановками пп.6 и 10) – 3 года. Таким образом, за 30 лет работы: 4 шт. переустановок в рамках п.7, 4 шт. переустановок в рамках п.6, 1 шт. переустановка в рамках п.10, плюс первая установка трубы. Затраты времени на переустановку трубы 23 – 30 секунд. Сначала (в апреле-мае) человек идет по южной стороне, вынимает старые трубки 23 из земли и кладет их в тележку (10 секунд). Трубки 23 едут на склад и будут использованы снова. Затем (в августе-сентябре) человек идет с тележкой (с запасом трубок 23, большим молотком и «шаблоном удержания трубки 23») по южной стороне, останавливается, ставит «шаблон» около кола 21, вкладывает трубку 23 в «шаблон», 2-3 удара молотком по трубке 23, «шаблон» снимается и ставится около следующего кола 21 (20 секунд). С апреля до сентября ямка (от удаленной трубки 23) затекает землей и становится готовой к установке трубки   

8) «Замена кола 22 (+ переустановка прута 24)». Аналогично колу 21: кол 22 гниет тоже, и веревка 19 смещает его к коллектору тоже. Однако смещение кола 22 в земле меньше, чем кола 21 (я не заметил большого смещения колов 22 на своих концентраторах). Поэтому частота замены колов 22 – меньшая: 6-15 год. За 30 лет работы: 2 шт. замен в рамках п.8, 1 шт. замена в рамках п. 10, плюс первая установка кола. Замена может делаться в любой месяц, кроме зимы (когда земля является замерзшей). Затраты времени на замену кола 22 – 1 минута 40 секунд: человек идет по северной стороне (с тележкой, на которой лежат: запас новых колов, кувалда, «шаблон удержания кола 22 и прута 24»), останавливается, снимает веревку 19 с прута 24, снимает веревку 19 со старого кола (сорвав все скобы), вынимает из земли прут 24, ставит «шаблон» около старого кола, вкладывает старый прут 24 и  новый кол 22 в «шаблон» (в 20-30 см от старого кола на запад или восток), закрывает торец кола крышкой, несколько ударов кувалдой по колу,  1-2 удара по пруту 24, «шаблон» и крышка снимаются, человек накручивает веревку 19 на новый кол и фиксирует ее скобами степлера, плюс максимум витков на кол 22 и «скоба последнего витка», плюс максимум витков на прут 24. Старый кол остается в земле и сгнивает через несколько лет

9) «Переустановка прута 24». Аналогично трубке 23: прут 24 смещается в земле в сторону коллектора тоже. Согласно моим наблюдениям: интенсивность процесса сдвига прута 24 примерно равна интенсивности сдвига трубы 23. Таким образом, периодичность переустановки прутов 24 (считая операции пп. 8, 10) – 3 года. Т.е. за 30 лет работы: 6 шт. переустановок в рамках п.9, 2 шт. переустановок в рамках п.8, 1 шт. переустановка в рамках п.10, плюс первая установка прута. Затраты времени на переустановку прута 24 – 45 секунд. Сначала (в апреле-мае) человек идет по северной стороне, снимает веревку 19 с прута 24, максимум-максимум-максимум витков на кол 22, плюс «скоба последнего витка» на кол 22 (15 секунд). Затем он опять идет по северной стороне, вынимает старые пруты 24 из земли и кладет их в тележку (10 секунд). Пруты 24 едут на склад и будут использованы снова. Затем (в августе-сентябре) человек идет с тележкой (с запасом прутов 24, большим молотком и «шаблоном удержания трубки прута 24») по северной стороне, останавливается, ставит «шаблон» около кола 22, вкладывает прут 24 в «шаблон», 2-3 удара молотком по пруту 24, «шаблон» снимается и ставится около следующего кола 22 (20 секунд). С апреля до сентября ямка (от удаленного прута) затекает землей и становится готовой к установке прута

10) «Замена веревки 19 (+ замена кола 21 + переустановка трубы 23 + замена кола 22 + переустановка прута 24)». Веревка 19 работает с большими нагрузками (до 150-200 кг во время южной бури 30-35 м / сек) и разрушается солнцем, атмосферой и переменными натяжениями во время ветра. Ожидание периода замены веревки 19 – 10-20 год. Оптимальное время для этой операции – весна или лето (когда концентратор опущен максимально к земле). Перед плановой настройкой концентратора в октябре. Затраты времени на замену веревки 19 (вместе с колами и прутами) – 5 минут 15 секунд. Сначала подготовка на южной стороне: вытянуть трубку 23 из земли, забить новый кол 21 и трубку 23 (65 сек). Плюс закрепить новую веревку 19 на новом колу 21 и перекинуть ее другой край через коллекторы и концентраторы на северную сторону (40 сек). Затем подготовка на северной стороне: снять веревку с прута 24, вытянуть его из земли, забить новый кол 22 и прут 24 (60 сек). После этого рабочий (с высоким ростом) идет по северной стороне со «ступеньками 40-60 см» и делает следующее: ставит «ступеньки» под рычагом 9, подпирает рычаг 9 (рогатина закреплена на «ступеньках»), заходит на «ступеньки», режет ножом старую веревку около верха рычага 9, удаляет старую веревку с верха рычага 9, закрепляет новую веревку на верху рычага 9, сходит на землю, удаляет рогатину с рычага 9, закрепляет новую веревку 19 на новом колу 22 (натянув ее) и идет дальше со «ступеньками» (130 сек). Затем южный и северный участки старой веревки – в мусорный мешок (20 сек)

11) «Замена кола 26». Его гниение требует замены каждые 8-15 лет. Замена может делаться в любой нерабочий месяц (с апреля до октября) перед октябрьской настройкой. Затраты времени на замену кола 22 – 65 секунд: сначала человек идет по северной стороне (с тележкой, на которой лежат: запас новых колов, большой молоток и «шаблон удержания кола 26»), останавливается, ставит «шаблон» около старого кола, вкладывает новый кол 26 в «шаблон» (в 20-30 см от старого кола на запад или восток), закрывает торец кола крышкой, несколько ударов молотком по колу, «шаблон» и крышка снимаются и переносятся на следующий старый кол 26 (35 секунд). Затем человек идет по северной стороне снова, снимает веревку 25 из старого кола 26 и фиксирует ее на новом колу 26 (30 секунд). Старый кол остается в земле и сгнивает через несколько лет

12) «Замена кола 27». Он гниет тоже и требует замены каждые 8-15 лет тоже. Однако он является более простой, чем кол 26, поскольку его нагрузка возникает только во время сильного южного ветра. Замена может делаться в любое время, кроме зимы (когда земля является замерзшей). Настройка не является нужной после этого. Затраты времени на замену кола 22 – 55 секунд: сначала человек идет по южной стороне (без тележки: запас новых колов лежит в рюкзаке), ставит «шаблон удержания кола 27», вкладывает новый кол 27 в «шаблон» (в любом месте около старого кола), закрывает торец кола крышкой, несколько ударов молотком по колу, «шаблон» и крышка снимаются (30 секунд). Затем человек идет по южной стороне снова, снимает веревку 25 из старого кола 27 и фиксирует ее на новом колу 27 (25 секунд). Старый кол остается в земле

