Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 10)

9) 2-я долговечность зеркал (до уменьшения КПД ниже требуемого уровня)

Существует следующая причина, которая может потребовать замены зеркал раньше их износа по «1-й долговечности» из Главы 8. Работа заставляет зеркала терять КПД; например, через 1 год зеркало может потерять 1 % КПД, еще через год потеря вырастет до 2,5 % (по сравнению с новым зеркалом) и так далее. Существует какой-то уровень КПД (называем его «коэффициент К»): если потеря КПД зеркал поднимается до уровня коэффициента К, то возникает экономический смысл замены зеркал. Уровень К ищется через расчеты экономической рентабельности системы «зеркала-концентратор-коллектор». Формула для уровня К является очень сложной. Я решал эту задачу для нескольких разных тепловых станций и получил результаты от К = 35 % (зимняя станция с 6-летними зеркалами, которые удаляются в апреле и устанавливаются в октябре) до К = 60 % (круглогодичная станция с 3-летними зеркалами). Уровень К уменьшается, если: 

— качество зеркал (их долговечности) увеличивается

— стоимость концентраторов и коллекторов увеличивается и / или их эксплуатационные расходы увеличиваются

— стоимость зеркал уменьшается

Таким образом, зеркала имеют не только «1-ю долговечность» (Глава 8), но и «2-ю долговечность» (Глава 9). Срок службы зеркала – это минимальная из двух «долговечностей»

Время работы на улице уменьшает КПД зеркал через следующие 9 шт. причин. Мои зеркала показали их мне после 6-месячной зимней (октябрь 2011-март) и/или 6-месячной летней (апрель 2012- сентябрь) работы:

1) Развитие окисления алюминиевого слоя. Это окисление создает тонкую пленку на поверхности алюминия. Время увеличивает ее толщину, и это увеличивает коэффициент поглощения радиации зеркалом. Хотя я думаю, что добавление потерь КПД из-за этого не превышает нескольких процентов, поскольку эта пленка уже была на новом зеркале, и ее влияние уже было учтено в п.1 главы 7

2) Уменьшение толщины алюминиевого слоя. Первый источник уменьшения – дожди (а также снег, роса, иней): они смывают тонкую пленку окисления с поверхности алюминия, и процесс окисления идет дальше и съедает тонкий алюминиевый слой

Второй источник – ветер, который треплет пленку (в том числе на полосах 6). Часть краев пленки (это были края 7, которые выходят за пределы зеркала) моих зимних зеркал не были закреплены. Когда ветер дул, то он трепал эти края (и мои концентраторы жужжали как очень большой рой диких пчел; хотя летний концентратор работал тихо, поскольку не имел таких краев). Зимние месяцы удалили алюминий с этих краев полностью (прозрачный полипропилен остался). Поэтому я думаю, что влияние ветра на алюминий полос 6 может быть

Третий источник – песчинки, которые несутся ветром. Это явление отсутствует зимой (из-за снега и мокрой земли), и оно отсутствует летом на поле с плотными растениями. Мои летние концентраторы стояли на поле с открытой землей, но я не заметил большого влияния этой причины. Однако пустыня (с ее песчаными бурями) может оказаться очень плохим местом для алюминиевого слоя

Четвертый источник – это пыль и грязь на зеркалах. Оказалось (см. п.4 главы 8), что это очень важный источник уменьшения толщины алюминиевого слоя (не только внизу зеркал, но и возможно на всей поверхности)

Пятый источник – удары насекомых по зеркалу. Я хорошо их слышу. Один летний час – это 3-5 ударов насекомых с размерами мухи (и крупнее) по зеркалу площадью 1 кв. метр. Это один удар на 2 кв. сантиметра за 5 летних месяцев. Плюс удары мелких насекомых

Шестой источник – помет птиц. Это большая загадка: я не видел ни одной птицы на моих концентраторах. Однако их помет появляется с частотой около одного раза в месяц на 1 кв. метр зеркал. Таким образом, около 0,2 % поверхности зеркал в год накрываются пометом на несколько недель (до сильного дождя)    

Седьмой источник – действие атмосферы (влага воздуха, перепады температуры и влажности, солнце). Я думаю, что они делают коррозию алюминию: пленка его окисления медленно двигается в сторону полипропиленового слоя    

Уменьшение толщины алюминиевого слоя увеличивает коэффициент пропускания пленки 1 (весь этот коэффициент – это потери КПД), особенно для инфракрасных фотонов. Однако мои измерения коэффициента пропускания (на 6-месячных и 10-месячных зеркалах) и другой опыт подсказывают следующий вывод: все семь источников п.2 – это меньше 1-3 % потери КПД зеркал

