Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов (Часть 8)

10) Приложение 2: Коллектор высотой 30,3 см:

Единственное отличие этого коллектора от коллектора из главы 2: мы увеличиваем количество труб 1 с 6 шт. до 10 шт. Промежутки между трубами: 11 + 10 + 9 + 8 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 = 83 мм. Активная высота – 303 мм (= 83 мм + 10 труб по 22 мм). Активная площадь – 1,91 кв. м (6,3 м х 30,3 см)

Стоимость материалов (Цены – крупный опт, июль 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Труба оцинкованная: D наружный = 22 мм, стенка = 1 мм (10 шт. по 6,25 м)

33,2 кг

0,65 Е / кг

21,6 Е

Черная краска для нее (4,3 кв. метр поверхности покраски по 0,2 кг / кв. метр)

0,86 кг

1,4 Е / кг

1,2 Е

Черные резиновые шланги с D внутренний = 20 мм (10 шт. по 0,1 м)

1,0 м

0,7 Е / м

0,7 Е

10 х 2 шт. стальных хомутов на D = 28 мм

 

 

1,3 Е

Сосновые доски 5,6: 6 шт. по 10 х 140 х 2100

0,0176 куб. м

110 Е / куб. м

1,9 Е

Сосновые доски 7: 3 шт. по 12 х 308 х 2100

0,0233 куб. м

110 Е / куб. м

2,6 Е

Сосновые планки 9, 11: 3 шт. по 20 х 40 х 500 и 3 шт. по 20 х 40 х 300

0,0019 куб. м

100 Е / куб. м

0,2 Е

Стекловата толщиной 5 см (шириной 53 см)

3,3 кв. м

0,45 Е / кв. м

1,5 Е

Фольга 3 толщиной 15 мкм (шириной 33 см)

2,1 кв. м

0,2 Е / кв. м

0,4 Е

Полиэтиленовая пленка 4 (шириной 73 см)

4,6 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,7 Е

Прут для стержней 8: D наружный = 5 мм  (3 шт. х 0,43 м)

0,20 кг

0,55 Е / кг

0,11 Е

Проволока для крепления труб 1 с D = 0,8 мм (3 шт. х 0,8 м)

0,01 кг

5 Е / кг

0,05 Е

33 шт. шурупы планок 9, 11: 8 х 3 шт. (длина 35 мм), плюс 3 шт. шурупов 12 (длина 60-80), плюс 3 х 2 шурупов 10 (длина 45-65)

 

 

0,06 Е

С У М М А

 

 

32,3 EUR

Расходы человеко-времени :

1) 13 минут – изготовление деталей коллектора

2) 13 минут – сборка коллектора (без труб 1 и пленки 4)

3) 4 минуты – перевозка и разгрузка частей коллектора с завода на поле

4) 27 минуты – установка труб в коллектор, установка коллектора в концентратор, установка пленки 4

Таким образом (для коллектора длиной 6,3 м и активной площадью 1,1 кв. м):

— Стоимость материалов – 32,3 EUR на 6,3 м коллектора, т.е. 5,13 EUR / м

— Затраты времени – 57 человеко-минут. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час, то эти расходы будут 14,3 EUR, т.е. 2,26 EUR / м

— Стоимость коллектора – 7,39 EUR за метр длины (24,4 EUR за кв. метр активной поверхности коллектора)

Сравнение с коллектором из Главы 2:

— Сейчас активная высота и активная площадь увеличились в 1,73 раз

— Сейчас стоимость кв. метра активной площади коллектора уменьшилась в 1,20 раз (было 29,2 EUR / кв. м, стало 24,4 EUR / кв. м)

— Сейчас стоимость метра длины коллектора увеличилась в 1,45 раз (было 5,10 EUR / м, стало 7,39 EUR / м). Таким образом, существует правило «Увеличение активной высоты коллектора на 1 % увеличивает его стоимость на 0,62 %» («Стоимость коллектора растет медленнее в 1,61 раз, чем его активная высота растет»)

 

11) Приложение 3: Края ряда коллекторов:

Ряд коллекторов состоит из трех их типов:

1) 3-13 шт. коллекторов обычного типа, который описан в этом докладе: он имеет длину 6,3 м и по 3 шт. стержней 8, планок 9, 11. Вода заходит в коллекторы по шлангу 31 (см. рис. J), она попадает в 4-проходную муфту 32, делится на три части и идет в коллекторах по трем нижним трубам 1 к муфте 33. Это 7-проходная муфта: 6 шт. ее выходов соединяются с 6 шт. трубами 1, а седьмой выход имеет обратный клапан 34, который соединяет муфту с атмосферой (я использовал обычный клапан «половина дюйма» ценой меньше 1 EUR). Вода разворачивается в муфте 33, и возвращается к левому краю ряда по трех верхних трубах 1. Затем вода попадает в 4-проходную муфту 35 и уходит из коллекторов по шлангу 36

Слив воды из труб – автоматический. Если насос прекращает давать воду в коллекторы (через шланг 31), то вода начинает уходить из труб 1 через шланги 31 и 36. Воздух попадает в трубы 1 через обратный клапан 34 (он разрешает проход только внутрь муфты 33 и запрещает выход воды из муфты), и позже воздух начнет входить в коллектор через шланги 31 и 36. Вода полностью уходит из труб 1 из-за небольшого наклона ряда коллекторов (рис. J показывает, что левый край ряда расположен ниже правого края). Перепад высот – от 3 до 7 см на каждые 6,3 м коллекторов

2) 1 шт. коллектор, который расположен вверху ряда (это крайний правый коллектор на рис.J): он имеет 3 шт. стержней 8 и планок 9, 11, однако его длина – 6,7 м. Дополнительные 40 см используются для расположения (см. рис.L) муфты 33 с обратным клапаном 34, 6 шт. черных резиновых шлангов 37 (которые соединяют трубы 1 с муфтой 33), сосновой доски 38 и слоя 39 стекловаты с фольгой 40. Рис.L показывает мое решение задачи полного слива воды из края коллектора: шланги 37 загнуты вверх, причем это естественный изгиб шлангов. Клапан 34 требует вырез доски 5 для своего прохода. Пленка 4 образует складку 41 над ним, однако она дает проход воздуха из атмосферы до клапана 34. Складка 41 препятствует хорошему натяжению пленки 4 в этом месте: я до сих пор громко ругаюсь, когда делаю это. Клапан 34 является «тепловым мостом», который уводит много тепла через свою бронзу; поэтому я утеплил его стекловатой, поролоном и трубной теплоизоляцией (складка 41 уменьшает утечку тепла тоже). Я имел еще одну проблему: когда температура воды в коллекторе подходила к 100 град, то мой клапан давал утечку воды (поскольку это клапан для холодной воды). Это должен быть клапан для горячей воды

3) 1 шт. коллектор, который расположен внизу ряда (это крайний левый коллектор на рис.J): он имеет длину 6,7 м тоже. Дополнительные 40 см используются для расположения (см. рис.K) муфты 32, 35, 6 шт. черных резиновых шлангов 42 (которые соединяют трубы 1 с муфтами 32, 35), сосновой доски 38 и слоя 39 стекловаты с фольгой 40. Однако этот коллектор имеет 4 шт. стержней 8 и планок 9, 11, и он закреплен на четырех рычагах концентраторов (а не на трех, как коллекторы типов 1 и 2). Рис.K показывает муфты 32, 35 в моем коллекторе: эти муфты имеют вид сантехнических гребенок, муфта 35 имеет трубку 43, а обе муфты имеют патрубки 44 для шлангов 31, 36 (на стальных хомутах). Шланги 42 загнуты вниз (для полного слива воды из края коллектора), причем это естественный изгиб шлангов. Муфты требуют вырез доски 6 для своего прохода. Из-за этого крепление пленки 4 имеет отличия в этом месте. Муфты 32, 35 являются «тепловыми мостами», которые уводят много тепла через свою бронзу; я утепляю их поролоном. Хотя существует идея поднять патрубки 44 внутрь коллектора, а шланги 31, 36 ввести в коллектор через два круглых отверстия, а не через вырез доски 6. Эта идея (спрятать все внутри) дает еще несколько плюсов, например, патрубки 44 являются местом возможного замерзания воды зимой, если они расположены снаружи коллектора. Я уже имел аналогичные замерзания: коллектор дает капли воды несколько часов после слива воды, и эти капли выходили на холодные резиновые шланги сразу под коллектором, быстро охлаждались и замерзали в узких проходах (это были пластиковые соединители шлангов, которые имеют внутренний диаметр в 1,5 раз меньше, чем шланг)

Примерная стоимость двух краев ряда (это стоимость коллектора 2-го типа, плюс коллектор 3-го типа, минус стоимость двух коллекторов 1-го типа, минус стоимость 2 х 0,35 м длины обычного коллектора, поскольку шланги 37, 42 и муфты 32, 33, 35 работают как трубы 1: они покрашены в черный цвет, лежат на фольге 3, имеют стекловату 2):

— Я собирал муфты 32, 33, 35 из бронзовых тройников, уголков и патрубков. Я герметизировал их резьбы синим жидким клей-герметиком. Цена этих деталей (крупный опт, без НДС) – 10 EUR с обратным клапаном 34. Время сборки – 20 минут: это еще 5 EUR зарплат

— 12 шт. шлангов 37, 42 длиной по 30 см и 12 шт. стальных хомутов – это расходы 3,2 EUR. Однако экономия 2 х 6 х 0,35 м труб – это доходы 1,4 EUR. Итого разница – 1,8 EUR

— Мы должны ждать очень утомительные операции закрепления муфт в корпусе коллектора и соединения шлангов 37, 42 с муфтами. Это 15-25 минут = 5 EUR зарплат

— Остаются: 2 шт. досок 38, 2 шт. слоев 39 фольгированной стекловаты, 2 х 20 см свободной пленки 4 на краях ряда. Это не больше 2 EUR с зарплатами за их установку

Таким образом, мы получаем 24 EUR дополнительных расходов на ряд из 5-15 коллекторов. Хотя эта сумма может быть уменьшена в 1,5-2,5 раз: изготовление муфт по известным технологиям бронзовых гребенок, переход с бронзы на сталь, упрощение установки муфт на шланги 37, 42 и в корпус коллектора. Еще одна идея: муфты 32, 33, 35 могут быть использованы несколько раз: старые муфты могут устанавливаться с новыми трубами или новыми коллекторами

Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов (Часть 7)

7) Эксплуатационные расходы коллектора (Окончание):

9) «Помывка пленки». Если коллектор работает в концентраторе, то мы должны мыть пленку 4 периодически. Дожди – плохие помощники: они могут мыть пленку с октября до марта, однако в другие месяцы они могут мыть только верхнюю часть пленки. Летом коллектор смотрит почти вниз (с отклонением от вертикали – 30-40 град) и находится выше 160-180 см над землей. Я могу предложить два варианта помывки пленки 4: ручной и машинный.

«Ручной вариант»: человек идет и несет за спиной бак воды (30 литров), форсунки распылителя на трубке в виде буквы «Г» (она поднимается сзади коллектора, огибает его верх, опускается вниз 20-40 см и поворачивает форсунки вверх на пленку 4), электрический аккумулятор 50 Вт х 4 час, видеокамера на форсунках, ее монитор в удобном месте (чтобы видеть пленку 4, не поднимая головы) и два мини-насоса по 50 Вт: насос 20 м х 5 литр / мин для подачи воды в форсунку и насос 2 м х 50 литр / мин для закачки воды в 30-литровый бак. Скорость движения человека по ряду коллекторов – 3 км / час (0,8 м / сек); человек проходит длину 6,3 м одного коллектора за 8 сек и форсунка выливает на его пленку 0,7 литр воды (на 2,2 кв. м поверхности). Человек расходует 30-литровый бак за 6 минут, проходит путь 290 м и моет 45 коллекторов. Весь расход времени на 45 коллекторов – 7 минут 30 секунд (10 сек на 6,3 м коллектора):

— 6 минут:  пройти ряды коллекторов со скоростью 3 км / час

— 25 секунд: подойти к бочке с водой (10-50 м)

— 40 секунд: опустить шланг в бочку, включить свой второй насос и ждать, пока он качает воду из в 30-литровый бачок (50 литр / мин)

— 25 секунд: вернуться от бочки к рядам коллекторов (10-50 м)

Бочки (200 л) стоят вдоль путей автотранспорта по полю. Запас их воды восстанавливается небольшой автоцистерной (5 тонн), которая берет воду из скважины мощностью 1000 литр / мин. Расходы автоцистерны – 30 EUR на 5 т воды (Это 0,004 EUR на коллектор): зарплаты водителя и рабочего за 30 мин + аренда автоцистерны + 3 л бензина + электроэнергия насосов скважины. Все расходы на коллектор – 4,6 евроцент (зарплата за 10 секунд + 0,004 EUR)

«Машинный вариант» в 3,3 раз дешевле, однако он требует ровную колею между рядами концентраторов-коллекторов: небольшая автоцистерна (5 тонн) едет по северной стороне ряда концентраторов и поливает пленку 4 из форсунок (струи идут над концентратором). В отличие от «ручного варианта» (из-за плохого нацеливания на пленку 4): сектор полива больше, а расход воды – 2 литра на 6,3 м коллектора (в 3 раза больше). Скорость движения автоцистерны – 15 км / час, а расход ее воды – 80 литр / мин. Она проходит длину 6,3 м одного коллектора за 1,5 сек. Она расходует 5000 л воды за 62 минуты, и проходит путь 15,8 км, чтобы полить 2500 коллекторов. Вся «машинная технология»:

 

 

Время на 5000 л

Время на один коллектор

1

Взять 5 т воды из скважины мощностью 1000 литр / мин

6 мин

0,14 сек

2

Путь от скважины до въезда в ряды концентраторов (2 км по грунтовой колее со скорость)

4 мин

0,10 сек

3

Полив (15,8 км со скоростью 15 км / час)

62 мин

1,5 сек

3

Путь от рядов концентраторов до скважины (2 км по грунтовой колее со скоростью 30 км / час)

4 мин

0,10 сек

 

И  Т  О  Г  О

76 мин

1,84 с

Другие расходы (без зарплаты водителя) на 5000 литров воды – 15 EUR : аренда автоцистерны (0,3 EUR / км) +  6 литр бензина + электроэнергия скважины (1 кВт-час). Это 0,006 EUR на коллектор. Вместе с зарплатой водителя (за 2 сек) – 1,4 евроцент / коллектор

Итак, 9 шт. элементов «Эксплуатационных расходов коллектора длиной 6,3 м»:

 

Операция

Перио-дич-ность

Цена материалов

Расход вре-мени

х 0,25 ЕUR / мин

Итого расхо-ды

Расхо-ды за 1 год

1

Замена пленки

7 раз в 30 год

0,5 Е

2 мин 05 сек

0,51 Е

1,01 EUR

0,24 EUR

2

Перекраска труб + Замена пленки

6 раз в 30 год

0,7 Е

2мин 30 сек

0,61 Е

1,31 EUR

0,26 EUR

3

Аварийная «Замена пленки + Перекраска труб»

0,25 шт. за 30 год

0,7 Е

2 мин 30 сек

0,61 Е

1,31 EUR

0,01 EUR

4

Замена труб + Замена пленки

1 раз в 30 год

11,5 Е

29 м 50 сек

7,45 Е

18,95 EUR

0,63 EUR

5

Покраска доски 7

2 раз в 30 год

0,25 Е

30 сек

0,12 Е

0,37 EUR

0,02 EUR

6

Быстрый осмотр

10 раз в год

0,5 сек

0,002 Е

0,003 EUR

0,02 EUR

7

Подтягивание хомутов

0,5 шт. хомутов за 15 год

1 мин 30 сек

0,37 Е

0,37 EUR

0,01 EUR

8

Аварийное отключение трубы (для ряда 5-15 коллекторов)

0,015 шт. труб за 15 год

1 Е

20 мин

5 Е

6,0 EUR

0,01 EUR

9

Помывка пленки (машинный вариант)

4 раз в год

0,006 Е

2 сек

0,008 Е

0,014 EUR

0,06 EUR

 

С  У  М  М  А (на 6,3 м длины коллектора в год)

 

 

 

 

 

1,26 EUR

Таким образом, коллектор требует эксплуатационных расходов – 0,20 EUR в год на метр своей длины. Это ставка 3,9 % в год (= 0,20 EUR годовых эксплуатационных расходов / 5,10 EUR стоимость одного метра)

 

8) Утилизация коллектора и ее отрицательная стоимость:

Метод удаления рядов старых коллекторов (второй столбец – расходы времени на 6,3 м длины коллектора):

1) Люди опускают ряды коллекторов на землю; точнее, они опускают рычаги концентраторов, которые держат коллекторы через шурупы 10. Люди имеют право делать это неаккуратно: пусть все ломается. Мой концентратор из Доклада 11 требует перерезать три веревки (большими ножницами), чтобы коллекторы опустились

12 сек

2) Пленка 4 срывается с рядов коллекторов. Она комкается и оставляется на поле под грузом. Затем мусоровоз поедет по полю, соберет эти пленки и отвезет их на утилизацию

20 сек

3) Человек удаляет гидравлические соединения труб, т.е. режет резиновые шланги (садовым секатором, маленькой болгаркой или маленьким газовым резаком)

15 сек

4) Человек идет с болгаркой по ряду коллекторов и режет стержни 8 (два конца около досок 5, 6). Проволока стержня должна перерезаться тоже. Таким образом мы получаем связку шести старых труб длиной 6,3 м (на трех стержнях 8 и их проволоках) и весом 20 кг.