Еще несколько замечаний:

— Операция «Удаление высокой травы перед зеркалами» отсутствует, поскольку концентратор не эксплуатируется летом и в сентябре. Октябрь может позволить потерю тепловой энергии, поскольку первая половина октября – это время профицита энергии

— Ремонты концентраторов не являются экономически целесообразными. Они заменены на игнорирование мелких поломок и удаление сломанных концентраторов

— Я думаю, что операция «Установка новых щитов вместо удаленных» не имеет экономической целесообразности. Во-первых, это большие затраты времени: поднести щиты по отдельным адресам и установить их на старое место. Во-вторых, время их работы окажется 5-20 лет (а не 25-40 лет для щитов первой установки). В-третьих, поломка стыков соседних секций (рычаг 9, колы 12 и др.) исключает установку новых щитов вместо удаленных

Таким образом, поле будет постепенно терять щиты (0,5-1 % в год) и старое поле будет иметь 60-90 % щитов. После этого поле очищается от всех концентраторов (и коллекторов)

Итак, 12 шт. элементов «Эксплуатационных расходов концентратотора»:

 

Операция

Перио-дич-ность

Цена материалов

Расход вре-мени

х 0,25 ЕUR / мин

Итого расхо-ды

Расхо-ды за 1 год

1

Вертикальные перестройки (и осмотр)

6 раз в год

11 сек

0,05 Е

0,05 EUR

0,30 EUR

2

Настройка

раз в 3 года

1 мин 32 сек

0,38 Е

0,38 EUR

0,13 EUR

3

Аварийное удаление щитов

2 х 0,7 % в год

2 мин

0,50 Е

0,50 EUR

0,01 EUR

4

После урагана: осмотр и уборка

1 раз в год

3 сек

0,01 Е

0,01 EUR

0,01 EUR

5

Замена веревки 19 + замена кола 21 + переустановка трубы 23 + замена кола 22 + переустановка прута 24

1 раз в 30 год

0,35 Е

5 мин 15 сек

1,31 Е

1,66 EUR

0,06 EUR

6

Замена кола 21 + переустановка трубы 23

4 раз в 30 год

0,09 Е

1 мин 50 сек

0,46 Е

0,55 EUR

0,07 EUR

7

Переустановка трубы 23

4 раз в 30 год

30 сек

0,13 Е

0,13 EUR

0,02 EUR

8

Замена кола 22 + переустановка прута 24

2 раз в 30 год

0,06 Е

1 мин 40 сек

0,42 Е

0,48 EUR

0,03 EUR

9

Переустановка прута 24

6 раз в 30 год

45 сек

0,19 Е

0,19 EUR

0,04 EUR

10

Замена кола 26

2 раз в 30 год

0,04 Е

1 мин 05 сек

0,27 Е

0,31 EUR

0,02 EUR

11

Замена кола 27

2 раз в 30 год

0,03 Е

55 сек

0,23 Е

0,26 EUR

0,02 EUR

12

Аренда земли (8 м х 2,1 м х 50 EUR за гектар в год

 

 

 

 

 

0,08 EUR

 

  С  У  М  М  А (за 4 кв. метра зеркал)

 

 

 

 

 

0,79 EUR

Таким образом, концентратор требует эксплуатационных расходов (считая аренду земли, не считая операций с зеркалами) – 0,20 EUR в год на кв. метр зеркала (= 0,79 EUR / 4 кв. м). Это ставка 5,2 % в год (= 0,20 EUR годовых эксплуатационных расходов / 3,84 EUR стоимости кв. метра)

Универсальный метод уменьшения «эксплуатационных расходов» (кроме «аренды земли») — это увеличение ширины зеркал 6 и их высоты. Например, увеличение ширины зеркал с 2 м до 2,5 м и их высоты с 1 м до 1,2 м уменьшает «эксплуатационные расходы» в 1,5 раз (на 1 кв. метр зеркала)       

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

Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 4)

7) Анализ долговечности

Следующие детали концентратора будут заменяться во время эксплуатации: веревка 19, колы 21, 22, 26, 27, труба 23, прут 24

Почти все следующие детали обязаны работать весь срок службы концентратора (15-40 лет)(Сила – при южном ветре 30 м / сек и отклонении рычага 9 от вертикали на 30 град):

Деталь

Материал

Факторы старения

Идеи дополнительного уменьшения этих факторов

Колы 12

Дорогое дерево (дуб и т.п.) + пропитки

— Земля: грибок, вода, мороз, насекомые

— Сила до 40 кг от шурупа 14 (ветер)

— Увеличение сечения

— Дополнительное покрытие подземной части

— Усиление участка выхода из земли (деревом или сталью)

— Шуруп над шурупом 14 (перпендикулярно ему)

— Переход на стальные колы 12

Рычаг 9: планки 10, 11 и их шурупы

Сосна + пропитка

— Солнце

— Атмосфера

— Сила до 160 кг от планок 8 (ветер)

— Увеличение сечения

— Более долговечная древесина

— Периодическая покраска (или покрытие) из распылителя

— Дополнительная планка в центре рычага: усиление рычага и замена брусков 18

— Увеличение качества и / или количества шурупов (или + винты с гайками)

— Клей между планками 10, 11

— Увеличение длины стыка планок 10, 11

— Переход на стальной рычаг 9 или клееную древесину

Листы 6

Пенополи-стирол 15-25 кг / куб. м

— Атмосфера

— Слабое солнце

— Ветер

— Увеличение толщины листа

— Увеличение плотности

— Легирование пенополистирола

— Возможность добавления листов пенополистирола (см. ниже)

— Возможность замены щитов (см. ниже)

Планки 8

 

Сосна + пропитка

— Атмосфера

— Слабое солнце

— Сила до 20-40 кг от листов 6 (ветер)

— Увеличение сечения

— Более долговечная древесина

— Периодическая покраска (или покрытие) из распылителя

— Возможность замены щитов (см. ниже)

— Переход на стальные планки 8

Клей листов 6 к планкам 8

Поли-урета-новая пена

— Слабое солнце

— Ветер

— Мороз

— Переход на другой клей

 

Шурупы от планок 8 на рычаг

Сталь с покрытием

— Сила до 10-20 кг

— Коррозия

— Увеличение диаметра шурупов

— Усиление покрытия шурупов

— Переход на более долговечный материал шурупов

Концы планок 8

 

— Сила до 10-20 кг (ветер)

— см. п.4 главы 6

 

Подкладки 17 и бруски 18

Дерево + пропитки

 — Сила до 20-40 кг (от двух планок 8)

— Солнце

— Атмосфера

— Увеличение сечения

— Более долговечная древесина

— Пропитка смолами

— Клей между подкладками 17, брусками 18 и рычагом 9

Шуруп 14

Легированная сталь с покрытием

— Сила до 80 кг от рычага 9

— Увеличение диаметра

— Усиление стали и покрытия шурупа

Рычаг 16

Сосна + пропитка

— Солнце

— Атмосфера

— Увеличение сечения

— Более долговечная древесина

— Периодическая покраска (или покрытие) из распылителя

Веревка 25

Полимерные волокна в тканевой оболочке

— Солнце

— Атмосфера

— Сила до 20 кг при северном ветре

— Увеличение толщины веревки

— Переход на другой тип веревки

— Дополнительное покрытие от солнца

— Возможность замены веревки (см. ниже)

 Плюс возможны следующие операции (я не включал их в «Эксплуатационные расходы»):

— Добавление 2 см пенополистирола на листы 6: новые листы наклеиваются на южную сторону старых листов 6 на полиуретановую пену (в 10-20 точках) или другой клей. Технология аналогична технологии наклейки зеркал из Доклада 10

— Замена щитов (т.е. листов 6 с планками 8): зимой откручиваются нижние щиты ряда и прикручиваются новые щиты. В апреле (когда рычаг 9 опущен максимально) меняются верхние щиты ряда. Я максимально избегал одновременной замены верхних и нижних щитов: это требует времени намного больше, чем может показаться

— Веревка 25 может заменяться. Эта операция может быть совмещена с заменой колов 26, 27

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

Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 3)

5) Перспективы уменьшения стоимости концентратора:

Распределение расходов по деталям концентратора:

Доля (%)

Деталь

Время  завода

Вре-мя пе-ревоз-ки

Время поля (сбор-ка)

Итого время

х 0,25 EUR за ми-нуту

Мате-риалы

Итого расхо-ды

31,3 %

Щиты 9 (пенополи-стирол 6 + планки 8)

5 м 50 с

1 мин 20 сек

1 мин

8 мин 10 сек

2,04 Е

2,77 Е

4,81 Е

25,2%

Рычаг 9 (с брусками 18 и подкладками 17)

11 м 30 с

15 сек

20 сек

12 м 05 сек

3,02  Е

0,85 Е

3,87 Е

12,2 %

Удержание концентра-тора (колы 21, 22, пру-ты 23, 24, веревка 19)

1 м

5 сек

4 мин 20 сек

5 мин 25 сек

1,35 Е

0,53 Е

1,88 Е

9,1 %

Удержание коллектора (рычаг 16, колы 26, 27, веревка 25)

55 с

10 сек

2 мин 15 сек

3 мин 20 сек

0,83 Е

0,56 Е

1,39 Е

8,7 %

Колья 12 (с упором 15)

40 с

5 с

2 мин 20 сек

3 мин 05 сек

0,77  Е

0,56 Е

1,33 Е

7,7 %

Соединения планок 8 с рычагом 9

2 м 10 с

2 мин 30 сек

4 мин 40 сек

1,17 Е

0,02 Е

1,19 Е

4,1

Первая настройка

2м 30с

2м30с

0,63 Е

0,63 Е

1,7

Большой шуруп 14

50 сек

50 сек

0,21 Е

0,05 Е

0,26 Е

100  %

С  У  М  М  А

22 м 05 с

1 мин 55 сек

16 мин 05 сек

40 м 05 сек

10,02 EUR

5,34 EUR

15,36 EUR

Перспективы уменьшения стоимости:

1) Первый кандидат для усовершенствования конструкции – это рычаг 9. Я знаю два варианта радикального изменения его технологии…Во-первых, рычаг (вместе с аналогами подкладок 17 и брусков 18) может изготавливаться из стального оцинкованного листа толщиной 0,4-1 мм через технологии штамповки; плюс возможно автоматическая точечная сварка, термообработка и др. Прямоугольная стальная заготовка 0,5 мм х 200 мм х 2800 мм имеет вес 2,2 кг и стоимость 1,3 EUR. Все операции автоматизированы. Плюс защита поверхности краской или цинком. Итого, мы получаем рычаг 9 стоимостью до 2 EUR (примерно в 2 раза дешевле, чем сейчас). И мы получаем возможность увеличить высоту зеркал 6 до 2 х 1,2 м или до 2 х 1,5 м…Во-вторых, рычаг 9 может быть изготовлен по технологиям клееной и гнутой древесины (в том числе клей заменяет шурупы). С максимальной автоматизацией изготовления. Стоимость сосновых планок для гнутого клееного рычага (сечение 40 х 50 в центре и 30 х 40 на краях)  – около 0,4 EUR. Плюс клей и стоимость работ. Существуют надежды стоимости рычага 9 в диапазоне 1,5-2,5 EUR

2) Существует идея замены деревянных планок 8 на профиль из стального листа 0,4-0,5 мм: треугольный или аналогичный известным тонкостенным профилям в виде буквы «П». Прямоугольная стальная заготовка 0,4 мм х 80 мм х 2050 имеет вес 0,5 кг и стоимость 0,3 EUR. Это немного дороже сосновой планки (0,15 EUR + 0,06 EUR зарплаты на осмотр и сортировку). Однако мы получаем: более дешевое соединение планки с рычагом 9, высокую надежность и возможность увеличения ширины секции концентратора до 2,5-3 м

3) Существует необходимость усовершенствования соединения планок 8 с рычагом 9. Сейчас это делается шурупами, которые идут через 30-40 мм планки и входят в дерево рычага 9 на 15-30 мм. Затраты времени на сверление 12 шт. дырок в планках 8 и вкручивание 12 шт. шурупов (в планки 8 и рычаг 9) – 4 минуты 40 секунд (это 1,17 EUR зарплаты). Наши цели: уменьшение этой стоимости, увеличение надежности соединения и обеспечение нужного люфта планок 8 на рычагах 9 (Этот люфт является необходимым при вертикальных перестройках концентратора и во время ветра). Варианты замены длинного шурупа: заклепка, защелка (с фиксатором, клеем и т.п.), винт с гайкой, винт в резьбу на рычаге 9, специальный гвоздь, хомут и др. Эти варианты упрощаются, если планка 8 – из стального профиля или имеет плоские стальные пластины на концах

4) Возможны улучшения других деталей концентратора. Которые уменьшают стоимость материалов и упрощают сборку концентратора в поле

5) Существует идея машины, которая будет ехать по будущему ряду концентраторов и вбивать в землю: пару колов 12 (с упором 15), колы 21, 22, 26, 27, трубу 23, прут 24. Плюс точная фиксация линии ряда, точный интервал между соседними парами колов 12 и точный перепад высот между их шурупами 14. Сейчас эти работы делаются руками и требуют 4 минуты 55 секунд (1,23 EUR зарплат) на секцию   

6) Существует безумная идея машины, которая будет ехать по будущему ряду концентраторов и устанавливать их полностью. Сейчас затраты времени на поле (включая разноску деталей от разгрузочных площадок и установку колов, исключая настройку) – около 14 минут (3,5 EUR зарплат) на одну секцию