40 сек

5) Люди вынимают эти связки труб из коллектора и кладут их на землю (Когда-то по полю поедет грузовик и заберет этот металлолом)

20 сек

6) Человек удаляет полосу фольги 3 из ряда коллекторов. Он комкает ее и бросает в большую картонную коробку, которая когда-то будет забрана на утилизацию алюминия

8 сек

7) Стекловата 2 удаляется в большие картонные коробки. Они будут забраны для утилизации стеловаты

20 сек

8) Человек берет бензопилу и пилит деревянный корпус коллектора (доски 5, 6, 7) через каждые 4,2 м

40 сек

9) Человек берет короткую бензопилу и пилит рычаги концентратора, которые держали коллектор: планки 9 с шурупами 10 остаются с этими рычагами (Таким образом, мы получаем обрезки деревянного корпуса длиной по 4,2 м. Когда-то грузовик поедет по полю, соберет это дерево, отвозет их на большую пилораму, которая порежет их массу с интервалом 40-60 см. Таким образом, хорошие дрова будут получены)

40 сек

И  Т  О  Г  О  расходы времени на удаление коллектора длиной 6,3 м (без того, чтобы забрать трубы 1 и куски корпуса коллектора и обработать их)

3 мин

35 сек

Далее доходы от продажи вторичного сырья, которое поступило от утилизации (Весь коллектор ушел на это сырье; ничего не осталось в поле и не попало на свалку).

 

Кол-во

Цена

Итого

Металлолом: трубы 1 со стержнями 8 (однако с остатками резиновых шлангов)

20 кг

0,20 Е / кг (без доставки и сбора в поле)

4,00 Е

Сухие дрова: доски 5, 6, 7 с планками 9, 11 (однако с шурупами и гвоздями)

20 кг

40 Е / тонна (без доставки и сбора в поле, без обработки на пилораме)

0,80 Е

Полиэтилен: пленка 4 (чистая)

0,5 кг

0,2 Е / кг (без доставки, но с погрузкой в мусоровоз)

0,10 Е

Стеклянный бой: стекловата 2 (однако немного черной краски)

1,5 кг

0,1 Е / кг (без доставки и погрузки)

0,15 Е

Лом алюминия: фольга 3 (однако много волокон стекловаты и немного черной краски)

0,05 кг

0,6 Е / кг

0,03 Е

И Т О Г О   (доходы от 6,3 м длины коллектора)

 

 

5,1 EUR

Таким образом, прибыль от утилизации 6,3 м коллектора – 4,2 EUR (5,1 EUR доходов от продажи вторичного сырья, минус 0,9 EUR зарплат за 3 мин 35 сек). Это 0,7 EUR за метр длины коллектора (13 % стоимости нового коллектора)

 

9) Приложение 1: Вариант технологии изготовления и установки коллектора

Предварительные работы для секции 6,3 м (на заводе):

1) Доски 5 и 6:  заказ 6 шт. сосновых заготовок 10 х 140 х 2100, сверлить отверстия под стержень 8 (по 1 шт. в каждой заготовке), складирование на паллету

2) Доска 7: заказ 3 шт. сосновых заготовок 12 х 180 х 2100, обрезать их края под углом 45 градусов (для плотного прилегания к доскам 5 и 6), складирование на паллету

3) Планка 9: отрезать 3 шт. сосновых заготовок по 20 х 40 х 500 (от планки 20 х 40), вкрутить 4 шурупа для соединения досок 6, просверлить 2 дырки для шурупов 10

4) Планка 11: отрезать 3 шт. сосновых заготовок по 20 х 40 х 300 (от планки 20 х 40), вкрутить 4 шурупа для соединения досок 5, вкрутить шуруп 12

5) Стержень 8: отрезать 3 шт. заготовок по 30 см (от жесткого прямого стального прута с D = 5 мм)

6) Проволока стержня: отрезать 3 шт. по 50 см, перегнуть пополам

7) Стекловата 2: разрезать рулон стекловаты шириной 120 см на три рулона по 40 см

8) Фольга 3: разрезать рулон фольги шириной 1 м на пять рулонов по 20 см

9) Резиновые шланги для труб 1: отрезать 6 шт. по 10 см

10) Трубы 1: заказ 6 шт. оцинкованных труб по 6, 25 м, покрасить их, надеть резиновый шланг с одним хомутом, складирование

11) Пленка 4 (из полиэтиленового рукава с окружностью 6 м, который закручен в рулон шириной 3 м): резать рулон на 5 рулонов по 60 см (мы получаем рулоны двойной пленки), перекрутить каждый такой рулон на два рулона одиночной пленки

Сборка коллектора (на заводе):

1) Сборка деревянного корпуса: подвезти доски 5, 6, 7 (и планки 9, 11) к специальному «столу-шаблону», вложить  доски 5 и 6 в «шаблон» (сейчас доска 7 должна смотреть вверх), вложить доски 7 в «шаблон» с валиком герметика на их стыках, провести гвоздебойный пистолет по стыкам досок 5,6 с доской 7 (18-50 шт. гвоздей длиной 20-30 мм), прикрутить планки 9 к доскам 6 (3 шт. по 4 шурупа), перевернуть заготовку (чтобы доска 7 смотрела вниз)

2) Установка стекловаты 2 и фольги 3: развернуть 40-сантиметровый рулон стекловаты между досок 5 и 6, развернуть 20-сантиметровый рулон фольги 3 на стекловате 2

3) Проволока стержней 8: протянуть изгиб проволоки через стекловату 2 и отверстие доски 5 (для стержня 8), зафиксировать этот изгиб одной скобой степлера на верхней стороне доски 5

4) Установка стержней 8: вставить стержни в отверстия досок 5 и 6 (чтобы они уперлись в планки 9), прикрутить планки 11 к доскам одним шурупом, соединить планки 9 и 11 шурупом 12, плюс еще по 3 шурупа (в доски 5) из каждой планки 11

5) Прибить края стекловаты 2 на торцы досок 5 и 6 (скобами степлера через интервал 20-30 см)

6) Заготовка коллектора (пока что она не имеет труб 1 и пленки 4) кладется на специальные длинные носилки на основе двух алюминиевых труб длиной по 7 м. Эти носилки повезут заготовку по всему пути до установки в концентратор. Одни носилки берут две заготовки (весом по 25 кг). Сейчас такие носилки (с двумя заготовками) отвозятся на склад

Транспортировка коллектора из завода в поле и его переноска до места установки в концентратор: коллектор транспортируется как три части:

1) Заготовки коллектора (по 2 шт. на специальных носилках): поверхность кузова грузовика длиной 14 м берет 10 шт. носилок (2 ряда по 5 шт.). Мы кладем 6 досок длиной 2,4 м (на полочки бортов кузова) и можем положить следующий слой носилок и т.д. 5 слоев = 50 носилок = 100 коллекторов. Это вес 3 тонны. Эти носилки разгружаются на 3-10 точек в поле. Затем люди переносят носилки до мест установки коллекторов в концентраторы. Позже (когда коллекторы будут установлены) носилки соберут по полю и отправят на завод

2) Трубы 1: 8-тонный грузовик перевозит трубы для 400 шт. коллекторов. Эти трубы разгружаются на 10-30 точек в поле. Затем люди переносят комплекты из шести труб до мест установки коллекторов в концентраторы

3) Пленки 4: грузовик перевозит 60-сантиметровые рулоны полиэтиленовых пленок, и люди разносят их по рядам коллекторов

Установка коллектора в концентратор:

1) Делают 4 человека: они кладут коллектор на рычаги концентратора (рычаги должны быть опущенные на землю), затем три человека закручивают шурупы 10 в эти рычаги (по одному человеку на планку 9). Четвертый человек прикручивает доску 5 к планке 11 соседнего коллектора (2 шурупа от планки 11 в доску 5); таким образом, доски 6 всех коллекторов ряда соединяются в одну «длинную доску»

2) Человек соединяет трубы 1 соседних коллекторов (сейчас эти трубы лежат на земле около коллекторов): он соединяет трубу 1 с резиновым шлангом соседней трубы (и стальной хомут на соединение). Таким образом, мы получаем 6 шт. «длинных труб», которые лежат на земле около ряда коллекторов

3) Установка «длинных труб» в ряд коллекторов: много людей делает эту операцию (по 1 чел на каждый стержень 8). Они берут «длинную трубу», кладут ее на стержень 8, одну проволоку проводят под стержнем, соединяют с другой проволокой, 2-3 поворота обоих проволок вместе, чтобы дать промежутку до следующей трубы нужную ширину

4) Поднять ряд коллекторов и закрепить их в концентраторах. Это делает много людей: как минимум по 1 чел на каждый рычаг. Возможно, это люди из п.3, п.4 делается сразу за п.3

5) Человек идет по ряду коллекторов и прикручивает 2 шурупа планок 9 к доскам 6 соседних коллекторов ряда; таким образом, доски 6 всех коллекторов ряда соединяются в одну «длинную доску»

6) Установить пленку 4 (см. п.1 Главы 7)

(ОКОНЧАНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов (Часть 6)

7) Эксплуатационные расходы коллектора (Начало):

Далее 9 шт. операций технического обслуживания коллекторов:

1) «Замена пленки 4». В г. Миргород (50 град сев. широты, годовая солнечная радиация на горизонтальную поверхность 1100 кВт-час) пленка 4 получает следующие дозы солнечной радиации за 12 месяцев работы в год (активная высота коллектора 17,5 см работает в концентраторе с высотой зеркал 2 м): пленка над центром труб 1 – 5000 кВт-час, над торцом доски 6 – 1500 кВт-час, над торцом доски 5 – 800 кВт-час, над доской 5 – 1000 кВт-час. Пленка с 5-летней ультрафиолетовой стабилизацией может работать 2 года в таком режиме, поскольку пленка над трубами через 1 год станет непрочной и может начать рваться во время сильного северного ветра. Однако, коллектор имеет способность работать с редкими разрывами пленки (меньше 5-10 разрывов на 6,3 м длины коллектора), хотя его КПД может уменьшиться на несколько процентов. Мой опыт работы с пленками подсказывает, что пределом работы будет 2-летний срок, когда разрывы пленки станут массовыми. Пленка может заменяться в октябре-ноябре, чтобы она была крепкой обе зимы. Однако, наиболее простая замена пленки – это ноябрь-январь, когда коллектор расположен максимально низко над землей и имеет максимально широкий проход между коллектором и концентратором

Увеличение «активной высоты коллектора» уменьшает дозу радиации на пленку над трубами 1 и увеличивает ее долговечность. Если эта высота будет увеличена до 26 см, то доза (только над трубами 1) уменьшится в 1,5 раза, а период смены пленки увеличится до 3 лет. Важное замечание: пленка над торцом доски 6 не должна быть старой, поскольку скобы степлера могут не удержать ее край

Если коллектор работает 7 месяцев в год (во время отопительного сезона: с октября до апреля), то дозы солнечной радиации следующие: пленка над центром труб 1 – 2000 кВт-час, над торцом доски 6 – 400 кВт-час, над торцом доски 5 – 800 кВт-час, над доской 5 – 1000 кВт-час. Я думаю, что пленка с 5-летней стабилизацией будет работать 4 года. Если «активная высота» — 26 см, то пленка будет работать 5 лет

Далее технология смены пленки. Уменьшение затрат времени – это очень важно, поскольку пленка 4 будет меняться 10-15 раз в течении срока службы коллектора. Экономия 1 сек – это стоимость 5-10 сек изготовления коллектора:

Операция

Затраты времени

Идеи уменьшения затрат времени

1

Новая пленка подготавливается на заводе: покупается рукав с окружностью 6 м, который закручен в рулон шириной 3 м. Рулон режется на 5 частей по 60 см и мы получаем рулоны двойной пленки. Затем каждый рулон перекручивается на два рулона одиночной пленки

20 сек на 6,3 м  одиночной пленки

— Эти операции очень хорошо автоматизируются

— Заказ рулонов по 0,6 м у производителя пленки

2

Человек срывает старую пленку с ряда 5-15 коллекторов (Обычно старые скобы остаются на коллекторах, а старая пленка рвется). Длинная старая пленка ряда (30-100 м длины х 0,6 м ширины = вес 3-10 кг) комкается и оставляется на поле под грузом

15 сек на 6,3 м (1,5 км / час)

 

3

Мусоровоз едет по полю, собирает старые пленки и везет их на утилизацию: 50 сек на пленку ряда 5-15 коллекторов (вес 3-10 кг)

5 сек на 6,3 м

 

4

Грузовик привозит рулоны новых пленок, и люди разносят их по рядам коллекторов (20 сек на ряд из 5-15 коллекторов)

2 сек на 6,3 м

 

5 (Погода без ветра)

Два человека идут по задней стороне ряда коллекторов. Первый человек раскручивает рулон новой пленки, натягивает его и перекидывает нижний край пленки на переднюю сторону коллекторов. Второй человек забивает скобы степлера на верхний край пленки (в южный торец доски 5). Частота скоб степлера – 2 шт. на 2,1 м длины

2 х 15 сек на 6,3 м (1,5 км / час)

 

6 (Сразу за №5)

Человек идет по задней стороне ряда коллекторов и забивает еще по 4-6 скоб (на 2,1 м длины) в верхний край пленки

20 сек на 6,3 м (1,1 км / час).