7) Ручная наклейка планок 8 на пенополистирольные листы 6 – трудоемкая операция. Наклейка 6 шт. планок одной секции (и складирование 2 шт. готовых щитов) требует 4 минуты (1,0 EUR зарплат). Однако, эти операции автоматизируются очень легко    

8) Сейчас зарплаты рабочих (10,02 EUR) – это 65 % стоимости концентратора. Автоматизация труда может уменьшить этот показатель в несколько раз (и на изготовлении деталей на заводе, и на погрузке-транспортировке-разгрузке от завода до поля, и на сборке концентратора в поле)

9) Характеристика «Стоимость концентраторов за 1 кв. метр зеркал» изменяется тогда, когда мы изменяем ширину зеркал 6 (с 2 м до 2-3 м) или их высоту (с 1 м до 1,2-1,5 м). Подбор этих ширины и высоты может уменьшить значение этой «стоимости» (может быть до 10-20 %)   

10) Если мы устанавливаем много концентраторов на большом поле, то стоимость материалов должна быть посчитана не по «Крупному опту», а по «Крупному заказу» (Это дешевле до 0,5 EUR на секцию). Кроме этого, существует целесообразность перехода к самостоятельному производству некоторых материалов. Например, производство пенополистирольных листов 6 (из закупаемых гранул полистирола) уменьшает их стоимость с 1,60 EUR до 1-1,2 EUR, в том числе из-за отсутствия расходов по их транспортировке с другого завода (это дорого из-за очень низкой плотности листов). Самостоятельная переработка бревен на деревянные детали уменьшает их стоимость с 2,69 EUR до 1,5-2 EUR 

Таким образом, существуют надежды, что пп.1-10 уменьшат стоимость секции концентратора с 15,36 EUR  до 6-10 EUR. Это 1,5-2,5 EUR за кв. метр зеркала

 

6) Свойства:

Концентратор хорошо работает с октября до марта, однако он сталкивается со следующими проблемами после марта-апреля:

А) Южная часть веревки 19 (и кол 21) держат концентратор надежно только до углов 35-40 град отклонения рычага 9 от вертикали (это период от 1 октября до 15 марта). Большой угол дает очень большие усилия на веревку и делает эксплуатацию концентратора опасной (кол 21 может не удержаться землей, он может сломаться, веревка может порваться или разрушить ее соединение с рычагом 9). Я не рискнул эксплуатировать эти крепления после 20 марта, когда угол рычага 9 опустился до 40 градусов

Б) Требуется сила подростка 10-12 лет, чтобы поднять концентратор от угла 20-30 на более высокий угол. Углы 30-40 град требуют усилий подростка 13-15 лет. Я звал помощника, когда работал с большими углами (он заходил с севера и давил на рычаг 9 рукой)    

В) В начале марта оптимальный угол рычага 16 подходит к вертикали. Это – не есть проблема, если веревка 25 натянутая с обеих сторон. Иначе сильный ветер может шатать коллектор 4 на рычагах 16 (Безопасный угол рычага 16 – больше 10 градусов отклонения от вертикали)

Эти недостатки могут быть устранены через изменения конструкции концентратора, однако это не была моя цель. Моя цель – надежный концентратор для отопления домов в период с октября до апреля  

12 января 2012 я начал эксплуатацию трех секций концентратора по 4 кв. метра зеркал. 20 марта я усилил их крепление жесткими планками и 25 марта прекратил эксплуатацию. Затем 10-15 апреля 2012 (до 15 июня) я эксплуатировал одну секцию, однако с другим креплением концентратора и коллектора (т.е. без веревок 19, 25)

Горизонтальная ориентация концентраторов – на солнце в 12.30 по летнему киевскому времени. Фокусное расстояние зеркал – 130 см  

23 мая 2012 я произвел замеры отраженной радиации концентратора на протяжении суток. Географический полдень – в 12.55.  Интенсивность радиации замерялась относительно горизонтальной планки, которая была неподвижно размещена на расстоянии 130 см от зеркал концентратора (т.е. в фокусе зеркал). Вторая строка таблицы сообщает показания люксометра вне концентратора в положении «перпендикулярно солнцу». Коэффициент усиления – это дробь; в ее знаменателе – упомянутые показания люксометра (вне концентратора и перпендикулярно солнцу), а в числителе – показания этого же люксометра в концентраторе. Эти показания люксометра записаны в скобках после коэффициента усиления:

Киевское

время замера

10.55

11.25

13.05

14.20

15.10

15.40

Яркость солнца

83

84

88

85

82

79

20 см выше планки

 

 

0,3 (27)

 

 

 

15 см выше

 

0,3 (23)

0,5 (44)

0,3 (24)

 

 

10 см выше

0,3 (27)

0,4 (30)

1,7 (148)

0,4 (38)

0,3 (24)

 

5 см выше

0,4 (36)

0,9 (78)

4,3 (378)

1,3 (111)

0,4 (35)

0,3 (21)

Планка

1,2 (102)

4,0 (334)

8,1 (709)

5,6 (479)

1,3 (103)

0,4 (28)

5 см ниже

4,2 (346)

7,0 (592)

4,5 (398)

6,7 (569)

3,4 (282)

0,7 (53)

10 см ниже

4,8 (402)

3,7 (308)

1,7 (154)

2,5 (214)

4,2 (343)

2,2 (174)

15 см ниже

1,9 (155)

2,0 (169)

0,7 (65)

1,3 (108)

2,0 (165)

4,3 (340)

20 см ниже

1,0 (80)

0,9 (73)

0,4 (36)

0,4 (38)

1,2 (101)

2,8 (225)

25 см ниже

0,4 (35)

0,4 (30)

0,3 (25)

0,3 (24)

0,9 (70)

1,4 (113)

30 см ниже

0,3 (26)

 

 

 

0,5 (41)

0,8 (62)

35 см ниже

 

 

 

 

0,3 (24)

0,7 (56)

40 см ниже

 

 

 

 

 

0,3 (26)

Эта таблица показывает, что 23 мая солнечный зайчик будет находиться в районе «планки» (это имитация коллектора 4) не весь день: почти 5 часов около географического полудня (примерно с 10.40 до 15.25). Этот период будет уменьшаться до летнего солнцестояния (21 июня), а затем начнет увеличиваться до осеннего равноденствия. Во время равноденствий (21 марта и 21 сентября) солнечный зайчик находится на одной высоте весь день. После 21 сентября зайчик приближается к коллектору (утром) уже не снизу, а сверху, и вечером он уходит вверх    

18 января 2012 я сделал тест на разрушение рычага 9 большой нагрузкой. Я изготовил аналог рычага из трех планок сечением 20х30 (вместо 40х50 и 30х50). Длина этого аналога – 260 см (полное соответствие реальному рычагу). Нагрузка (ведра с грузами) была на шесть точек (соответствие давлению планок 8 верхнего и нижнего щитов). Разрушение аналога было при весе всех грузов – около 38 кг (аналог сломался точно в центре). Это эквивалент нагрузки 170 кг на реальный рычаг 9. Щиты давят на рычаг 9 с такой силой при южном или северном ветре скоростью 30 м / сек