— Уменьшить частоту скоб

— Специальная конструкция степлера

— Широкая сосновая планка ниже южного торца доски 5 (Скобы забиваются в нее)

7 (Сразу за №6)

Человек идет по передней стороне ряда коллекторов, натягивает пленку до доски 5 и забивает скобы в нижний край пленки (в северный край доски 5). Частота скоб степлера – 6-8 шт. на 2,1 м длины

30 сек на 6,3 м (0,75 км / час)

— Отменить требование натягивать пленку

— Уменьшить частоту скоб

— Широкая сосновая планка ниже северного торца доски 6 (Скобы забиваются в нее)

8

Закрепление пленки на краях рядов коллекторов: по 3-6 скоб и 15 секунд времени на каждый край. Это 30 сек на ряд из 5-15 коллекторов

3 сек на коллектор 6,3 м

— Более простой метод закрепления (например, 2-3 скобы и без заворачиваний пленки)

Таким образом:

— Замена 6,3 м пленки требует 2 минуты 05 секунд, однако это время может быть уменьшено до 70-90 секунд

— Стоимость новой пленки (6,3 м х 0,6 м) – 0,6 EUR. Доход от утилизации 6,3 м старой пленки (0,5 кг х 0,2 EUR / кг) – 0,1 EUR. Итого стоимость материалов = 0,5 EUR

— За 30 лет работы коллектора (15 шт. новых пленок): 7 шт. замен пленки в рамках п.1 + 6 шт. замен в рамках п.2 + 1 шт. в рамках п.4 + плюс первая установка пленки

2) «Перекраска труб  + Замена пленки». Мы будем делать 1-ю перекраску труб через 4-6 год, вторую перекраску – еще через 4 год, третью перекраску – через 2-4 год. Еще три перекраски мы делаем после замены труб 1. Перекраска делается во время снятой пленки 4 зимой, когда коллектор расположен максимально низко. Перекраска делается одним человеком который идет по задней стороне ряда коллекторов и ведет форсунки распылителя краски над центром коллектора. Распылитель имеет ролики (для упора на доску 5 коллектора) и кожух, который останавливает капли, которые летят на торцы досок 5 и 6. Высота покраски – 25 см: трубы  + 4 см стекловаты на трубами + 4 см стекловаты под трубами. Человек ведет распылитель только в одну сторону (без возвратов и движений вверх-вниз) и идет со скоростью 1 км / час (0,28 м / сек). Качество покраски не обязано быть идеальным, расход краски – минимальный (0,1 кг / кв. м). Поток краски из распылителя – 0,42 кг / мин (запас краски 20 кг расходуется за 48 минут). Расходы на 6,3 м длины коллектора: 25 секунд и 0,15 кг краски

Операция п.2 состоит из трех этапов: удаление старой пленки 4 с коллекторов (20 сек), покраска труб 1 (25 сек) и установка новой пленки (1 минута 45 сек). Итого расходы времени – 2 минуты 30 сек на 6,3 м длины коллектора. Стоимость материалов: 0,6 EUR за новую пленку, минус 0,1 EUR дохода утилизации старой пленки, плюс 0,2 EUR за 0,15 кг краски. Итого – 0,7 EUR на 6,3 м коллектора

3) «Аварийная замена пленки и перекраска труб». Если коллекторы останутся без воды во время солнца дольше, чем 15-60 минут, то их пленка будет уничтожена. Дешевая 100-градусная краска труб 1 тоже будет уничтожена, хотя 300-градусная краска выстояла бы. Экономическая целесообразность предлагает использовать дешевую 100-градусную краску (с аварийными перекрасками), а не дорогую 300-градусную краску. Расходы аварийной замены равно расходам операции п.2

4) «Замена труб + Замена пленки»: стоимость этой операции – 18,95 EUR. Ее альтернатива – это замена коллекторов (без замены концентраторов). Однако замена труб в 1,5 раз дешевле, чем замена коллекторов (с учетом доходов утилизации старых труб и коллекторов)

Еще одна альтернатива этой операции – более высокое качество труб и их гидравлических соединений, чтобы увеличить срок их службы в два раза. Однако, экономическая целесообразность может не поддержать эту альтернативу: более толстая стенка (1,5 –2 мм вместо 1 мм) – это увеличение расходов 1-го года (и эти расходы ухудшают характеристику «окупаемость»), а замена труб – это увеличение расходов 16-го года (после того, как все окупится уже несколько раз). Кроме этого, толстые стенки – большой вес труб

Трубы 1 работают в тяжелых условиях – вода дешевая, много быстрых нагревов концентратором до 100-110 град, до 1000 сливов воды в год, 20-50 замораживаний в год (без воды), давление – до 0,1-0,2 МПа. Плюс время прогибает трубу, которая имеет интервал опор 2,1 м. Гидравлические соединения тоже изнашиваются. Однако труба имеет защиту: оцинковка, краска, налет на внутренних стенках. Кроме этого, давление воды может быть уменьшено, а количество сливов может быть ограничено: до 50 шт. в год, для жарких стран — до 1-2 шт. в год

Далее технология замены труб 1 и пленки 4 (второй столбец –  это расходы времени на 6,3 м длины коллектора; всего 29 минут 50 секунд на операцию):

1) Старая пленка 4 удаляется и отвозится на утилизацию

20 сек

2) Люди опускают ряды коллекторов на землю, чтобы они лежали на доске 7 (Мои концентраторы имеют деревянную планку, которая держит коллектор через шурупы 10. Опустить коллекторы на землю – это не снимать коллекторы с этих рычагов, а опустить эти рычаги на землю)

2 мин

3) Человек удаляет гидравлические соединения труб, т.е. режет резиновые шланги (обычно я делаю это садовым секатором, хотя я думаю, что маленькая болгарка или маленький газовый резак будут делать это быстрее)

15 сек

4) Три человека удаляют старые трубы из коллектора (по одному человеку на стержень 8). Проволока стержня аккуратно раскручивается (она будет использоваться с новыми трубами). Трубы бросаются на землю южнее коллектора

5 мин

5) Люди носят старые трубы (20 кг на коллектор) до площадок погрузки на грузовик, который когда-то заберет этот металлолом

40 сек

6) Подготовка новых труб на заводе: покрасить и надеть резиновый шланг с одним хомутом

4 мин 20 сек

7) Перевезти трубы с завода на поле, разгрузить их и перенести по 6 шт. к каждому коллектору

1 мин 30 сек

8) Соединение труб (надеть резиновый шланг + хомут) ряда коллекторов в 6 шт. длинных труб

3 мин

9) Много людей (по одному человеку на каждый стержень 8 каждого коллектора ряда) устанавливают трубы в коллектор. Они прикручиваются на старые стержни 8 старой проволокой

8 мин

10) Люди поднимают ряды коллекторов в старую позицию (т.е. поднимают упомянутые рычаги)

3 мин

11) Новая пленка 4 устанавливается

1 мин 45 сек

Стоимость материалов для замены 6,3 м пленки и труб (всего — 15,6 EUR): 13,6 EUR за 19,9 кг новой трубы и 0,5 кг краски для нее, плюс 1,4 EUR за 0,6 м резиновых шлангов и 12 шт. хомутов, плюс 0,6 EUR за новую пленку. Доходы утилизации 6,3 м старых пленки и труб (всего — 4,1 EUR): 0,1 EUR за старую пленку, плюс 4,0 EUR за 20 кг металлолома (старые трубы 1) по 0,2 EUR / кг. Итого расходы всей операции – 11,5 EUR на коллектор длиной 6,3 м

5) «Покраска доски 7»: она красится черной дешевой масляной краской (алкидная эмаль и т.п.). Первая цель покраски – удлинение срока службы доски 7. Вторая цель – герметизация трещин в доске (возможно краска легируется смолами). Третья цель – черная поверхность нагревается солнцем, и это уменьшает утечку тепла через доску 7 (и ее стекловату 2) в 1,5-2 раза. За 30 лет работы мы делаем две перекраски: через 12 год и еще через 10 год

Покраска делается человеком, который идет по задней стороне коллектора с распылителем краски. Толщина слоя краски – высокая: около 0,2 кг краски на кв. метр. Попадание краски на нижнюю доску 6 приветствуется; попадание краски на верхнюю доску 5 – не приветствуется. Скорость движения человека по ряду коллекторов – 0,8 км / час (0,22 м / сек). Поток краски из распылителя – 0,65 кг / мин (запас краски 25 кг расходуется за 38 минут). Расходы на 6,3 м длины коллектора: 30 секунд и 0,3 кг дешевой краски

6) «Быстрый осмотр»: человек идет по краям рядов коллекторов (вдоль направления север-юг) и смотрит вдоль ряда. Его цель – обнаружить утечки воды из труб 1 и их гидравлических соединен. Снег – хороший помощник: горячая вода делает красное пятно расплавленного снега, и оно видное хорошо. Весной и осенью большие утечки дают лужи (хотя они не видные летом). Летом мы можем видеть круг высохших растений (горячая вода убивает их). Кроме этого, утечки дают водопады, фонтаны, потоки капель. Плюс звуки (шипение и т.п.). Еще один признак утечки – пар от течи очень горячей воды (около 100 град). Еще один признак – утечка (даже слабая) дает запотевание пленки 4

Человек делает эту операцию только в солнечный день без облаков и во время работы коллекторов, когда они могут показать свои утечки. Человек идет только по одному края рядов коллекторов (он пойдет по другому краю в следующий «быстрый осмотр»): 10 секунд на взгляд влево вдоль ряда (плюс взгляд вправо вдоль соседнего ряда) и переход 8 м до следующего ряда из 5-15 коллекторов. Таким образом, 0,5 секунд на один коллектор Мы делаем эту операцию 10 раз в год

Альтернатива «быстрого осмотра» — это «обычный осмотр», когда человек идет по ряду коллекторов (например, с северной стороны концентраторов) и осматривает пленку 4, чтобы увидеть запотевания. Однако:

— Эта операция требует в 12 раз больше времени – человек идет со скоростью 3-4 км / час и проходит 6,3 м за 6 секунд

— Эта операция делается во время различных операций с концентраторами: их обслуживание требует 10-15 обходов в год каждого концентратора. Эти обходы могут сопровождаться осмотром коллекторов и их пленки 4. Однако эти обходы должны происходить во время работы коллекторов, чтобы запотевания пленки появились

— Единственное преимущество «обычного осмотра» над «быстрым осмотром» — это возможность обнаружить небольшие утечки, которые имеют только один признак – запотевания пленки 4. Однако убытки от малых утечек очень малые (несколько евроцентов в месяц или год)), и их ремонт может подождать до обхода концентраторов

7) «Подтягивание хомутов»: это устранение самой частой причины утечки воды, когда соединение стальной трубы и резинового шланга нарушается. Скорость утечки воды – очень малая – до одной капли в минуту. Однако эта утечка дает запотевание пленки 4 на ширине до 1 м; это уменьшает КПД коллектора. Метод устранения (затраты времени – 1-2 минут): человек разрезает пленку 4 (ножом по всей высоте коллектора), докручивает хомут отверткой и/или гаечным ключом и заклеивает разрез пленки скотчем. Это будет человек, который делает осмотры или другие операции с коллекторами или концентраторами

Хороший способ уменьшить частоту этих утечек – это использовать два хомута на одно соединение трубы с шлангом. Еще один способ – организовать сток воды под резиновыми шлангами: утечка не будет давать запотеваний пленки 4, а убытки от потери горячей воды – очень малые. Способ прекратить эти утечки – это перейти на другой тип гидравлического соединения труб

8) «Аварийное отключение части труб». Другие причины утечек воды из труб 1: шов электросварной трубы может разойтись (я видел это два раза, но не во время работы коллектора), резиновый шланг может лопнуть (видел, но не в коллекторе), стенка трубы может проржаветь, хомут может лопнуть (не видел), температурные расширения могут вытянуть трубу из шланга (не видел тоже). Начальная утечка воды этих случаев – от 5 до 500 литр / час. Однако, эта утечка может увеличиваться дальше. Система из 15-20  осмотров коллекторов в год (10 шт. по п.6 и 5-10 шт. во время обходов концентраторов) дает средний срок обнаружения утечки 6-9 дней с 25-30 часов работы солнца; это потеря от 0,15 до 15 тонн дешевой горячей воды (убытки от 0,01 до 1 EUR)

Максимально возможная утечка (два свободных конца труб 1 с доступом к давлению воды 0,1 МПа через 20-50 м трубы с D = 20 мм) – 3-5 тонны в час. Однако датчики расхода воды могут фиксировать такие большие утечки. А пар над такой большой лужей 100-градусной воды будет очень большой, и он может быть увиден из окон или вышек. Однако, убыток от «большой утечки» не оправдывает ни дорогих датчиков ни зарплаты рабочих на быстром автомобиле: за 30 часов работы солнца до ближайшего осмотра – это утечка 120 тонн воды (убыток 8 EUR)

Утечки будут ликвидироваться людьми, которые делают осмотры коллекторов и другие операции с коллекторами или концентраторами. Единственный метод устранения утечек – гидравлическое отключение трубы; однако мы теряем не только эту трубу, но и по одной трубе в каждом коллекторе ряда (это те трубы, которые соединены в «длинную трубу ряда» вместе со сломанной трубой). Сначала человек отключает весь ряд коллекторов от подачи и забора воды (закрыть два крана). Затем он режет резиновый шланг на краю «длинной трубы», идет на другой край ряда коллекторов и режет резиновый шланг на другом краю «длинной трубы». Затем он может ждать, пока вода прекратит вытекать через обрезки шлангов. После этого он ставит две заглушки (на стальных хомутах) на обрезки шлангов. Затем он опять включает коллекторы в работу (открывает два крана)

80-95 % труб коллекторов обязаны остаться в работе до замены коллекторов или замены труб 1. Таким образом, вероятность аварии 6-метровой трубы до 15 лет жизни – это 1-23 % (= 5-20 % отключений / 5-15 коллекторов в ряду). Это условие обязывает нас дать нужные характеристики трубам 1 и их гидравлическим соединениям: сила и качество сварных швов труб, толщина стенки и защита поверхности труб, качество резиновых шлангов и хомутов, разница диаметров трубы и шланга, частота сливов воды из труб, интервал между опорами труб и др.

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов (Часть 5)

5) КПД коллектора и идеи его улучшения (Окончание):

3) Эта группа идей улучшает теплоизоляцию коллектора. Сейчас «горячий тепловой анализ считает, что:

— 22 Вт – это утечка тепла через стекловату 2 (и через корпус коллектора) и через «тепловые мосты» из внутренности коллектора. Это 2,0 % потери КПД через стекловату-корпус и меньше 0,1 % потери КПД через «тепловые мосты» (сейчас это только стержни 8). Идеи 3-й группы могут уменьшить эти потери в 2-4 раз

— 150 Вт – это утечка тепла через пленку 4 и через ее стыки с стекловатой 2. Это около 13,5 % потери КПД через пленку 4 и меньше 1 % потери КПД через стыки пленки 4 и стекловаты 2. Идеи этой группы могут уменьшить потери через стыки в несколько раз, однако уменьшение потерь через пленку 4 будет очень небольшим (меньше 1 % КПД)

Таким образом, потенциал этих идей по увеличению «горячего КПД» — 2-3 %. «Холодное КПД» увеличится очень мало

3А) Идея выбора оптимального расстояния между пленкой 4 и передними стенками труб 1. Почти все тепло передается от труб 1 до пленки 4 через конвективные потоки воздуха, которые зависят от изменения расстояния пленка-трубы. Идея п.3А призывает найти такое расстояние между пленкой и трубами, которое даст максимальную разницу температур между воздухом около передних стенок труб 1 и воздухом около пленки 4. Увеличение этой разницы на 1 градус (в «горячем тепловом анализе») дает увеличение КПД на 0,2 %. Потенциал этой идеи – до 1 % КПД

3Б) Существует много сообщений о разных чудо-пленках, которые уменьшают утечки тепла в несколько раз. Я не верю в их эффективность, однако возможно это есть правда. Возможно эти пленки имеют небольшую теплопередачу на границах пленка-воздух или очень малую теплопроводность

3В) Существует идея поставить дополнительные 5 см стекловаты на корпус коллектора. Это уменьшит утечку тепла через стекловату-корпус примерно в 1,5 раза

3Г) Если деревянные доски корпуса будут заменены пенополистиролом толщиной 2-3 см, то утечка тепла (через стекловату-корпус) уменьшится примерно в 1,5 раза. Если доски 5, 6 останутся деревянными, а доска 7 будет заменена пенополистиролом толщиной 3 см, то эта утечка тепла уменьшится в 1,25 раз