Мои концентраторы не попали на бурю, хотя пережили сильный южный ветер на протяжении 2 суток (20-21 января постоянное давление 9-12 м / сек). Однако:

— Западный и восточный ветра – не проблема для концентраторов

— Если концентраторов много, то удар ветра идет только на крайние ряды с севера и юга. Центральные ряды получают меньше ветра. Крайние ряды должны иметь более сильные рычаги 9 (сечением 40 х 60 или 50 х 70)

Сильный северный ветер шатает концентратор: несколько колебаний в минуту с амплитудой до 5-10 см вверху рычага 9 (Слабый северный ветер не может преодолеть вес концентраторов; порывы южного ветра шатают с амплитудой до 2-5 см из-за растягивания южной веревки 19). Это дополнительный износ шурупа 14, кола 21 и соединений планок 8 с рычагом 9. Метод борьбы с этими шатаниями – натянуть северную часть веревки 19 на северном колу 22 и пруту 24 (поэтому диаметр прута 24 – минимальный) 

Снег не задерживается на верхнем зеркале 6, поскольку оно почти вертикальное. Однако он налипает на нижнее зеркало 6, которое на 10-15 градусов более горизонтальное, чем рычаг 9. Ветер и его шатания концентраторов не причиняют ему вреда. Однако этот снег быстро удаляется солнцем. Например, 25 января утренний снег покрыл нижние зеркала слоем 2 см. Солнце вышло в 11.45 и снег начал сползать с зеркал. Через 10 минут – 60 % зеркал свободно, через 2 часа – 80 % зеркал свободно. На следующий день остались редкие участки замерзшей воды. Несколько дней сплошного солнца растопило их

Еще несколько замечаний:

1) Каждый год примерно в середине марта происходит следующее. Снег тает, тают верхние 20-40 см земли, а более глубокая земля остается замерзшей. В эти дни грунт очень мокрый и очень мягкий. И земля очень плохо держит кол 21. Сочетание с сильным южным ветром может вырвать кол 21 из земли. Я заметил это явление примерно 20 марта: колы 21 уже сдвинулись на юг примерно на 1 см. Я не стал рисковать и подпер два центральных рычага 9 жесткими планками с северной стороны. Две крайних рычага 9 я не тронул (они имеют нагрузку в два раза меньше); до 25 марта они не сдвигались на юг. После этого я должен был убрать все концентраторы, поскольку мой брат с семьей вернулись из Харькова. Мои колы 21 имели сечение 30 х 40 и были вбиты в землю на 30-40 см (травяной газон на черноземе, немного разбавленный песком). Методы противодействия: твердая земля, хороший весенний сток воды, больше сечение кола 21 (особенно в направлении восток-запад), больше глубина погружения кола в землю. Чем дальше на север, тем эти методы должны быть сильнее   

2) Северный и южный пруты 23, 24 постепенно смещались к концентратору за недели-месяцы эксплуатации. Однако они были вбиты в землю только на 10-15 см, поскольку я делал это в январе в замерзшую землю. Методы противодействия: погружать пруты в землю на 25-40 см и перебивать их в новое место каждые 2-6 лет

3) Я столкнулся с массовым растрескиванием подкладок 17, когда я вкручивал в них шурупы из планок 8. Однако не все подкладки трескались. Группа риска – подкладки из сухих и тонких досок (20-25 мм). Поэтому я предлагаю толщину подкладок около 40 мм и правильный выбор породы дерева и технологии его просушки (плюс возможно его пропитка смолами)

4) Были 2 случая, когда треснули концы планок 8 под действием шурупов. Они треснули во время вкручивания шурупов в подкладки 17. Я не видел появления таких трещин во время эксплуатации концентратора. Методы противодействия: лучше контроль ширины планки на концах, сверлить дырку под шуруп не ближе 2-3 см от торца планки, больше диаметр этой дырки, возможно пропитка концов планок смолами. Может быть, крепить плоские стальные пластины (или уголки) на концах планок и вкручивать шурупы уже через них

5) Я потратил много времени и нервов, чтобы исправить следующую свою ошибку. В январе 2012 я расположил шуруп 14 недалеко от нижнего края нижнего зеркала 6. Поэтому рычаг 16 уперся в нижний торец зеркала и не мог стать на нужное место. Вывод: расстояние между шурупом 14 и местом нижней планки нижнего зеркала должно быть больше 20 см

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

Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 2)

3) Вертикальная перестройка концентратора:

21 сентября (это день осеннего равноденствия) наблюдатель заметит, что зеркала концентратора направляют солнечный зайчик на середину стекла коллектора 4; солнечный зайчик появится там утром и будет располагаться там весь день. Однако в следующие дни местоположение зайчика начнет перемещаться вверх, и в начале октября он уже не будет попадать на коллектор ни одной минуты. Поэтому концентратор требует «вертикальной перестройки», чтобы зайчик попадал на коллектор 4. «Вертикальная перестройка» — это изменение угла расположения рычага 9 и рычага 16. Эти углы обеспечиваются через следующие три механизма:

1) Количество витков веревки 19 на южном колу 21. Добавление одного витка тянет веревку 19 на 16 см и уменьшает вертикальный угол рычага 9

2) Количество витков веревки 19 на южной трубе 23. Один виток – это тянет веревку 19 на 6 см

3) Количество витков веревки 25 на северном колу 26. Добавление одного витка тянет веревку 25 на 13,2 см и поднимает рычаг 16 в сторону вертикали

Один из вариантов работы концентратора – следующие 6 позиций:  

№ пози-ции

 На колу 21

На трубе 23

На колу 26

Верт. угол рычага 9

Верт. угол рычага 16

Оптим-альный угол солнца

 т.е. осенью

т.е. весной

1

2 витка

2 витка

0

22,0 град

-19,8 град

19,8 град

30 нояб

11 янв

2

2 витка

1 виток

0

24,2

— 19,8

24,2

8 нояб

2 февр

3

2 витка

0

0

26,5

— 19,8

28,8

25 окт

16 февр

4

0

2 витка

2 витка

34,8

— 8,2

33,8

12 окт

1 март

5

0

1 виток

2 витка

37,5

— 8,2

39,2

27 сент

16 март

6

0

0

2 витка

40,3

— 8,2

44,8

11 сент

1 апр

Работа концентратора с 1 октября до 20 апреля (это отопительный сезон для г.Миргород – 50 град сев. широты) – это следующие 9 периодов работы в разных позициях:

Пози-ция

Период работы в этой позиции

Угол солнца в этот период

Угол солнца точного попадания

Где фокус зеркал? (по стеклу коллектора)

1

4

1 октябрь – 17 октябрь

38,0 > 31,3

33,8

2,2 см за стеклом

2

3

18 октябрь – 29 октябрь

31,3 > 26,5

28,8

5,0 см перед стеклом

3

2

30 октябрь – 17 ноябрь

26,5 > 22,0

24,2

0 (идеал)

4

1

18 ноябрь – 21 январь

22,0 > 18,0 > 22,0

19,8

4,8 см за стеклом

5

2

22 январь – 9 февраль

22,0 > 26,5

24,2

0 (идеал)

6

3

10 февраль – 20 февраль

26,5 > 31,3

28,8

5,0 см перед стеклом

7

4

21 февраль – 7 март

31,3 > 36,5

33,8

2,2 см за стеклом

8

5

8 март – 24 март

36,5 > 42,0

39,2

3,7 см перед стеклом

9

6

25 март – 20 апрель 

42,0 > 51,3

44,8

9,7 см перед стеклом

Замечания:

— Этот пример – вертикальные перестройки примерно через 5 градусов изменения вертикального угла солнца в полдень. Этот случай требует коллектора с активной высотой 20-25 см. Я перестраивал свои концентраторы более часто (через 2-3 градуса), чтобы использовать более низкий коллектор (17-18 см)

— Выборы сечения кола 21 (30 х 42), сечения кола 26 (25 х 34) и диаметра трубы 23 (15 мм)– не являются случайными. Эти параметры – есть следствия требований к углам рычагов 9, 16 при разных «позициях». Плюс эти углы зависят от диаметра веревок, от расстояний (от шурупа 14) до колов 21, 26, от расстояний (от шурупа 14) до точек фиксации веревок на рычагах 

— До 5-7 октября солнечный зайчик будет плохо попадать на коллектор (середина зайчика будет опускаться до района верхнего края коллектора). Однако – это не есть проблема, поскольку начало отопительного сезона требует мало тепла

— В позиции № 6 (после 25 марта) солнечный зайчик будет очень высокий, поскольку фокус зеркал будет располагаться далеко (9,7 см) перед стеклом коллектора. Это уменьшает КПД системы. Однако – это не есть проблема (конец отопительного сезона требует мало тепла). Плюс это явление (большой зайчик) обеспечивает попадание зайчика на коллектор после 10 апреля (середина зайчика будет подниматься до района нижнего края коллектора в эти дни)

Таким образом, концентратор требует следующие 9 шт. переходов:

№ пере-хода

Пози-ции

Операции перехода

Желательная дата этих операций

Человеко-время на эти операции

1

4 > 3

«-2 витка с трубы 23 и +2 витка на кол 21»

«-2 витка с кола 26»

18 октябрь

48 сек

2

3 > 2

«+виток на трубу 23»

30 октябрь

11 сек

3

2 > 1

«+виток на трубу 23»

18 ноябрь

11 сек

4

1 > 2

«-виток с трубы 23»

22 январь

8 сек

5

2 > 3

«-виток с трубы 23»

10 февраль

8 сек

6

3 > 4

«+2 витка на трубу 23 и -2 витка с кола 21»

«+2 витка на кол 26»

21 февраль

45 сек

7

4 > 5

«-виток с трубы 23»

8 март

8 сек

8

5 > 6

«-виток с трубы 23»

25 март

8 сек

9

6 > 4

«+2 витка на трубу 23»

5-25 апреля

13 сек

 

 

И Т О Г О (время на все операции)

 

2 мин 40 сек

— Веревки на кольях 21, 22, 26, 27 фиксируются следующим образом. Конец веревки фиксируется 1-2 скобой степлера (ножки скоб входят в кол через веревку); плюс 3-4 витка веревки, которые никогда не снимаются; плюс 2-3 скобы в веревку первого витка. Практика показала, что такая фиксация очень надежная. Плюс скоба на последний виток (ножки этой скобы идут с разных сторон веревки), чтобы веревка не слетела с кола; «скоба последнего витка» — очень надежный метод    

— Операция «-виток с трубы 23»: сначала человек идет по ряду южных труб 23 и снимает виток с них (4 сек). Затем человек идет по ряду северных прутов 24 и надевает максимум витков на него (4 сек). Итого – 8 сек / секция

— Операция «+виток на трубу 23»: сначала человек идет по ряду северных прутов 24 и (если это нужно) ослабляет веревку 19: он снимает 1-2 витка с прута 24 или (если это нужно) снимает виток с северного кола 22 (5 сек). Затем человек идет по ряду южных труб 23 и надевает на них виток веревки 19 (6 сек). Итого – 11 сек / секция

— Операция «+2 витка на кол 26»: сначала человек идет по ряду южных колов 27 и ослабляет веревку 25: он снимает 2-3 витка с кола 27, сорвав «скобу последнего витка» (8 сек). Затем человек идет по ряду северных колов 26, надевает на них по 2 витка и ставит «скобу последнего витка» (14 сек). Итого – 22 сек / секция

— Операция «-2 витка с кола 26»: сначала человек идет по ряду северных колов 26 и снимает 2 витка, сорвав «скобу последнего витка» (8 сек). Затем человек идет по ряду южных колов 27, надевает максимум витков на них и ставит «скобу последнего витка» (12 сек). Итого – 20 сек / секция  

— Операция «-2 витка с трубы 23 и +2 витка на кол 21»: она делаются двумя рабочими. Один человек идет по южной стороне, снимает витки с трубы 23, надевает 2 витка на кол 21 и ставит «скобу последнего витка». Другой человек идет по северной стороне, ослабляет веревку 19 (снимает витки с прута 24 и кола 22) и поднимает рычаг 9 по командам первого человека. Итого – 2 х 14 сек / секция  

— Операция «+2 витка на трубу 23 и -2 витка с кола 21»: сначала человек идет по ряду южных колов 21, срывает «скобу последнего витка» с него, снимает 2 витка с него и надевает 2 витка на трубу 23 (11 сек). Затем человек идет по ряду северных колов 22, снимает все витки с прута 24, надевает максимум витков на кол 22, ставит «скобу последнего витка» и надевает максимум витков на прут 24 (12 сек). Итого – 23 сек / секция

 

4) Периодическая настройка концентратора:

Она должна достигать следующих двух целей:

1) В позиции № 2 угол между рычагами 9 и 16 должен быть равен 44,0 град (или в позиции № 3 – 46,3 град и т.д.)