3Д) Идея черной покраски наружной поверхности доски 5. Концентратор всегда держит эту поверхность под углом примерно 45 градусов к солнцу, и эта поверхность покрыта прозрачной пленкой 4. Эти условия (плюс черный цвет) приводят поверхность доски 5 к температуре на 25-40 градусов выше температуры уличного воздуха. Этот нагрев уменьшает утечку тепла (через стекловату 2 на доске 5) в 1,5-3 раз, и время этого эффекта совпадает с временем работы коллектора (из-за одинаковой причины – солнце без туч). Кроме этого, этот эффект уменьшает утечку тепла через верхний стык пленки 4 с стекловатой 2. Доска 5 может перекрашиваться во время замены пленки 4

3Е) Идея черной покраски наружной поверхности доски 6. Концентратор держит эту поверхность под углом около 45 градусов к солнцу, однако эта поверхность не имеет пленки 4. Черный цвет приводит поверхность доски 6 к температуре на 15-20 градусов выше температуры уличного воздуха. Этот нагрев уменьшает утечку тепла (через стекловату 2 на доске 6) в 1,3-1,5 раз, и время этого эффекта совпадает с временем работы коллектора

3Ж) Идея черной покраски наружной поверхности доски 7. Концентратор всегда держит эту поверхность напротив солнца, которое нагревает ее черную краску на 20-30 градусов выше температуры уличного воздуха. Этот нагрев уменьшает утечку тепла (через стекловату 2 на доске 7) в 1,5-2 раз, и время этого эффекта совпадает с временем работы коллектора

3И) Сейчас пленка 4 накрывает только доску 5, однако она может быть продолжена на доску 7 и может быть на доску 6. Теперь пленка 4 будет усиливать эффекты пп. 3Е, 3Ж: температура доски 6 будет подниматься на 25-40 град выше воздуха (уменьшение утечки тепла через стекловату доски 6 в 1,7-3 раз), а температура доски 7 поднимется на 30-50 град (уменьшение утечки тепла через стекловату доски 7 в 2-5 раз)

3К) Сейчас стекловата 2 является светлой на участках 48, 49 и на 1-2 см ниже точки 21 и выше точки 22. Идея п.3К – это серая покраска стекловаты на этих местах. Это покраска на заводе или использование серой стекловаты. Эта идея требует исследование, которое определит максимально возможную «темноту серого», которая является безопасной для пленки 4. Как для нижнего стыка стекловаты с пленкой, так и для верхнего стыка. Тепло от «серых» участков ниже точки 21 и выше точки 22 – это полезное тепло. Существуют гипотезы, что тепло участков 48, 49 может оказаться полезным тоже: оно поступит внутрь коллектора и компенсирует утечку тепла через пленку 4, или оно компенсирует утечку тепла через стыки пленки 4 с стекловатой 2

3Л) Верхний стык стекловаты 2 с пленкой 4 может стать более герметичным, если угол между пленкой 4 и стекловатой 2 будет меньше, а выход стекловаты 2 за край доски 5 будет больше. Идеи пп. 3Л, 3К, 3Д уменьшают утечки тепла через верхний стык пленки 4 с стекловатой в несколько раз

3М) Нижний стык пленки 4 с стекловатой 2 должен пропускать воздух для вентиляции коллектора. Иначе запотевания пленки 4 изнутри коллектора удаляются очень тяжело и очень долго. Идея п.3М предлагает сделать исследование, которое найдет минимальный уровень вентиляции коллектора. Это исследование должно найти максимальный уровень двух факторов, которые определяют герметизацию нижнего стыка пленка-стекловата: частота скоб степлера (которые крепят нижний край пленки 4 на северном краю доски 6) и угол между пленкой 4 и стекловатой 2. Идеи пп.3М, 3К могут уменьшить утечки тепла через нижний стык пленки и стекловаты до нескольких раз

3Н) Существует два варианта движения воды по трубам 1. Первый вариант: сначала вода идет по нижним трубам, а затем (уже нагретая вода) возвращается по верхним трубам. Второй вариант наоборот: сначала – по верхним, затем – по нижним. Эти варианты должны дать разное КПД, хотя я думаю, что эта разница не дойдет до 0,2-0,3 %. Пример причины этой разницы: разное влияние на конвекцию воздуха между пленкой 4 и трубами 1. Исследование должно выбрать вариант с большим КПД

Таким образом (по всем идеям трех групп):

— Существуют две идеи с очень большой добавкой КПД: увеличение «свободной высоты пленки» (п.2А) и черная покраска стекловаты (п.2Б). Эти идеи собирают максимум фотонов (которые идут мимо «активной высоты коллектора») и используют их энергию с максимальным эффектом. Рост КПД из-за обеих идей зависит от количества таких фотонов; это увеличение «холодного КПД» до 18-25 % и «горячего КПД» до 12-20 %

— Существуют три идеи, каждая из которых может дать больше 1 % КПД: выбор пленки (1А), выбор краски для труб (1Б), черная покраска фольги (2Г). Потенциал всех трех идей – увеличение КПД на 3-6 %

— Существует еще 16 шт. идей, каждая из которых даст от 0,1 до 1 % КПД. Все идеи вместе дадут увеличение КПД на 3-5 %

— Таким образом, все 21 шт. идей трех групп могут дать увеличение «холодного КПД» до 25-35 % и увеличение «горячего КПД» до 20-30 %

Таким образом, «горячая работа» коллектора (температура воды – 90 град, температура улицы – 20 град) может иметь производительность в 1,33 раз больше, чем результаты испытаний моего экспериментального коллектора (1,33 =  101,6 %  / 76,6 %, где 76,6 % — КПД сегодняшнего «горячего теплового анализа», 101,6 % — КПД с добавлением 25 % от реализации 20 шт. описанных идей)

 

6) Анализ долговечности

Следующие детали коллектора будут заменяться во время эксплуатации: пленка 4 и трубы 1 (с гидравлическими соединениями)

Все остальные детали обязаны работать весь срок службы коллектора (10-30 лет):

Деталь

Материал

Факторы старения

Идеи дополнительного уменьшения этих факторов

Стекловата 2

Минеральная или стеклянная вата

— Усадка

— (возможно) Конденсация воды

— Выбор долговечной стекловаты (базальт и др.)

Фольга 3

Алюминий толщиной 14 мкм

— Коррозия

— Полная черная покраска

— Увеличение толщины фольги

— Легирование алюминия

— Переход на другой материал

— Коллектор может работать без фольги 3 или на остатках фольги

Стержень 8

Сталь

— Коррозия

— Цинкование, краска, др. защита

— Легирование стали

Проволока для стержня

Нержавеющая сталь

— Коррозия

— Увеличение толщины проволоки

 

Доска 7

Сосна + черная перекраска

— Солнце

— Атмосфера

— Сила ветра

— Пропитка сосны до сборки

— Замена дерева на пенополистирол или пластмассу

 

Доска 6

Сосна

— Солнце

— Атмосфера

— Сила ветра

— Пропитка сосны до сборки

— Замена дерева на пенополистирол или пластмассу

— Покраска и перекраска

Доска 5

Сосна

— Солнце

— Атмосфера (без дождя)

— Сила ветра

— Пропитка сосны до сборки

— Замена дерева на пенополистирол или пластмассу

Планки 9, 11

Сосна

— Нагрузка от шурупов (под силой ветра)

— Атмосфера

— Увеличение сечения

— Пропитка сосны до сборки

— Более долговечная древесина

— Переход на стальную пластину

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов (Часть 4)

5) КПД коллектора и идеи его улучшения (Начало):

Мой коллектор имеет очень высокий КПД, поскольку:

А) Он использует более эффективный метод перевода энергии радиации в тепло воды (поглощение радиации стенками труб), чем заводские плоские коллекторы (поглощение радиации фольгой, которая передает тепло на трубы)

Б) «Активная высота коллектора» – это расстояние между верхним и нижним краями фольги 3 (т.е. между точками 19, 20 на рис. А); это расстояние равно 17,5 см; оно является основой для характеристик, «активна площадь коллектора», «цена / активная площадь» и др. Однако радиация попадает в коллектор на всей «свободной высоте пленки 4» (т.е. расстояние между точками 21, 22 на рис. А); это расстояние на моем экспериментальном коллекторе – примерно 25 см. Отношение этих расстояний – 1,43; таким образом, КПД идеального коллектора может достичь 143 %. Однако реальность оказывается хуже всегда

В) Сильный поток радиации от концентратора – это радикальное улучшение КПД (по сравнению с работой без концентратора с направлением на солнце), особенно при большой разнице температур между водой труб и воздухом улицы

Далее я описываю «лучевой анализ» и два «тепловых анализа» (для случая работы коллектора в концентраторе, который дает средний поток радиации 6 кВт / кв. м между точками 19-20 и поток 2,1 кВт / кв. м за точками 19-20; коллектор до перекраски труб)

Пусть в пространство между точками 21, 22 («свободная высота пленки 4») на пленку 4 падает 115 фотонов, причем: 100 шт. имеют путь между точками 19, 20 («активная высота коллектора»), а 15 шт. имеют путь на стекловату 2 выше и ниже труб 1

Из 15 фотонов на стекловату 2:

— 1 фотон теряется на пленке 4 (отражается на улицу или поглощается)

— 10 фотонов рассеиваются светлой стекловатой, причем: 7 шт. уходят на пленку 4, а 3 шт. попадают на стенки труб 1. В том числе после повторного рассеивания стекловатой противоположного борта

— 4 фотона поглощаются стекловатой (в том числе после повторного рассеяния)

Из 100 фотонов на «активную высоту»:

— 8 фотонов теряются на пленке 4

— 13 фотонов проходят через промежутки между трубами 1 и попадают на фольгу 3 (хотя эти промежутки покрывают 24 % активной высоты коллектора, однако излучение концентратора падает на них не перпендикулярно, а под разными углами, которые часто упираются в боковые стенки труб)

— 79 фотонов попадают на стенки труб 1

Из 13 фотонов, которые попали на фольгу 3:

— 8 шт. отразились (или рассеялись) фольгой на стенки труб 1

— 3 шт. отразились (или рассеялись) фольгой и ушли (между трубами) на пленку 4

— 2 шт. поглотились фольгой 3

Таким образом, на стенки труб попадает 90 фотонов  (= 79 от пленки + 3 от ваты + 8 от фольги), которые дальше идут следующим образом:

— 85 шт. поглощается темными стенками труб

— 5 шт. рассеивается стенками труб, причем: 1 шт. затем поглощается соседней трубой (в том числе после рассеяния или отражения стекловатой 2 или фольгой 3), 4 шт. уходят на пленку 4

Таким образом, на пленку 4 возвращается 14 фотонов (= 4 шт. от труб + 3 шт. от фольги + 7 шт. от стекловаты), из которых 13 шт. уходит на улицу через пленку, а 1 шт. отражается от пленки и попадает в трубы 1 (в том числе после рассеяния или отражения стекловатой 2 или фольгой 3)

Итого судьба 115 шт. фотонов:

— 87 шт. поглощается стенками труб 1 (= 85 + 1 + 1) и переходят в теплоту воды (это энергия 913,5 Вт на один метр длины коллектора)

— 22 шт. теряется: 9 шт. отражается пленкой сразу и 13 шт. коллектор выпускает на улицу

— 4 шт. поглощается стекловатой 2 и переходят в теплоту ее поверхностного слоя (это энергия 42 Вт / метр)

— 2 шт. поглощается фольгой 3 и переходят в ее теплоту (это энергия 21 Вт / метр)

Далее «холодный тепловой анализ» (температура воды труб – 20 град, температура воздуха улицы – 20 град):

— Передняя стенка труб 1 стабилизируется на температуре 25 град (из-за теплового барьера на границе сталь-вода для большого потока тепла от поглощения радиации трубой). Боковые стенки стабилизируются на 22 град, задние стенки – 21 град. Разница температур внутренних и наружных стенок труб – меньше 0,1 град

— Пространство между пленкой 4 и трубами 1 распределяет 42 Вт (это тепло стекловаты 2 из-за поглощения радиации), а температура его воздуха стабилизируется на 29 град. Тепло 42  Вт уходит из этого воздуха по следующим путям: 12 Вт попадает на стенки труб 1 и греет воду, 27 Вт утечка тепла на улицу через пленку 4 (и ее стыки с стекловатой 2), 1 Вт утечка тепла на улицу через стекловату 2 верхней и нижней стенок коллектора, 2 Вт идет через воздух промежутков между трубами 1 в пространство «между трубами и фольгой»

— Пространство между трубами 1 и фольгой 3 распределяет 14 Вт, а температура его воздуха – 28 град. Эти 14 Вт приходят в воздух из следующих источников: 2 Вт приходят от более теплого воздуха пространства «между трубами и пленкой», 12 Вт поступают от более теплой фольги 3. Все 14 Вт уходят на более холодную стенку труб 1 и греют воду

— Фольга 3 имеет температуру 34 град и распределяет 21 Вт (это тепло от поглощения радиации фольгой) по следующим путям: 12 Вт идут в воздух пространства «между трубами и фольгой», 6 Вт идут в трубы 1 через их контакт с фольгой (и греют воду), 3 Вт утечка тепла на улицу через стекловату 2 задней стенки коллектора

Таким образом, 63 Вт тепла (которые были получены из-за поглощения радиации стекловатой 2 и фольгой 3) расходятся по следующим путям:

— 32 Вт попадают на стенки труб и греют воду (= 12 + 14 + 6)

— 27 Вт – это утечка тепла на улицу через пленку 4 и ее стыки с стекловатой 2

— 4 Вт – это утечка тепла на улицу через два последовательных слоя: стекловату 2 и слой корпуса коллектора (сейчас это деревянные доски 5, 6, 7)

Итак, производительность одного метра длины коллектора – 945 Вт  (= 913,5 Вт поглощения излучения + 32 Вт нагрева от теплообменов внутри коллектора). Это согласуется с различными экспериментальными замерами производительности моего коллектора, например 25 апреля 2012 (см. начало главы 4), когда коллектор производил 1068 Вт на метр длины; однако на более сильном солнце и с более теплой водой

Таким образом, «холодный» КПД моего коллектора – 90,0 %  (= 945 Вт / 1050 Вт, где 1050 Вт – это энергия 100 шт. фотонов «лучевого анализа», которые попадают на «активную высоту коллектора»). Уровень «холодного КПД» заводских плоских коллекторов от европейских и американских производителей – около 80 %

Далее «горячий тепловой анализ» (температура воды труб – 90 град, температура воздуха улицы – 20 град):

— Передняя стенка труб 1 стабилизируется на температуре 94 град, боковые стенки 90 град, задние стенки – 89 град

— Пространство между пленкой 4 и трубами 1 имеет температуру воздуха 70 град и распределяет 157 Вт. Источники получения тепла: 42 Вт тепло стекловаты 2 из-за поглощения радиации, 72 Вт приходит от более теплых стенок труб 1 с водой, 43 Вт приходит от более теплого воздуха из пространства «между трубами 1 и фольгой 3». Пути ухода тепла: 150 Вт утечка тепла на улицу через пленку 4 (и ее стыки с стекловатой 2), 7 Вт утечка тепла на улицу через стекловату 2 верхней и нижней стенок коллектора

— Пространство между трубами 1 и фольгой 3 распределяет 43 Вт, а температура его воздуха – 76 град. Источники получения тепла: 33 Вт приходит от более теплых стенок труб 1 с водой, 10 Вт приходит из более теплой фольги 3. Единственный путь ухода 43 Вт – через воздух промежутков между трубами 1 в пространство «между трубами и пленкой»

— Фольга 3 имеет температуру 81 град и распределяет 25 Вт. Источники получения тепла:  21 Вт тепло фольги 3 из-за поглощения радиации, 4 Вт идут из труб 1 через их контакт с фольгой. Пути ухода тепла: 10 Вт идут из фольги в воздух пространства «между трубами и фольгой», 15 Вт утечка тепла на улицу через стекловату 2 задней стенки коллектора