2) 8 ноября (или 2 февраля, или 25 октября и т.д.) солнечный зайчик должен точно попасть в середину коллектора в момент географического полдня (хотя я обычно настраивал попадание на 3-4 см ниже середины; эти причины объясняются очень долго) 

Причины необходимости периодической перенастройки: растягивание (или усадка) веревок 19, 25 за месяцы-годы и мартовский сдвиг кола 21 на север (мягкий грунт держит его плохо в это время). Эти процессы могут компенсировать друг друга и увеличить период перенастройки до 2-4 год

Настройка проходит через следующие четыре этапа (дистанция между ними имеет право достигать несколько месяцев):

1) Человек идет по южной стороне ряда и замеряет вертикальный угол рычага 16. Результат записывается в мини-компьютер сразу. Позже компьютер вычислит отклонение этого угла (от требований таблицы из главы 3) и распечатает «задание для Этапа 2» (на сколько сантиметров нужно подтянуть или отпустить веревку 25 с северного кола 26). Итого – 12 сек / секция 

2) Этот этап делается 15-20 октября вместе с операцией «-2 витка с кола 26». Сначала (в рамках этой операции) человек идет по ряду северных колов 26 и снимает 2 витка, сорвав «скобу последнего витка». Затем человек снова идет по ряду колов 26 и исполняет упомянутые «задания для Этапа 2». Ожидается, что компьютер решит не трогать 30-50 % колов 26; человек пропускает их. Остальные колья 26 корректируются: сначала человек цепляет прищепку на веревку 25 в определенном месте согласно «заданию»; затем все скобы с кола срываются, и человек подтягивает (или отпускает) веревку до упомянутой прищепки; затем 1-2 скобы в конец веревки, 2-3 скобы в первый виток и «скоба последнего витка»; прищепка снимается. Затем человек завешает операцию «-2 витка с кола 26» (он надевает максимум витков на южные колы 27 и ставит «скобу последнего витка»). Итого время, дополнительное до операции – 50 сек на одну корректировку = 30 сек / секция

3) Этот этап может делаться в любой солнечный день (при безоблачном небе), однако желательно недалеко от любого дня из первой таблицы главы 3: 30 ноября, 11 января, 8 ноября и т.д. Отсутствие ветра – крайне желательное, поскольку ветер шатает зеркала и зайчик качается вверх-вниз. Эту операцию делают два рабочих в период плюс-минус 2-4 час от географического полудня. Первый человек идет с южной стороны и ставит белый экран (с отметками высоты) на стекло коллектора напротив рычагов 9 (Я использовал приспособление из белой стального листа 0,8 мм шириной 20 см и высотой 60 см. Этот лист имеет горизонтальный изгиб, который хорошо цеплялся за верх коллектора, и вес листа хорошо прижимал его к стеклу коллектора. Отметки высоты – это линии маркера с интервалом 5 см). Второй человек идет с северной стороны и смотрит на этот экран через промежуток между верхним и нижним зеркалами 6. Он фиксирует высоту середины солнечного зайчика и записывает его в мини-компьютер сразу. Позже компьютер вычислит отклонение этой высоты от требований данного дня-часа-минуты и распечатает «задание для Этапа 4» (на сколько сантиметров нужно подтянуть или отпустить веревку 19 с южного кола 21). Итого – 2 х 10 сек / секция

4) Этот этап аналогичный Этапу 2, однако действия осуществляются с колом 21, причем, 17-25 февраля вместе с операцией «+2 витка на трубу 23 и -2 витка с кола 21». Ожидается, что компьютер решит не трогать 30-50 % колов 21. Остальные колы 21 корректируются по «заданиям для Этапа 4»: установить прищепку на веревку 25 согласно «заданию», сорвать скобы, подтянуть (отпустить) веревку до прищепки, поставить скобы, снять прищепку. Итого дополнительное время – 50 сек на одну корректировку = 30 сек / секция

Таким образом, затраты времени на настройку одной секции – 1 минута 32 сек

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

Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 1)

Существует идея солнечного концентратора, который имеет (рис.А – вид сбоку) цилиндрические верхнее зеркало 1 и нижнее зеркало 2. Эти зеркала фокусируют радиацию от солнца 3 на коллекторе 4, где эта радиация нагревает воду. Система зеркал 1,2 и коллектора 4 может поворачиваться вокруг оси 5

Этот концентратор имеет следующий недостаток: сильный ветер шатает зеркала 1, 2 и эти колебания передаются на коллектор 4. Это уменьшает срок службы коллектора. Идея нового концентратора 4-го типа – это убрать механическую связь между зеркалами и коллектором 4, чтобы ветер не разрушал коллектор. Остальные 80 % конструкции концентратора не отличаются от прототипа (т.е. упомянутого выше концентратора 1-го типа)

Концентратор 4-го типа был испытан в г. Миргород (Украина) в январе-марте 2012: эксплуатация трех секций по 4 кв. метра зеркал (и до июня 2012 одна секция с другим креплением на земле). Концентратор оказался дешевым (2-4 EUR за кв. метр зеркал) и с эксплуатационными расходами меньше 0,2 EUR в год на кв. м зеркал

 

1) Конструкция

Концентратор имеет (рис.B – вид сбоку):

— Два листа 6 пенополистирола толщиной 2 см, высотой по 1 м и шириной по 2 м

— Дешевые зеркала 7. Я использовал зеркальную полимерную пленку, которая была наклеена на пенополистирол с солнечной (южной) стороны. Тема дешевых зеркал была описана в Докладе 10 (глава 2 и технология быстрой замены зеркал) и будет описана более подробно в последующих докладах: зеркала на полимерной пленке и на полосах обычного стеклянного зеркала

— Каждый из листов 6 имеет по 3 шт. деревянных планок 8: средняя планка имеет высоту 20 мм и ширину 40 мм; верхняя и нижняя планки имеют высоту 20 мм и ширину 30 мм. Планки имеют длину по 205 см и приклеиваются (полиуретановой пеной) к несолнечной стороне листов 6. Планки 8 держат листы 6 в пространстве и дают им (и зеркалам 7) цилиндрическую форму нужного радиуса кривизны

Концентратор работает следующим образом. Солнечная радиация попадает на зеркала 7 и отражается ими (фокусируется) на поверхность 4 фотоэлемента или коллектора. Солнечный зайчик (отражение от 2-метровой высоты зеркал 7) имеет высоту 10-20 см в районе поверхности 4. Это есть следствие вогнутой (цилиндрической) формы зеркал 7

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 коллекторов (или фотоэлементов). Соседние ряды располагаются через интервал около 8 м

Стыки соседних секций ряда снабжаются следующим:

— Рычаг 9, который имеет длину 270 см и состоит из трех деревянных планок (они соединены шурупами друг с другом): центральная планка 10 (длина 1500 мм, перпендикулярно рисунку – 40 мм, параллельно рисунку – 50 мм), верхняя и нижняя планки 11 размерами по 1000 х 30 х 50 

— 2 шт. деревянных (из качественной древесины) колов 12 (я использовал сечения 30 х 40 или 30 х 50). Они вбиваются в землю по обе стороны рычага 9 на глубину 25 – 45 см. Длинный толстый шуруп 14 идет сначала через один кол 12, затем через рычаг 9 и другой кол 12. Короткая деревянная планка 15 упирается в поверхность земли, располагается между колами 12 и соединена шурупами с ними

— Деревянный рычаг 16 длиной 175 см (перпендикулярно рисунку – 30 мм, параллельно рисунку – 40 мм). Он есть крепление коллектора 4. Рычаг 16 фиксируется шурупом 14 тоже. Шуруп 14 – есть ось вращения для обоих рычагов 9 и 16

— 6 шт. деревянных подкладок 17: 2 шт. крайних прикручиваются на рычаг 9 с южной стороны, 2 шт. центральных прикручиваются на рычаг 9 с северной стороны через деревянный брусок 18 толщиной 40 мм, 2 шт. средних прикручиваются на планки 11 рычага 9 с северной стороны. Планки 8 прикручиваются к подкладкам 17 шурупами. Подкладка 17 – это кусок планки длиной 90 мм (волокна ее древесины – перпендикулярно рисунку), параллельно рычагу 9 – 50 мм, перпендикулярно рычагу – 40 мм. Перепад глубин между центральной и средней подкладкой = 90 мм (50 мм планки 10, 40 мм бруска 18). Перепад между средней и крайней подкладкой = 165 мм (50 мм планки 11, 80 мм двух подкладок, 30 + 5 мм высоты крайней планки 8). Эти перепады (и нужный сдвиг средней планки 8 на листе 6) делают цилиндрическую форму листов 6 с радиусом кривизны 260 см (обеспечивают 130 см фокусного расстояния зеркал 7)   

— Веревка 19 (длиной 10 м), которая фиксируется на верх рычага 9 с помощью двух дырок 20, витков веревки вокруг рычага и скоб степлера 

— Южный кол 21 сечением 30 х 42. Он вбит в землю на 45-70 см под углом 30-40 град. Он фиксирует край веревки 19 витками и скобами степлера

— Северный кол 22 (сечение 30 х 40), вбитый в землю (угол – около 45 град) фиксирует другой край веревки 19

— Стальная труба 23 наружным диаметром 15 мм (стенка 1-2 мм) и длиной 60 см. Она вбита в землю под углом 45 град, и веревка 19 может накручиваться на нее

— Закаленный стальной прут 24 диаметром 8 мм и длиной 60 см. Он вбит в землю под углом больше 45 град для витков веревки 19

— Веревка 25 для коллектора 4. Она фиксируется на 10-25 см ниже верхнего торца рычага 16, чтобы не мешать установке коллектора на рычаг 16 выше веревки 25

— Северный кол 26 сечением 25 х 34 и южный кол 27 (сечение 20 х 30). Они вбиты в землю и держат веревку 25

Список 37 шт. нужных шурупов (на одну секцию, кроме толстого шурупа 14 длиной 120 мм):

— 12 шт. (55-65 мм) – с планок 8 на подкладки 17

— 2 х 3 шт. (95) – между планками 10, 11

— 2 х 2 шт. (85) – с брусков 18 на рычаг 9

— 6 х 2 шт. (75) – с подкладок 17 на рычаг 9 или брусок 18

— 1 шт. шуруп 28 (50) усиливает древесину рычага 9 под шурупом 14

— 2 шт. (45) – с колов 12 на упор 15

Может случиться, что ряд концентраторов должен иметь небольшой наклон на запад или восток, чтобы организовать сток воды из труб коллекторов 4. Этот наклон обеспечивается изменением высоты шурупа 14 (т.е. изменением глубины погружения колов 12 в землю и / или изменением длины колов 12). Я использовал наклон 2,5 см на 2,05 м ширины секции концентратора, хотя я думаю, что этот наклон может быть уменьшен до 1-2 см на 2,1 м секции. Точность разницы высот соседних шурупов 14 – плюс-минус 1 см. Иначе зимой вода может остаться в коллекторе, замерзнуть и разрушить стальные трубы

 

2) Стоимость

Описанный выше концентратор (с 4 кв. метр зеркал и одним стыком соседних концентраторов ряда) требует следующих материалов, не считая коллектора 4 и зеркал 7 (Цены – крупный опт, июнь 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Пенополистирол листов 6: толщина 2 см плотность 15-25 кг / куб. м, не-экструдированный

4 кв. м

0,4 Е / кв. м

1,60 Е

Полиуретановая пена (для клея планок 8 к листам 6)

10 % баллона «50 литр»

2 Е / баллон

0,20 Е

Сосновые планки 8: (2 шт. х 2050 х 20 х 40) и (4 шт. х 2050 х 20 х 30). Пропитка. Отбор без сучков (планки с сучками – для других типов концентраторов)

0,0081 куб. м

120 Е / куб. м

0,89 Е

Сосновые планки для рычага 9: (1500 х 50 х 40) и (2 шт. х 1000 х 50 х 30). Пропитка. Отбор без сучков (планки с сучками – для других типов концентраторов)

0,0060 куб. м

110 Е / куб. м

0,66 Е

Деревянные 2 шт. брусков 18 (по 40 х 50 х 60), 6 шт. подкладок 17 (по 40 х 50 х 90), 1 шт. упор 15 (30 х 40 х 100)   

0,0014 куб. м

110 Е / куб. м

0,15 Е

Сосновый рычаг 16 (1750 х 40 х 30). Пропитка. Отбор без сучков (планки с сучками – для других типов концентраторов)

0,0021 куб. м

110 Е / куб. м

0,23 Е

Качественная древесина (дуб, лиственница, др.; плюс разные пропитки) для колов 12 (2 шт. х 30 х 50 х 600)

0,0018 куб. м

300 Е / куб. м

0,54 Е

Сосна (с пропитками) для колов 21-22, 26-27: (30 х 42 х 600), (30 х 40 х 500), (25 х 34 х 450), (20 х 30 х 400)

0,0020 куб. м

110 Е / куб. м

0,22 Е

Толстый шуруп 14 длиной 120 мм

1 шт.

0,05 Е / шт.

0,05 Е

37 шт. шурупов длиной 45-95 мм

 

 

0,08 Е

Сталь: труба 23 и прут 24

0,53 кг

0,6 Е / кг

0,32 Е

Веревка 19

10 м

0,02 Е / м

0,20 Е

Веревка 25

8 м

0,015 Е / м

0,12 Е

                 С У М М А

 

 

5,34 EUR

Расходы человеко-времени (вариант технологии – в Главе 10):

1) 22 минут на изготовление двух щитов (лист 6 + три планки 8), изготовление рычага 9 и других деталей концентратора

2) 2 минуты на перевозку комплекта деталей одной секции из завода на поле (один грузовик перевозит около 200 секций; это около 3,5 тонн). Плюс разгрузить комплекты в 10-20 точек на поле 

3) 13 минут на сборку-установку секции на поле

4) 3 минуты на настройку концентратора и коллектора

Эти расходы времени имеют смысл при следующих условиях:

— Изготовление деталей осуществляется в рабочем помещении с удобным складом и несколькими самодельными приспособлениями 

— Работает бригада: много операций требуют двух или трех человек. Несколько операций требует 10-20 человек по принципу «один человек на одну секцию ряда»   

— Рабочие – это профессионалы с опытом, нужными инструментами и самодельными приспособлениями

Таким образом (для секции концентратора с 4 кв. м зеркал):

— Стоимость материалов – 5,34 EUR на секцию, т.е. 1,34 EUR / кв. м

— Затраты времени – 40 человеко-минут. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 10,0 EUR, т.е. 2,50 EUR / кв. м

Таким образом, стоимость концентратора (без коллектора и зеркальных поверхностей) – 3,84 EUR за кв. метр зеркала

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