Таким образом, один метр длины коллектора имеет 172 Вт утечки тепла на улицу: 150 Вт через пленку 4 (и ее стыки с стекловатой 2) и 22 Вт через стекловату 2 (и корпус коллектора). Эти 172 Вт отбираются у следующих источников: 63 Вт дает тепло от поглощения радиации стекловатой 2 и фольгой, 109 Вт отбираются у труб 1. Эти 109 Вт должны были перейти в нагрев воды, однако коллектор вынужден направить их на компенсацию утечек тепла

Итак, коллектор греет воду (на разнице температур между водой и воздухом – 70 град) с производительностью 804 Вт / метр (= 913,5 Вт поглощения излучения – 109 Вт компенсации утечек тепла). Таким образом, увеличение разницы температур от 0 до 70 град приводит к потере производительности 141 Вт / метр. Это дает коэффициент 2,01 Вт / град для метра длины коллектора. Это согласуется с экспериментальными замерами этого коэффициента у моего коллектора (26 апреля 2012): я получил 1,58 Вт / (град х м)

Таким образом, «горячий» КПД (на разнице 70 град) моего коллектора – 76,6 %  (= 804 Вт / 1050 Вт). Уровень «горячего КПД» (на разнице 70 град и сплошном потоке радиации 0,8 кВт / кв. м) заводских плоских коллекторов от европейских и американских производителей – около 50 %

Я могу предложить три группы идей, которые увеличат КПД коллектора без его радикальных изменений (Если конструкция и / или технология коллектора будут изменены, то его КПД может увеличиться еще больше):

1) Эта группа идей уменьшает потерю фотонов, которая уходит на улицу через пленку 4. Ее потенциал – улучшение КПД (и «холодного» и «горячего») на 2-5 %, т.е. коллектор будет терять только 17-20 фотонов «лучевого анализа» (вместо 22 шт.):

1А) Десятки возможных альтернатив полиэтиленовой пленки (для пленки 4) могут быть протестированы на коэффициент прозрачности, и мы можем выбрать пленку с максимальным коэффициентом. «Лучевой анализ» считает, что пленка 4 моего коллектора не пропускает 8 % излучения, поскольку в феврале 2011 я тестировал прозрачность пленок с миргородского базара; тогда я получил по трем пленкам коэффициент от 91 до 93 % (точность тестирования – до 1-2 %). Я думаю, что существует много пленок, которые имеют коэффициент на 1-2 % больше, чем пленка с моего коллектора

1Б) Сотни альтернатив черных красок (для труб 1) могут быть протестированы на коэффициент поглощения с целью выбора краски с максимальным коэффициентом. Я думаю, что существуют краски, которые имеют коэффициент на 1-3 % больше, чем краска моего коллектора («Лучевой анализ» основан на поглощении краски 95 %). Асбестоцементная труба может иметь более высокий коэффициент поглощения, поскольку ее поверхность не обязана быть гладкой и может иметь разные «световые ловушки»: отверстия, поры, складки, щели и т.п.

1В) Эксперименты (и математические модели) могут выбрать черную краску по критерию глянцевая-матовая (Сейчас мой коллектор использует краску, которая ближе к матовой). Я думаю, что разница КПД этих красок может достичь 1 %: матовая краска рассеивает не-поглощенное излучение (5 % согласно «лучевому анализу») хаотично на пленку 4, на стекловату 2 и на стенки соседних труб 1; глянцевая краска делает это по законам отражения от круглой поверхности труб 1 и имеет другое значение (может больше, может меньше) доли излучения, которое уходит на пленку 4 и будет потеряно

1Г) Математическая модель может более грамотно распределить 42,5 мм ширины пяти промежутков между трубами 1 (мой коллектор имеет распределение 9,5 + 8 + 7,5 + 8 + 9,5). Сейчас коллектор теряет около 3 % КПД из-за ухода отражения от фольги 3 на пленку 4. Я думаю, что грамотное распределение промежутков может увеличить КПД на 0,1-0,3 %

2) Следующая группа объединяет идеи, которые имеют влияние на много факторов КПД: на долю потери фотонов в «лучевом анализе», на долю поглощения фотонов стенками труб, на приход тепла в коллектор (через поглощение стекловатой 2 и фольгой 3), на утечку тепла из коллектора и др. Эта группа имеет очень большой  потенциал увеличения КПД (особенно идеи 2А и 2Д) и может поднять КПД выше 100 % (см. п.Б в начале главы). Общий потенциал всех идей этой группы: рост «холодного КПД» до 20-30 % и «горячего КПД» — до 15-22 %

2А) Если мы посчитаем КПД для разных значений «свободной высоты пленки 4» (т.е. разных расстояний между точками 21, 22), то мы можем получить «свободную высоту», которая даст максимальный КПД. Увеличение «свободной высоты» увеличивает КПД, поскольку это увеличивает количество фотонов, которые попадают в коллектор на стекловату 2. Фактор уменьшения КПД (при увеличении «свободной высоты») – это увеличение утечки тепла через пленку 4. Например, если мы увеличиваем «свободную высоту пленки» на 7,5 см (с 25 см до 32,5 см), то «лучевой анализ» увеличивает количество фотонов, которые идут на стекловату (до 30 шт.; это = 15 х (15 см / 7,5 см)); пересчет «холодного теплового анализа» дает поглощение еще 3 шт. фотонов стенками труб 1 и увеличение поступления тепла в трубы на 17 Вт (это увеличение «холодного КПД» на 4,6 %); пересчет «горячего теплового анализа» дает поглощение 3 шт. фотонов трубами, но увеличивает уход тепла из труб на 1 Вт (это увеличение «горячего КПД» на 2,9 %). Увеличение потока радиации за точками 19-20 в два раза (с 2,1 кВт / кв. м до 4,2 кВт / кв. м) увеличивает эффект от идеи п.2А больше чем в два раза: рост «холодного КПД» — больше 10 %, а «горячего КПД» — больше 6 %… Таким образом, идея п.2А имеет очень большой потенциал: увеличение КПД до 10-20 %

2Б) Фольга 3 получает в коллекторе форму волн (см. рис. I). Факторы увеличения глубины «волн»: вес стекловаты 2 (коллектор смотрит вниз при работе в концентраторе), давление упругости стекловаты 2 (это давление увеличивается тогда, когда расстояние между доской 7 и фольгой 3 увеличивается и / или упругость слоя стекловаты 2 увеличивается), мягкость фольги 3 (т.е. ее толщина и марка алюминия). Изменение высоты «волн» влияет на долю излучения, которое отражается от фольги 3 и уходит на улицу через пленку (сейчас «лучевой анализ» считает, что фольга прямая и потеря излучения – около 3 %); плюс «волны» разрешают увеличить промежутки между трубами 1, т.е. увеличить «активную высоту коллектора». Кроме этого, увеличение давления стекловаты 2 (и более мягкая фольга 3) улучшает тепловой контакт между трубами 1 и фольгой 3. Это увеличивает КПД в «холодном тепловом анализе» (поскольку приток тепла от фольги 3 в трубы 1 становится больше) и уменьшает КПД в «горячем тепловом анализе» (поскольку фольга 3 является ребрами охлаждения труб 1 и уводит полезное тепло от них). Однако изменение ситуации в коллекторе (например, покраска фольги 3 или улучшение теплоизоляции задней стенки коллектора) может увеличить температуру фольги 3 выше температуры воды в трубах 1; это изменит поток тепла от фольги 3 к трубам 1 (в «горячем тепловом анализе»), и улучшение теплового контакта «трубы-фольга» будет увеличивать КПД. Таким образом, существует идея математических моделей и экспериментов, которые выберут оптимальное давление стекловаты 2 на фольгу и оптимальную мягкость фольги; цель выбора – максимальное «горячее КПД» (из-за минимальных потерь излучения после отражения от фольги 3 и из-за оптимального теплового контакта «фольга-трубы»). Потенциал этой идеи – до 1 % КПД

2В) Края 23 фольги (см. рис I) имеют несколько влияний на КПД. Во-первых, это «световая ловушка» 24; она поглощает почти все излучение, которое попадает в нее с направления 25; это излучение переходит в тепло, которое идет в трубы 1 (через фольгу 3) или компенсирует утечку тепла через стекловату 2. Во-вторых, это «световая ловушка» 26; она поглощает излучение с направления 27 (почти все это излучение поглощается черной стенкой трубы 1, а не отражающей поверхностью фольги 3). В-третьих, внутренняя поверхность 28 края 23 является зеркалом, которое отражает излучение с направлений 29 на трубы 1; таким образом, увеличение длины края 23 не только увеличивает КПД, но и увеличивает «активную высоту коллектора». В-четвертых, край 23 может закрыть доступ излучения на трубы 1 с направления 30; это излучение (вместо поглощения стенками труб 1) будет поглощаться в «ловушке» 24, и это уменьшит КПД. Таким образом, существуют идеи выбора оптимальных длины края 23 и его угла; этот выбор должен сопровождаться выбором давления стекловаты 2 (т.е. выбор расстояния от крайних труб 1 до досок 5, 6), жесткости фольги 3, угла досок 5, 6 и других параметров. Потенциал этой идеи – до 1 % КПД

2Г) Идея черной покраски фольги 3 на заводе (полная покраска или полосы): мы можем красить фольгу 3 на этапе ее сворачивания в рулон, во время автоматизированной установки фольги в коллектор (на ленточном конвейере), после установки фольги (до установки труб 1). Полная покраска исключает потерю 3 % излучения, которые отражаются от фольги 3 и уходят на пленку 4. Однако черная фольга 3 исключает попадание 8 % излучения на трубы 1 после отражения от фольги 3 (это уменьшает КПД). Теперь все излучение поглощается фольгой 3, и это тепло идет в трубы 1 (на нагрев воды) и на компенсацию утечек тепла из коллектора (однако черная фольга увеличивает эти утечки). Компромисс между полной покраской и отсутствием покраски – это черная полоса под каждым промежутком между трубами 1. Математические модели помогут выбрать ширину полосы, которая даст максимальный КПД (максимальное уменьшение потерь излучения из-за ухода на пленку 4 при минимальном увеличении утечек тепла) Это есть отличие заводской покраски от перекраски труб в поле, поскольку заводская покраска способна дать любую ширину полос. Последующие перекраски труб 1 будут поддерживать эти полосы в пределах возможностей полевой покраски. Потенциал этой идеи – до 2 % КПД; плюс черная фольга или черные полосы разрешают увеличить промежутки между трубами 1, т.е. увеличить «активную высоту коллектора»

2Д) Идея черной покраски стекловаты 2 на заводе (или использования темной стекловаты, например на основе крашенного стекла, различных минералов и др.). Черная стекловата исключает потерю 7 % излучения, которые раньше рассеивались ею и уходили из коллектора через пленку 4. Однако черная стекловата оставляет трубы 4 без 3 % излучения, которые светлая стекловата рассеивала. Теперь стекловата будет иметь коэффициент поглощения 80-95 % (остальные 5-20 % излучения будут рассеиваться на пленку 4 и трубы 1). Тепло (от поглощения радиации стекловатой) идет в трубы 1 (на нагрев воды) и на компенсацию утечек тепла из коллектора (раньше эта компенсация делалась уходом полезного тепла из труб 1). Перекраски труб 1 могут периодически подкрашивать черную стекловату (однако они могут не делать этого для экономии черной краски). Пересчет «холодного теплового анализа» с темной стекловатой (увеличение коэффициента поглощения стекловаты с 28 % до 88 %) дает увеличение поступления тепла в трубы на 60 Вт, но потерю энергии 2,5 фотонов (это увеличение «холодного КПД» на 3,2 %). Пересчет «горячего теплового анализа» уменьшает уход тепла из труб на 52 Вт, но с потерей 2,5 фотонов (это увеличение «горячего КПД» на 2,5 %). Эффект от идеи п.2Д является примерно пропорциональным количеству фотонов, которые идут на стекловату 2; если количество таких фотонов увеличится в 4 раза (например из-за увеличения «свободной высоты пленки 4» до 32,5 см и увеличения потока радиации за точками 19-20 до 4,2 кВт / кв. м), то прирост «холодного КПД» окажется около 12,8 %, а прирост «горячего КПД» — около 10 %. Таким образом, потенциал увеличения КПД может достигнуть 10-20 %

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов (Часть 3)

3) Перспективы уменьшения стоимости коллектора (Окончание):

21) Существует очень интересная альтернатива стальной трубе – это асбестоцементная труба. Напорные асбоцементные трубы работают до давлений 1,5 МПа на транспортировке газа, холодной и горячей воды, воды отопления. Напорная асбестоцементная труба для давления 0,6 МПа с наружным диаметром 128 мм (стенка 10 мм) оказывается в 3,5 раз дешевле обычной стальной трубы с наружным диаметром 114 мм (стенка 4,5 мм). Однако коллекторы требуют таких асбоцементных труб, которые не имеют производства сейчас:

— Рабочее давление – до 0,2 МПа

— Наружный диаметр – 25-40 мм, внутренний диаметр – 15-30 мм, стенка 4-6 мм

— Овальная форма трубы – лучше, чем круглая

— Длина – 2,1 м

— Морозоустойчивость – до 20-50 замораживаний в год в сухой атмосфере внутренности коллектора

— Теплопроводность – максимальная

— Максимально черный цвет (добавка до 1 % сажи)

Существуют надежды, что такая труба окажется в 1,5-2 раза дешевле стальной трубы с наружным диаметром 25-40 мм и стенкой 1 мм (их вес – почти одинаковый). Кроме этого, самостоятельное производство асбестоцементных труб – это реальность (в отличие от производства стальных труб), а стоимость сырья (600 г цемента + 100 г асбеста) в 6-8 раз дешевле 700 г стали. Плюс самостоятельное производство соединений труб (два резиновых кольца и асбестоцементный цилиндр-муфта), поскольку магазины продают их по неоправданно высокой цене (это цена примерно 1 м длины трубы; это увеличит стоимость трубопровода в 1,5 раза)

Очень важное преимущество асбестоцементных труб – высокое сопротивление коррозии. Потребители называют срок службы этих труб – больше 50 лет (Это очень важно, поскольку стальная труба будет заменяться каждые 10-20 лет). Еще один плюс – это окраска асбестоцементных труб в черный цвет через добавку пигмента в цемент (5 г сажи в несколько раз дешевле, чем 10 г краски); это экономия до 1 EUR расходов на окраску труб. Минус этих труб: борьба разных европейских стран против асбеста, хотя наш случай не имеет контакта труб и их воды с людьми. Еще один минус – это потеря 1-3 % КПД коллектора (Радиация 3 кВт / кв. м нагревает наружную стенку трубы на 19 градусов при обычном коэффициенте теплопроводности асбестоцемента 0,8 Вт / (м х град) и толщине стенки 5 мм)

22) Мои старые коллекторы (из Докладов 7 и 8) использовали отражение алюминиевой фольги 15 (см. рис. E): она отражает радиацию от концентратора (или от солнца) на трубы 1. Фольга 15 имеет право быть расположенной под углом 15-20 град (к нормали пленки 4) и иметь высоту до 5-7 см. Фольга на двух боках коллектора под углом 18 град длиной 6 см – это дополнительные 3,9 см активной высоты коллектора; это дает право уменьшить диаметр труб 1 (и их стоимость и вес) в 1,22 раз. Плюс две «световых ловушки» 16 (т.е. промежутки между боками крайних труб 1 и фольгой 15) шириной около 5 мм (Это уменьшает диаметр-стоимость-вес труб 1 на 6 %). Плюс уменьшение утечки тепла из коллектора через пленку 4 (высота ее контакта с внутренностью коллектора уменьшается на несколько сантиметров). Еще один плюс – фольга 15 фиксирует стекловату 2 и делает ненужными другие работы по ее фиксации (однако фольга 15 не должна контактировать с пленкой 4). Я не смог хорошо реализовать эту идею из-за того, что использовал (в старых коллекторах) очень мягкую фольгу толщиной 14 мкм или фольгированную стекловату. Выход из ситуации – жесткая фольга 40-60 мкм с искривлениями (как на алюминиевых пищевых контейнерах). Старая фольга 15 может заменяться во время замены пленки 4 (или после перекраски труб 1)

23) Рис. F показывает хорошо известную идею фокусировки радиации вогнутыми зеркальными поверхностями 17. Коллектор может иметь две полуповерхности 17 из алюминиевой фольги, которые отражают радиацию на боковые и задние поверхности крайних труб 1. Две полуповерхности 17 увеличивают активную высоту коллектора на 2-5 см; поэтому стоимость труб 1 (их диаметр и вес) уменьшается в 1,1-1,4 раз. Полуповерхности 17 могут быть объединены с фольгой 15; толщина такой фольги – 50-90 мкм плюс разные искривления для жесткости формы

24) Рис. G продолжает идеи фокусировки радиации на задних и боковых частях труб 1: фольга 3 теперь является жесткой (ее толщина – 50-90 мкм плюс фиксация формы фольги различными искривлениями, как на алюминиевых пищевых контейнерах) и состоит из вогнутых поверхностей 18 за каждой из труб 1. Поверхности 18 отражают радиацию на «свою» трубу и разрешают увеличить промежутки между трубами до 2-4 см. Это увеличивает активную высоту коллектора на 3-7 см; поэтому стоимость труб 1 (их диаметр и вес) уменьшается в 1,2-1,5 раз. Поверхности 18 могут быть объединены с полуповерхностями 17 и фольгой 15; это будет единая фольга 3 толщиной 50-90 мкм с разными искривлениями для жесткости. Замена старой фольги может делаться во время замены пленки 4 (или после перекраски труб); большой зазор 14 упрощает эту операцию.

25) Существует идея использовать основной механизм передачи тепла в обычных плоских коллекторах, где солнечная радиация поглощается темной алюминиевой фольгой и транспортирует это тепло на стенки труб. Коллектор (см. рис. H) имеет толстую фольгу 3 (толщина – 0,08-0,2). Оптимальный вариант – 2-4 шт. прямоугольных труб 1. Трубы 1 закрепляются на фольге 3 теплопроводящей пастой с коэффициентом теплопроводности 0,5-3 Вт / (м х град). Это широко известная паста из силиконового герметика с оксидом цинка или оксидом алюминия (Я клеил алюминиевую фольгу с сталью через силиконовый герметик; адгезия очень-очень хорошая). Толщина слоя пасты – минимальная: 0,5-1 мм – это реальность, поскольку фольга мягкая. Трубы клеятся на фольгу без краски; потом все окрашивается черной краской из распылителя

Резюме по пп. 18-25:

— Сейчас отношение диаметра всех труб 1 к активной высоте коллектора – 76 % (остальные 24 % — это промежутки между трубами). Использование идей 22, 23, 24 уменьшает это отношение до 30-40 %. Таким образом, стоимость труб (и их вес) уменьшаются в 1,9-2,5 раз (стоимость труб и их вес меньше в 1,9-2,5 раз). Количество труб уменьшается в 2-3 раз; таким образом, расходы на гидравлическое соединение труб и их установку в коллектор уменьшаются тоже

— Идея п. 25 уменьшает это отношение примерно до 30-40 % тоже. Количество труб уменьшается в 2-3 раз тоже

— Идея п. 20 (переход на овальные и прямоугольные трубы) уменьшает это отношение еще в 1,1-1,3 раз. Однако это уменьшение стоимости компенсируется увеличением расходов на толстую фольгу 3 и на операции с ней (искривления формы или наклеивание труб 1)

— Существует еще идея п. 21 (переход на асбестоцементные трубы). Ее потенциал – уменьшение стоимости трубопроводов в 1,5-2 раз (считая фактор длительной работы без замен)

— Таким образом, расходы на трубы 1 (и их покраску) могут уменьшиться с 13,8 EUR (согласно второй таблице) до 4-7 EUR

Таким образом, перспективная стоимость коллектора с размерами 6,3 м х 17,5 см оказывается 12-15 EUR (4-7 EUR стоимости труб 1 и 8,3 EUR расходов на другие детали коллектора согласно второй таблице). Это около 2,1 EUR за метр длины коллектора (12,3 EUR за кв. метр активной площади коллектора)

Это в 2,38 раз дешевле, чем в Главе 2

 

4) Свойства

Я изготовил новый коллектор в начале апреля 2012 и запустил его 24 апреля. Коллектор имеет активную ширину 121,5 см и высоту 17,5 см (активная площадь – 0,213 кв. метр). Он работает в солнечном концентраторе, который имеет черты 1-го и 4-го типа (эти концентраторы описаны в Докладах 10 и 11). Это есть работа под солнечной радиацией до 5-7 квт / кв. м в среднем и до 7-10 квт / кв. м в отдельных точках (для сравнения: обычная радиация от солнца летом – 0,8-0,9 квт / кв. м)

До перекраски труб 1 максимальная производительность коллектора была 25 апреля 2012 с 12.54 до 13.12 по летнему киевскому времени: он нагрел 47,7 литр воды за 18 минут с +34,1 град до +41,1 град. Это есть мощность нагрева – 1298 вт, т.е. 6096 вт / кв. м активной поверхности коллектора. При температуре окружающего воздуха – плюс 23 град. Люксометр показывал силу солнца – 87 (Это обычный майский ясный день. После дождя люксометр показывает до 100 и больше, например 17 мая в 14.30 люксометр показал 103)

После перекраски труб 1 (я сделал ее 27 июля 2012) максимальная производительность коллектора была 11 августа 2012 с 13.16 до 13.31 по летнему киевскому времени: он нагрел 51,6 литр воды за 15 минут с +51,9 град до +58,0 град. Это есть мощность нагрева – 1469 вт, т.е. 6897 вт / кв. м активной поверхности коллектора. При температуре окружающего воздуха – плюс 30 град. Причины увеличения мощности коллектора: черная покраска труб 1 (и стекловаты с полосами фольги), более качественные зеркала концентратора, сильное солнце (Люксометр показывал от 89 до 91)

Важные факты по перекраске труб:

А) Оказалось, что краска очень хорошо покрывает стекловату и делает ее черной. Краска создает тонкую твердую корку (до 1-2 мм) из черных волокон, которые сцепленные друг с другом (если эту «корку» снять, то мы получим чистую стекловату без краски). Эта «корка» сохраняет форму стекловаты, и она задерживает маленькие волокна стекловаты, которые все время хотят попасть на поверхность труб 1 и уменьшить их коэффициент поглощения радиации

Б) 27 июля я сделал большую ошибку: моя черная краска покрасила стекловату вплоть до точек 21, 22. Когда я поставил коллектор в концентратор, то радиация начала прожигать дырки в пленке 4: дырки имели размеры до 1-2 см и находились около точек 21, 22. Продолжение работы коллектора увеличивает дырки и они могут сливаться друг с другом в сплошные щели. Натяжение пленки уменьшается, и пленка 4 начинает прилипать до горячих труб 1 и прожигаться ими. Идет дым. Пленка 4 может получать не дырки, а тепловое растяжение пленки. Нижний край пленки 4 плавится и слетает со скоб. Пленка 4 может быть уничтожена за несколько минут

В) Однако, работа коллектора со светлой стекловатой (до 27 июля) не давала никаких повреждений пленки 4. Следовательно, причина повреждений пленки – это черная краска на стекловате. Я думаю, что радиация концентратора сильно нагревает «черную корку», и она плавит пленку 4 в местах ее касаний к полиэтилену.

Г) Оказалось, что пленка не плавится, если зайчик коллектора находится в середине коллектора и касается точек 21, 22 своими краями, где интенсивность радиации – малая. Например, 31 июля была работа несколько часов (температура воды 100 град, температура улицы 32 град): ни одного повреждения пленки. Однако существует много ситуаций, когда точки 21, 22 могут получить большую радиацию, которая уничтожит пленку 4

Д) 2 августа я убрал по 1 см «черной корки» (ножницами) и вверху и внизу. Я осмотрел коллектор с пленкой 4 и убедился, что «черная корка» нигде не касается пленки. После этого коллектор работал без повреждений

Е) НИОКР должны определить величину этого зазора (от края «черной корки» до точек 21, 22). Допустимое количество касаний «корки» к пленке – 1 шт. на 1-2 м длины коллектора. Это касание быстро сделает дыру пленки диаметром до 2 см. Эта дырка даст небольшое уменьшение КПД коллектора. Однако она даст вентиляцию коллектора, которая удаляет запотевания на внутренней стороне пленки 4. Зазор около точек 22 имеет право быть меньше чем около точек 21, поскольку влияние «нижних» дырок на КПД меньше, и «нижние» дырки имеют меньший размер

Кроме этого, были случаи:

А) До середины мая я работал с промежутком 4-5 см между пленкой 4 и передними краями труб 1. Затем я уменьшил этот промежуток до 2-3 см и получил следующий недостаток. Сильный северный ветер прижимал пленку 4 к трубам 1 во время работы концентратора-коллектора. В это время поверхности труб 1 имеют очень большую температуру (100 град и выше), и пленка 4 прилипала к ним и прожигалась на длинных горизонтальных участках: дырки длиной 20-40 см и высотой до 5-10 мм. Однако через несколько недель эти дырки увеличиваются до нескольких сантиметров (это трубы 1 продолжают их жечь), и пленка 4 начинает настойчиво требовать замены. Вывод: ширина промежутка между пленкой и передними краями труб должна быть больше 3,5-4,5 см

Б) Дожди показали следующий недостаток. Вечер 10 мая дал очень сильный ливень продолжительностью 20 минут на юго-западном ветре (в это время коллектор смотрит вниз с отклонением 52 градуса от горизонтали). Я ожидал, что капли дождя будут стекать по доске 5, и затем они будут течь по пленке 4. Однако капли почти не переходили на пленку 1: вверху пленки были небольшие потоки и редкие капли проходили через всю пленку. Поэтому пленка 4 должна периодически мыться от пыли ветра, пыли росы и следов насекомых (сильные струи из распылителя). Хотя может быть сильный северный ветер будет прижимать дождь к пленке 4. Хотя может быть во время низкого солнца (с октября до февраля, когда отклонение коллектора от горизонтали будет меньше 35 градусов) дожди будут мыть пленку 4 хорошо

В) Я сделал ошибку, когда решил дать угол 45 град между доской 7 и досками 5, 6: моя стекловата 2 не скопировала форму досок 5, 6 и начала закрывать крайние трубы 1 от лучей коллектора. Поэтому я предлагаю уменьшить этот угол до 20-35 град. Кроме того, это уменьшит площадь досок 5, 6, 7: меньше стоимость этих досок, меньше вес, меньше площадь утечки тепла

Опыт работы с новым коллектором (и опыт моих старых коллекторов, которые имеют много общего с новым коллектором: коллектор из Доклада 7, который работал с октября 2011 до декабря, и коллектор из Доклада 8, который работал в январе-марте 2012) дают следующие характеристики и свойства нового коллектора:

А) Коллектор хорошо работает зимой на морозе. Вода автоматически сливается из его труб после выключения насоса: воздух заходит внутрь труб через обратный клапан (он описан в Приложении 3), а коллектор располагается в концентраторе под небольшим наклоном для стока воды. 1 и 2 февраля 2012 коллектор был запущен при температуре воздуха – минус 21 град

Б) Однако, существует одно беспокойство, которое я не смог проверить на своих коллекторах из-за малой длины их труб. Трубы коллекторов ряда должные соединяться в прямые трубопроводы длиной 30 м и более. При переходе от температуры -30 до температуры + 110 удлинение стальных труб – 0,17 %, т.е. 5,1 см и больше (1,1 см на 6,3 м длины). Я надеюсь, что это удлинение будет компенсировано гидравлическими соединениями труб и / или креплениями труб на корпусе. Например, мы можем использовать 1-2 резиновых шланга длиной 25-50 см (вместо 10 см); эти шланги являются компенсаторами; растяжение труб 1 увеличивает их изгиб; потенциал компенсации одного шланга – несколько сантиметров и больше. Другие решения этой проблемы: использование традиционных компенсаторов, ограничение длины ряда. Я не встретил этой проблемы ни в одном из трех своих коллекторов. Самые длинные трубы имел мой первый коллектор (до декабря 2011): труба 1 состояла и трех труб длиной по 1,45 м, которые были соединены резиновыми шлангами длиной 6-8 см. Этот коллектор не имел стержней 8, и трубы были подвешены на проволоках; я думаю, что увеличение длины труб сопровождалось их смещением на проволоках-подвесках и не делало никаких заметных последствий. Резиновые шланги на краях коллектора (они описаны в Приложении 3) работали как компенсаторы: они имели длину 15-30 см и большой изгиб

В) Роса и иней не являются проблемой для коллектора, хотя они появляются на пленке 4 очень часто. Утром солнечный зайчик медленно наползает на пленку 4 и удаляет эту влагу

Г) Осенью 2011 (а также в мае 2012) я потратил много времени и нервов на борьбу с дождевыми потоками, которые затекали внутрь коллектора между краями пленки 4 и корпусом. Кроме этого, я боролся против запотеваний на внутренней стороне пленки 4, причем солнечный зайчик не мог их быстро убирать. Обе эти проблемы решаются одним путем – правильный выбор крепления краев пленки 4. Это и отводит дождевые потоки и дает хорошую вентиляцию внутренности коллектора

Д) Существовала еще одна большая проблема. Солнечный зайчик утром и вечером проходит через торцы нижней (летом) или верхней (зимой) стенок корпуса коллектора и дает очень высокую температуру (больше 100 град) на темных поверхностях и в тепловых ловушках. Эта температура плавила пенополистирольные стенки старых коллекторов и пленку 4. Новый коллектор решает эту проблему через следующие методы: во-первых, использование дерева для стенок корпуса (это доски 5, 6); во-вторых, торцы досок накрыты светлой стекловатой 2; в-третьих, перекраска труб 1 будет избегать покраски стекловаты на торцах досок 5 и 6

Е) Коллектор может работать без пленки 4 (эти эксперименты описаны в Докладе 8). Однако это уменьшает его КПД (Удаление пленки почти не меняет КПД, если разница температур воды в трубах 1 и воздуха улицы не больше 10-20 градусов. Однако КПД коллектора без пленки очень быстро уменьшается при росте температуры воды). Кроме этого пленка 4 закрывает стекловату 2 от дождя и ветра

Ж) Если коллектор получил аварию и остался без воды (я описал эти эксперименты в Докладе 8), то люди должны быстро восстановить поток воды по трубам. Первые 15-45 минут пройдут без последствий, поскольку рост температуры внутренности коллектора будет сдерживаться испарением остатков воды на стенках труб. Однако затем температура поднимется (выше 250 град) и начнет уничтожать пленку 4. Поэтому пленка 4 должна быть заменена после устранения аварии (или мы будем работать с КПД в 1,2-2,0 раз ниже). Кроме этого, высокая температура может уничтожать краску на трубах 1, которая переходит в серый цвет (хотя существуют высокотемпературные краски до 600 град). Еще одно слабое место – «тепловые мосты» из внутренности коллектора, например стержень 8 нагревается до 150-300 градусов и может повредить деревянный корпус коллектора. Я не видел загорания коллектора, однако оно теоретически возможно при температурах выше 550 град (до этого пленка 4 уже расплавится и спасет коллектор от перегрева). Кроме этого, трубы ряда получают большое тепловое удлинение (10 см и больше), которое может уничтожить гидравлические соединения труб или их крепления в коллекторе

З) Существуют ограничения по мощности солнечного зайчика. В апреле-июне я работал с потоками от концентратора на уровне 5-7 кВт / кв. м и не встретил никаких ограничений. Однако они могут быть, поскольку теоретический предел возможностей параболоцилиндрических концентраторов – 100 кВт / кв. м. Эти ограничения могут появиться в трех режимах: работа в полдень с зайчиком на центре коллектора, работа утром и вечером с зайчиком на торцах досок 5 и 6, первые 5-15 минут аварии с полной потерей воды трубами 1. Наиболее слабое место – это пленка 4 (она может начать плавиться). Кроме этого, повреждения могут захватить краску, деревянный корпус, фольгу 3, гидравлические соединения труб (например, черные резиновые шланги), трубы

И) Кроме этого, существуют ограничения по давлению воды в трубах 1. Это давление может быть ограничено 0,1 МПа (хотя я иногда давал 0,3 МПа), поскольку,  шов тонкостенной трубы 1 может разойтись (я встретил это два раза на гидравлических испытаниях труб), стык стальной трубы и резинового шланга может протекать (я видел это много раз), резиновый шланг может порваться (хотя я не встретил этого ни разу)

(ПРОДОЛЖЕНИЕ  СЛЕДУЕТ)

Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов (Часть 2)

3) Перспективы уменьшения стоимости коллектора (Начало):

Распределение расходов по деталям коллектора:

Доля (%)

Деталь

Время  Подготовки

Время Сборки

Время Перевозки

Время На поле

Итого время

х 0,25 EUR за ми-нуту

Мате-риалы

Итого расхо-ды

45,4 %

Трубы 1 (и их черная краска)

2 м 50 с

1 м 15 с

4 мин 05 сек

1,01 Е

13,6 Е

14,61 Е

13,7%

Корпус (доски 5, 6, 7)

30 с

3 м 30 с

4 мин

1,00  Е

3,4 Е

4,4 Е

8,3 %

Стержень 8, его проволока и уста-новка труб на них

45 с

1 м 30 с

8 м

10 мин 15 сек

2,56 Е

0,1 Е

2,66 Е

7,7 %

Путь корпуса: цех > склад > поле > концентратор

1 м

2 м

6 м 55 с

9 мин 55 сек

2,48 Е

2,48 Е

7,2 %

Соединение труб (хомуты и резиновые шланги)

2 м

2 м 30

4 мин 30 сек

1,12 Е

1,2 Е

2,32 Е

7,0 %

Планки 9, 11 (и их шурупы)

3 м 30 с

3 м 15 с

1 м

7 мин 45 сек

1,94 Е

0,3 Е

2,24 Е

6,3 %

Стекловата 2

20 с

3 м 20 с

3 мин 40 сек

0,92  Е

1,1 Е

2,02 Е

3,2 %

Пленка 4

20 с

5 с

1 м 20 с

1 мин 45 сек

0,44 Е

0,6 Е

1,04 Е

1,2

Фольга 3

20 с

20 сек

0,08 Е

0,3 Е

0,38 Е

100  %

С  У  М  М  А

10 м 15 с

12 м 55 с

3 м 20 с

19 м 45 с

46 м 15 сек

11,55 EUR

20,6 EUR

32,15 EUR

Некоторые идеи уменьшения стоимости коллектора:

1) Автоматизация обработки досок 5, 6, 7 и их сборки в единое изделие. Сейчас 4 минуты (1 EUR зарплат) затрачиваются на следующие операции: обрезать оба края досок 7 под углом 45 градусов, подвезти 22 кг досок к «столу-шаблону», установить их в «шаблон», провести гвоздебойный пистолет по стыкам досок 5,6 с доской 7 (18-50 шт. гвоздей длиной 20-30 мм). Очевидно, что эта технология может быть автоматизирована, например:

— соединение досок может делаться клеем, а не гвоздями.

— «стол-шаблон» (для одной 6-метровой секции) может быть заменен непрерывным производством профиля из трех досок на ленточном конвейере. С автоматическим введением клея или гвоздей

— автоматизация подачи досок от склада до этого конвейера

2) Толщина досок 5, 6, 7 может быть уменьшена (сейчас 10-12 мм) до 8-10 мм. Это экономия около 0,5 EUR. Кроме этого, закупка досок у поставщика может быть заменена на самостоятельную обработку бревен до досок. Это еще 0,5-1 EUR экономии

3) Замена досок 5, 6, 7 на другой материал. Сосновая доска толщиной 8-12 мм является дешевым материалом (около 1 EUR за кв. метр), который способен долго противостоять уличной погоде, солнцу и дождевым потокам. Дерево хорошо берет пропитки, защитные покрытия (типа краски) и разные клеи. Оно может выполнять функции корпуса коллектора, а именно: удерживать форму стекловаты, защищать ее от дождя и росы, держать скобы крепления пленки 4 и давать дополнительную теплоизоляцию коллектора (в помощь стекловате). Рабочая температура дерева – как минимум 160 градусов (это важно для северных краев досок 5, 6). Корпус коллектора противостоит следующим силам (хотя трубы 1 могут быть опорами для снятия части нагрузки с корпуса): собственный вес и вес стекловаты 2, сила ветра (северный или южный ветер 30 м / сек давит на 2,1 м длины коллектора с силой 30 кг), случайные воздействия на пути цех-склад-погрузка-перевозка-разгрузка-переноска-установка в коллектор

Однако, существуют более интересные альтернативы сосновой доске:

— Конструкция из трех стенок пенополистирола и нескольких сосновых реек (я клеил их полиуретановой пеной, однако этот клей должен быть заменен из-за быстрого старения от солнца). Такие корпуса имеют мои коллекторы из Докладов 7 и 8. Лист пенополистирола обычной плотности (25 кг / куб. м) толщиной 2-3 см имеет цену 0,4-0,6 EUR за кв. метр. Его прочность увеличивается при увеличении толщины и плотности, а также при переходе на экструзионный пенополистирол. Другие преимущества: вес 5 кг вместо 22 кг (это уменьшает рабочее время на пути от цеха до концентратора), теплоизоляция – в 5-20 раз больше (это эквивалент дополнительного слоя стекловаты толщиной 4 см)

— Стенки 5, 6 остаются из дерева, а стенка 7 заменяется на пенополистирольный лист толщиной 2 см. Такой корпус имеет вес 13 кг, а его стоимость уменьшается на 0,7-1,0 EUR

— Изготовление длинного пенополистирольного профиля в виде буквы «С», который является тремя стенками 5, 6, 7 (на ленточном конвейере с резкой на секции по 6,3 м). Может быть технология вспененного пенополистирола, может быть технология экструзионного пенополистирола. Плюс деревянные рейки для скоб пленки 4 и для усиления конструкции. Автоматизация процесса – это экономия 2-3 минут рабочего времени (0,5-0,75 EUR зарплат)

— Стенки из ребристых легких жестких полимеров. Однако толщина стенки – не больше 3-8 мм, а плотность – меньше 100-300 кг / куб. м. Иначе это будет дороже сосновой доски. Желательно удержание скоб пленки 4, чтобы не вставлять деревянные рейки

— Стенки из обычных жестких полимеров толщиной до 2-3 мм. Плюс много отверстий размером до 2-4 см (Эти отверстия могут быть закрыты более длинной пленкой 4). Доля отверстий – больше 80 %, чтобы такая стенка оказалась в 2 раза дешевле сосновой доски

4) Сейчас стоимость окрашивания труб 1 – это 1,2 EUR (2 минуты на ручную покраску распылителем + 0,7 EUR стоимости краски на 2,6 кв. м поверхности окрашивания). Автоматические методы окрашивания (например, окунание, заливка, конвейерная окраска системой распылителей) устраняют расходы времени и уменьшают расход краски

5) Если наружный диаметр труб 1 увеличить в 1,5 раза (с 22 мм до 33 мм), то количество труб уменьшится в 1,5 раза (с 6 шт. до 4 шт.) при обеспечении той же активной высоты коллектора 17,5 см. Первое следствие – это уменьшение расходов времени на гидравлическое соединение труб в 1,5 раза (Это экономия 1,5 мин = 0,37 EUR). Второе следствие – это уменьшение расходов времени на установку труб в коллектор почти в 1,5 раза (Это экономия 2 мин = 0,5 EUR). Переход на трубы с диаметром 44 мм уменьшает эти расходы в 2 раза

6) Если длина труб 1 будет увеличена в 2 раза (с 6,3 м до 12,6 м), то количество гидравлических соединений труб уменьшится в 2 раза; расходы материалов (шланги и хомуты сейчас – это 1,2 EUR) и времени уменьшатся в 2 раза. Более длинные трубы требуют договоренности с производителем и специального транспорта для перевозок

7) Гидравлическое соединение труб методом «хомут + резиновый шланг + хомут» не является самым дешевым (и не является идеально надежным). Другие традиционные методы соединений труб: несколько типов автоматической сварки, резьба, пайка, резиновая муфта, клей. Плюс много нетрадиционных типов соединений. Соединение труб может делаться как сейчас (около концентраторов), может делаться в нескольких точках поля (с ручной переноской длинных труб до концентраторов), может делаться на заводе (плюс специальные грузовики для перевозки длинных труб)

8) Метод крепления труб 1 в коллекторе посредством стержня 8 и проволоки – это очень хороший метод для изготовления коллекторов любителями в небольших количествах. Массовое производство коллекторов может использовать другие методы фиксации труб. Например, штамповка может сделать из стальной заготовки 0,5 мм х 6 см х 30 см (стоимость – 0,04 EUR) аналог стержня 8 с шестью углублениями для труб 1; люди быстро кладут трубы в эти отверстия и фиксируют их силиконом или длинной стальной защелкой. Время установки труб 1 на стальной профиль – 1-2 минуты (вместо 6 минут установки на стержень 8 и проволоку). Плюс 45 секунд экономии, которые раньше затрачивались на 6 шт. отверстий в досках 5, 6 (под стержни 8), на изготовление стержней 8 (отрезать от стального прута) и их проволок (отрезать и загнуть). Плюс 1,5 минуты экономии на установку стержня 1 (в корпус коллектора) и фиксацию его проволоки. Минус затраты времени на установку новых стальных профилей в корпус коллектора

9) Система планок 9 и 11 может быть упрощена. Их продолжение за стенку 7 (вместе с шурупом 12) могут оказаться излишними, поскольку угол между стенками 5 и 6 уже зафиксирован трапецией из стержня 8 и стенок 5, 6, 7. Кроме этого, продолжение планки 9 перед стенкой 6 (вместе с шурупами 10) могут оказаться лишними тоже, поскольку коллектор может крепиться на деревянные стенки 6 или 7. Таким образом, планки 9 и 11 укорачиваются до 8-11 см (вместо старых 30-50 см). Три пары новых планок (без 9 шт. шурупов 10, 12) оказываются на 0,2 EUR дешевле. Плюс 0,37 EUR экономии на зарплатах, которые были связаны с 1,5 минуты работ с шурупами 10 и 12

10) Каждая из планок 9 и 11 имеет по четыре шурупа (длиной по 35 мм) для соединения с досками 5 и 6. Это 24 шт. шурупов в трех комплектах планок: 20 шт. закручиваются на заводе и 4 шт. должны закручиваться в поле для соединения корпусов соседних коллекторов. Сейчас затраты времени на эти шурупы – 5 минут 45 секунд (14,4 сек на шуруп), т.е. 1,44 EUR зарплаты. Это неоправданно много. Некоторые предложения: замена деревянных планок на стальные пластины с дырками под шурупы, использование 2-3 шурупов на планку (пластину), несколько параллельных шуруповертов для одновременного закручивания 2-4 шурупов, автоматическое закручивание шурупов на конвейере, гвозди вместо шурупов, клей вместо шурупов и т.п.

11) Сейчас 3 минуты времени (0,75 EUR зарплат) затрачиваются на крепление 2 х 6,3 м краев стекловаты 2 на торцах досок 5 и 6. Это время тратится на примерно 100 скоб степлера. Однако клей – это более дешевое крепление стекловаты на досках 5, 6 (аналогично изготовлению фольгированной ваты, где фольга приклеивается на стекловату). Нанесение клея на доски 5, 6 может быть автоматизировано на ленточном конвейере. Кроме этого, мы можем отказаться от крепления стекловаты на торцах досок, где стекловата защищает северный край досок 5, 6 от очень сильной радиации концентратора

12) Сейчас 1 минута (0,25 EUR зарплат) затрачивается на следующие операции: 20 % от разрезать рулон стекловаты шириной 120 см на три рулона по 40 см, 3 % от разрезать рулон фольги шириной 1 м на пять рулонов по 20 см, положить стекловату 2 между досок 5 и 6, положить фольгу 3 на стекловату. Эти операции хорошо автоматизируются на ленточном конвейере (кроме этого, стекловата может быть соединена с фольгой клеем и снова закручена в рулон – это известная технология изготовления фольгированной стекловаты)

13) Сейчас 2 минуты (0,5 EUR) затрачивается на перемещение 20 кг труб 1 по маршрутам цех > склад > точки разгрузки на поле > ручная переноска до концентраторов. Это время может быть уменьшено через максимальное использование машинных погрузчиков-разгрузчиков, ленточных конвейеров и специальных машин, например, для машинной перевозки труб от точек разгрузки на поле до концентраторов

14) Сейчас 3 минуты времени (0,75 EUR) затрачивается на перемещение 25 кг корпуса коллектора по маршрутам цех > склад > точки разгрузки на поле > ручная переноска до концентраторов. Сейчас весь этот путь корпуса лежат на длинных носилках из двух алюминиевых труб длиной по 7 м (2 шт. корпусов на одних носилках). Однако существуют более эффективные способы перемещения аналогично п.13

15) Сейчас 6 минут 55 секунд (1,73 EUR) затрачивается на установку коллектора в концентратор. Это время зависит от типа концентратора и его конструкции (сейчас взят концентратор 4-го типа с конструкцией из Доклада 11). Например, новый концентратор 1-го типа (я опишу его в ближайших докладах) имеет время установки колектора – 4 минуты 10 секунд. Модернизация конструкции концентраторов (и использование специальных машин) может уменьшить время установки коллектора на несколько минут

16) Фольга 3 может оказаться лишней деталью. Если ее не поставить, то будет падать много маленьких волосков стекловаты на трубы 1 и пленку 4, а трубы 1 могут погрузиться в стекловату. Однако эти функции могут делаться другими методами. Например, стекловата 2 может быть покрашена черной краской. Краска формирует корку из покрашенных волосков, которые прилипли друг к другу. Она имеет толщину 1-2 мм, и я думаю, что эта корка может заменить фольгу 3: она может быть барьером для волосков и может держать форму стекловаты. Расход краски на 1,1 кв. метр поверхности (под трубами 1) – 100-200 г; это 0,1-0,2 EUR (вместо 0,3 EUR). Плюс расход времени на покраску (ручная покраска распылителем или автоматическая покраска на ленточном конвейере)

17) Глава 7 опишет несколько идей уменьшения времени работы с пленкой 4. Ожидаемая экономия времени – 40 секунд

Перспективное распределение по итогам первой части идей (пп. 1-17):

Новая

доля

Деталь

№ идей

Новое время

х 0,25 EUR за минуту

Мате-риалы

Итого расхо-ды

62 %

Трубы 1 (и их черная краска)

4, 13

1 мин 30 сек

0,4 Е

13,4 Е

13,8 Е

10 %

Корпус коллектора (аналог досок 5, 6, 7)

1, 2, 3

1 мин

0,3  Е

2,0 Е

2,3 Е

5 %

Установка труб в корпус (аналог стержня 8 и его проволоки)

5,8

4 мин

1,0 Е

0,1 Е

1,1 Е

6 %

Путь корпуса: цех > склад > поле > концентратор

3, 14, 15

5 мин

1,3 Е

1,3 Е

3 %

Гидравлическое соединение труб (аналог хомутов и резиновых шлангов)

5, 6, 7

1 мин

0,2 Е

0,4 Е

0,6 Е

3 %

Аналог планок 9, 11 (и их шурупов)

9, 10

2 мин

0,5 Е

0,1 Е

0,6 Е

6 %

Стекловата 2

11, 12

30 сек

0,1  Е

1,1 Е

1,2 Е

4 %

Пленка 4

17

1 мин 05 сек

0,3 Е

0,6 Е

0,9 Е

1 %

Фольга 3

12, 16

10 сек

0,04 Е

0,2 Е

0,24 Е

100  %

С  У  М  М  А

 

16 м 15 сек

4,1 EUR

17,9 EUR

22,0 EUR

Таким образом, около половины расходов на коллектор – это стоимость стальных труб 1 (и по новой и по старой таблицах). Следующие восемь идей снижают эту стоимость:

18) Глава 5 опишет три небольших идеи, которые разрешают увеличить активную высоту коллектора: «волны» фольги 3 (п.2Б), отражение краев фольги (п.2В) и черная покраска фольги (п. 2Г). Общий эффект всех трех идей – увеличение «активной высоты» до 2-3 см, т.е на 12-20 %. Это разрешает уменьшить диаметр труб 1 (и их стоимость) в 1,12-1,20 раз, и мы останемся в старой активной высоте 17,5 см

19) Существует идея (см. рис. B) зазора 14 между трубами 1 и фольгой 3. Его ширина – до 5-10 мм. Этот зазор разрешает увеличить промежутки между соседними трубами 1 на 1-4 мм; это разрешает уменьшить диаметр труб 1 на 1-3 мм. Таким образом, стоимость труб 1 (и их покраски) уменьшается на 5-12 %

20) Круглые трубы 1 могут быть заменены на овальные (см. рис. C) или прямоугольные (см. рис. D). Отношение площади стенки к ширине круглых труб – это 3,14; для прямоугольных и овальных – от 2,4 до 2,8. Таким образом, стоимость и вес труб должны уменьшиться в 1,1-1,3 раз; однако круглая труба имеет более простую технологию изготовления. Количество труб уменьшается в 1,5-2 раз (расходы на установку труб в коллектор пропорционально уменьшаются). Промежутки между прямоугольными трубами получают право увеличиться, однако это компенсируется уменьшением количества этих промежутков. Овальные трубы имеют небольшой прирост ширины промежутков; поэтому мы должны увеличить их размер (и стоимость) на 2-7 %. Идея зазора 14 (см. п.19) оказывается более эффективной (до 12 % экономии для круглых труб, но до 18 % экономии для овальных и до 22 % экономии для прямоугольных). Расходы на гидравлическое соединение труб не изменяются: уменьшение количества труб компенсируется более сложными методами соединения. Кроме этого, овальные и прямоугольные трубы лучше держат вертикальные нагрузки; поэтому интервал между стержнями 8 имеет право быть увеличенным

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 12: Еще один очень дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов(Часть 1)

Существуют люди, которые уверенны, что солнечная энергетика будущего – это «параболоцилиндрические концентраторы». Это системы зеркал, которые фокусируют солнечный свет в очень длинный горизонтальный зайчик высотой до 10-20 см. Сила солнечной радиации в зайчике – в 5-100 раз больше обычного солнечного потока. Первый аргумент этих людей – зеркала концентраторов в несколько раз дешевле солнечных коллекторов. Второй аргумент: максимальная температура нагрева в фокусе зайчика достигает несколько тысяч градусов; это возможность греть горячую воду без потери КПД; и это возможность производить электричество

Может ли обычный плоский коллектор (магазины продают его по 150-300 EUR за кв. метр; это стекло и темная алюминиевая фольга, которая нагревается солнцем и передает тепло медным трубкам) работать в этом зайчике, т.е. может ли он преобразовать очень сильный поток радиации (5-100 кВт / кв. метр) в нагрев воды, которая течет в его медных трубках?

Я не проверял это экспериментально, но думаю, что он может работать в потоке до 2-3 кВт / кв. метр. Большие потоки очень опасные, поскольку алюминиевая фольга имеет небольшую толщину и существует большой тепловой барьер на стыке фольги с медными трубками. Поэтому большие потоки будут сопровождаться низким КПД коллектора, и они будут греть фольгу так, что тепло может уничтожить ее темное покрытие или расплавить алюминий. Если увеличить толщину фольги и усилить ее контакт с трубками, то предел потока радиации может быть увеличен. Однако:

1) Магазины не продают коллекторы с толстой фольгой и сильным контактом фольги с трубками. И магазины не продают коллекторы высотой 15-25 см (их ассортимент – около 1 метра)

2) Себестоимость изготовления обычных высоких коллекторов – 80-120 EUR / кв. метр (без НДС). Себестоимость усиленных коллекторов высотой 15-25 см – 100-180 EUR / кв. метр. Это около 30 EUR за метр длины коллектора высотой 15-25 см. Очень-очень дорого

Я изготовил мой новый коллектор своими руками в апреле 2012 и эксплуатирую его до сих пор в г. Миргород (Украина) в концентраторе на потоке радиации 4-8 кВт / кв. метр. Он оказался в 5 раз дешевле – 5-7 EUR за метр длины (25-30 EUR за кв. метр активной поверхности). Цель срока службы – 10-30 год. Эксплуатационные расходы – около 0,2 EUR в год за метр длины

 

1) Конструкция:

Мой коллектор имеет (на рис.A – вид сбоку):

— Стальные трубы 1. Они имеют тонкую стенку – 1 мм (я использовал 6 шт. труб с наружным диаметром 22 мм и внутренним – 20 мм). Оцинкованные (как минимум внутри). Наружность труб покрашена черной краской (для температуры 100 град)

— Слой 2 стекловаты толщиной 5 см (Экономическая целесообразность может рекомендовать слой 10 см)

— Алюминиевая фольга 3 (я использовал толщину 14 мкм). Она зажатая (без пайки, клея и т.п.) между слоем 2 и трубами 1. Края фольги не выходят за пределы плоскости труб 1

— Прозрачная полиэтиленовая пленка 4

Новый коллектор использует два основных механизма преобразования солнечной радиации в тепло воды, которая двигается внутри труб 1:

1) Вода коллектора получает 83 % тепла из-за прямого попадания солнечной радиации на стенки труб 1

2) Часть солнечной радиации проходит между соседними трубами (трубы располагаются не вплотную, а на расстоянии 7-11 мм), попадает на фольгу 3, отражается и попадает на стенки труб 1 (это 8 % от всего полезного тепла)

Трубы 1 должны быть перекрашены (из-за износа краски) через несколько лет работы. Это делается распылителем во время снятой пленки 4. Черная краска добавляет черные полосы на фольге 3 (под промежутками между трубами 1) и красит стекловату 2 выше и ниже труб 1. Поэтому коллектор получает еще два механизма передачи тепла (однако механизм № 2 уменьшается):

3) 6 % тепла воды: темная стекловата поглощает радиацию и нагревается. Затем это тепло идет в воздух между пленкой 4 и трубами 1. Большая доля этого тепла уйдет из коллектора через пленку 4. Однако часть тепла попадет в трубы 1

4) 5 % тепла воды: часть солнечной радиации проходит между соседними трубами 1, попадает на черные полосы фольги 3 и становится теплом. Затем часть этого тепла идет по фольге 3 в трубы 1 через слабый контакт фольги с трубами. Другая часть тепла переходит в воздух промежутка между трубами: часть уйдет из коллектора через пленку 4 и стекловату 2, однако часть тепла попадет на стенки труб 1. Этот механизм работает и на окрашенных краях фольги 3

Коллектор имеет также:

— Внешний корпус из сосновых досок длиной по 2,1 м. Ширина досок 5, 6 – по 14 см, их толщина – 10 мм. Толщина доски 7 – 12 мм, ее ширина – 18 см, причем ее края обрезанные под 45 градусов для плотного прилегания к доскам 5 и 6

— Стальные стержни 8 диаметром 5 мм (между трубами 1 и фольгой 3). Это опора для труб 1. Стержень вставляется в отверстия в досках 5, 6. Интервал между соседними стержнями – 210 см

— Каждый стержень 8 имеет проволоку из нержавеющей стали диаметром до 1 мм. Эта проволока привязывает каждую из труб 1 к стержню 8: это очень простой  метод крепления с хорошей точностью установки труб. Я давал разную ширину промежутка между трубами 1: центральный промежуток – 7,5 мм, крайние промежутки – 9,5 мм. Эта проволока закрепляется скобами степлера на доске 5: я перегибал проволоку пополам, протягивал этот изгиб в отверстие доски 5 (для стержня 8) и крепил изгиб одной скобой на верхней стороне доски 5

— Каждый стержень 8  имеет деревянную планку 9 сечением 20 х 40 и длиной 50 см. Ее функции: во-первых, она соединяет соседние доски 6 (через 4 шт. шурупов: по два шурупа в каждую доску). Во-вторых: они являются опорой для торца стержня 8. В-третьих, я использовал планки 9 для крепления коллектора в концентраторе (через 2 шт. шурупов 10)

— Каждый стержень 8  имеет деревянную планку 11 сечением 20 х 40 и длиной 30 см. Ее функции: она соединяет соседние доски 5 (через 4 шт. шурупов) и закрывает верхний торец стержня 8. Кроме этого, планки 9, 11 соединяются шурупом 12 для жесткой фиксации угла между досками 5 и 6. Плюс планки 9 и 11 используются для соединения корпусов соседних коллекторов (т.е. для соединения их досок 5 и 6). Плюс обе планки – это теплоизоляция стержня 8, который является «тепловым мостом» из внутренности коллектора

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

— концы труб 1 снабжаются черными резиновыми шлангами (ПВХ-шланг использовать нельзя). Эти шланги выдерживают высокую температуру и могут выполнять функцию труб 1, т.е. хорошо поглощают радиацию

— шланг надевается на трубу на 1,5-3 см и фиксируется одним или двумя стальными хомутами. Я делал это двумя хомутами и соединение было идеальным. Один хомут может давать течи, особенно если давление воды – больше 0,1 МПа

О стекловате 2:

— Ее края 45, 46 выходят за уровень торцов досок 5, 6 на 1-2 см. Я загибал края 45, 46 и прибивал их к торцам досок скобами 47 степлера через интервал 10-20 см

— Когда пленка 4 устанавливается и натягивается, то участки 48, 49 стекловаты сжимаются. Это есть стыки пленки с стекловатой, и эксплуатация коллектора подтвердила хорошую герметичность этих стыков

— Высота участков 48, 49 – это 4-6 см; высота между точками 21, 22 – около 25 см; таким образом, вся высота коллектора – около 35 см

— Высота участка стекловаты под трубами 1 (это «активная высота коллектора») –  это17,5 см; мой коллектор давал примерно по 3,75 см высоты участкам стекловаты между трубами 1 и участками 48, 49; итого 3,75 + 17,5 + 3,75 = 25 см высоты между точками 21, 22

Вариант «коллектор работает без концентратора» требует, чтобы коллектор смотрел на юг вверх под вертикальным углом 40-50 град. Вариант «коллектор работает в концентраторе» — все наоборот: коллектор смотрит на север, вниз под вертикальным углом 10-70 град. Эти варианты имеют только одно различие конструкции: они имеют разное крепление пленки 4, которая должна закрыть внутренность коллектора от дождевых потоков. Крепление верхнего края пленки одинаковое для обоих вариантов: пленка крепится скобами степлера (через интервал 20-40 см) ниже стыка досок 5 и 7 (Если доска 7 станет старой и приобретет глубокие трещины, то это крепление должно быть внизу доски 5 или в торец доски 6). Вариант «без концентратора»: нижний край пленки крепится (скобами степлера) в торец доски 6. Вариант «с концентратором» запрещает это: дождевые потоки идут по доске 7, потом по доске 6 и попадают в нижнюю часть стекловаты 2 (потом я сушил ее несколько дней). Этот вариант требует бить скобы в нижнюю часть доски 6 с внутренней стороны; хотя стекловата будет немного мокнуть, однако эта влага будет постепенно уходить из коллектора

 

2) Стоимость (коллектор высотой 17,5 см):

Мы анализируем коллектор, который имеет длину 6,3 метра (три секции по 2,1 м) и активную высоту 17,5 см (6 шт. труб наружным диаметром по 22 мм плюс промежутки между трубами: 9,5 + 8 + 7,5 + 8 + 9,5 = 42,5 мм). Таким образом, его активная площадь – 1,10 кв. метров. Этот коллектор требует следующих материалов (Цены – крупный опт, июль 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Труба оцинкованная: D наружный = 22 мм, стенка = 1 мм (6 шт. по 6,25 м)

19,9 кг

0,65 Е / кг

12,9 Е

Черная краска для нее (2,6 кв. метр поверхности покраски по 0,2 кг / кв. метр)

0,52 кг

1,4 Е / кг

0,7 Е

Черные резиновые шланги с D внутренний = 20 мм (6 шт. по 0,1 м)

0,6 м

0,7 Е / м

0,4 Е

6 х 2 шт. стальных хомутов на D = 28 мм

 

 

0,8 Е

Сосновые доски 5,6: 6 шт. по 10 х 140 х 2100

0,0176 куб. м

110 Е / куб. м

1,9 Е

Сосновые доски 7: 3 шт. по 12 х 180 х 2100

0,0136 куб. м

110 Е / куб. м

1,5 Е

Сосновые планки 9, 11: 3 шт. по 20 х 40 х 500 и 3 шт. по 20 х 40 х 300

0,0019 куб. м

100 Е / куб. м

0,2 Е

Стекловата толщиной 5 см (шириной 40 см)

2,5 кв. м

0,45 Е / кв. м

1,1 Е

Фольга 3 толщиной 15 мкм (шириной 20 см)

1,3 кв. м

0,2 Е / кв. м

0,3 Е

Полиэтиленовая пленка 4 (шириной 60 см)

3,8 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,6 Е

Прут для стержней 8: D наружный = 5 мм  (3 шт. х 0,3 м)

0,14 кг

0,55 Е / кг

0,08 Е

Проволока для крепления труб 1 с D = 0,8 мм (3 шт. х 0,5 м)

0,006 кг

5 Е / кг

0,03 Е

33 шт. шурупы планок 9, 11: 8 х 3 шт. (длина 35 мм), плюс 3 шт. шурупов 12 (длина 60-80), плюс 3 х 2 шурупов 10 (длина 45-65)

 

 

0,06 Е

С У М М А

 

 

20,6 EUR

Расходы человеко-времени (вариант технологии – в Главе 9):

1) 10 минут на изготовление деталей коллектора: сверление отверстий, пропитка дерева, покраска труб и т.п.

2) 13 минут на сборку коллектора (без труб 1 и пленки 4)

3) 3 минуты на перевозку трех частей коллектора (20 кг труб, пленка, 25 кг деревянного корпуса с другими деталями) с завода на поле. Плюс разгрузить их в несколько точек поля и перенести к местам установки в концентраторы

4) 20 минуты на установку труб в коллектор, на установку коллектора в концентратор и на установку пленки 4

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 четырех человек. Несколько операций требует 10-20 человек по принципу «один человек на одну секцию ряда концентраторов»

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

Таким образом (для коллектора длиной 6,3 м и активной площадью 1,1 кв. м):

— Стоимость материалов – 20,6 EUR на 6,3 м коллектора, т.е. 3,27 EUR / м

— Затраты времени – 46 человеко-минут. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 11,5 EUR, т.е. 1,83 EUR / м

Таким образом, стоимость коллектора – 5,10 EUR за метр длины (29,2 EUR за кв. метр активной поверхности коллектора)

Дополнительные 5 см стекловаты – это плюс 3,1 EUR на коллектор длиной 6,3 м (1,4 Е – стоимость дополнительной стекловаты, 1,5 Е – увеличение ширины досок 5, 6, 7; 0,2 Е – зарплата за 40 сек). Это плюс 0,49 EUR за метр длины (плюс 2,8 EUR за кв. метр активной поверхности, плюс 9,7 % стоимости коллектора)

(ПРОДОЛЖЕНИЕ  СЛЕДУЕТ)