3) Прозрачные «точки» и «чешуйки» в пленке 1. Это основная причина потери КПД зеркал: она может дать 10-30 % и больше… Иногда я отрезаю кусок пленки 1 из своих старых зеркал (например, с возрастом 6 или 10 месяцев). Затем 20-кратная лупа смотрит через этот «кусок» на свет. Просвет старой пленки напоминает очень звездное небо: он усеян большим количеством прозрачных (без алюминия) точек диаметром 0,01-0,5 мм. Однако, основной источник потери КПД – это не «точки», а «чешуйки». Это исчезновение алюминиевого слоя на участке размерами в несколько миллиметров. Они появляются не сразу. Мои пленки № 1 и № 3 получали первые «чешуйки» через 2-5 месяцев работы. Затем время увеличивает количество чешуек и увеличивает их размеры, а чешуйки могут объединяться, могут формировать «сети» или полностью удалить алюминий на большом участке (обычно на краях зеркала)             

4) Большие зоны без алюминиевого слоя и их покраска. Я видел следующие типы таких «зон» на своих зеркалах:

 — Потеря алюминиевого слоя в трех зонах, которые были описаны в п.4 Главы 8

 — Вдруг я вижу прозрачные пятна (без алюминия) неправильной формы размерами в несколько сантиметров. Это очень редкое явление – одно пятно на 1-5 кв. метров зеркал в год. Возможно, это дефекты металлизации пленки, которые проявляются дождем или временем. Возможно, это последствие из-за помета какого-то вида птиц

   — «Центральная вертикальная линия» (она была описана в п.3 Главы 7): она теряет алюминий и может стать полностью прозрачной через 1-2 года

Кроме этого, мы должны покрасить эти зоны алюминиевой краской (это операция «Осмотр зеркал и лечение участков со слабым алюминиевым слоем» из Главы 5). Моя краска «Chrome» направляет в коллектор не больше 40-60 % солнечной радиации (вместо 60-90 % КПД от обычных участков зеркала), хотя возможно существуют более эффективные отражающие краски или покрытия  

5) Слабый град. Зеркала останутся работать в концентраторах, но они могут получить следующие изменения, которые уменьшат их КПД:

— Вмятины: я видел их, когда бросал гайки М6 и М8 на зеркало с небольшой высоты (около 1 м). Гайки не пробили пленку 1 ни одного раза, но они оставляли вмятины пленки 1 размерами 2-5 мм. Эта вмятина рассеивает излучение во все стороны: только 10-30 % фотонов попадут в коллектор. Тем не менее, я не видел вмятин после кусков льда  

— Трещины пленки 1: они могут быть сделаны большой градиной и имеют длину 1-3 см. Трещина может быть прямой или может иметь форму буквы «U». Ветер может трепать этот кусок пленки: это уничтожает алюминиевый слой за 2-6 месяцев. Трещина может увеличиться. Ветер может оторвать кусок пленки

6) Ухудшение точности поверхности зеркала: это увеличивает высоту солнечного зайчика. Следствие – увеличение доли фотонов, которые идут выше или ниже коллектора. Причины ухудшения точности были описаны в пп.5, 6 Главы 7. Наиболее важная причина – точность зазора между листами 2 и 3: время может его увеличивать (может быть уменьшать). Это изменяет фокусное расстояние зеркала и может дать потери КПД. Тем не менее, я не заметил значительности этого эффекта. Может быть, но не больше 1 % потери КПД через много лет после установки зеркала на лист 3 

7) Влияние времени на искривление пленки 1 на дорожках 5. Я не заметил этого, но это может быть (усиление причин пп.7 и 8 Главы 7). Кроме этого, дорожки 1-го варианта зеркал могут приобретать пузыри с воздухом (их диаметр от 1-2 мм до нескольких сантиметров)

8) Отрыв пленки от дорожек 5: эта причина – есть аналогичная п.9 Главы 7. Она тоже делает потерю КПД из-за увеличения высоты зайчика и из-за искривлений пленки на стыках целого и оторванного участков дорожки. Но теперь это не дефект изготовления зеркала, а действие времени. Источники отрыва пленки: влияние времени на качество клея дорожек, ветер, крупные капли ливня или градины 

9) Растяжение пленки 1. Старение пленки 1 – это потеря упругости и потеря натяжения. Результат – увеличение участков с «вертикальными волнами». Кроме этого, «вертикальные волны» становятся «наклонными», а «наклонные» становятся «горизонтальными». Кроме этого, пленка растягивается не только временем, но и температурой: сейчас я боюсь, что мои летние зеркала будут иметь большие «волны» не только зимой, но и в октябре-ноябре. Хотя я видел обратный эффект: несколько зеркал получили большие «волны» из-за температуры 50-60 град, однако следующие несколько недель заметно уменьшили их (но не полностью)

 

10) Случайная смерть зеркал:

Мертвые зеркала уменьшают «2-ю долговечность зеркал». Если мы имеем 5 % умерших зеркал, то это 5 % уменьшения КПД зеркал и около 6 % уменьшения производительности коллекторов

Однако Глава 5 описывает операцию «Замена мертвых зеркал»: мы имеем возможность адресной замены умершего зеркала новым. Это убирает влияние на КПД зеркал и на производительность коллекторов. Тем не менее, экономическая целесообразность разрешает менять зеркала только в начале срока работы зеркал ряда (первые 20-50 % срока)

Я заметил следующие 9 шт. причин их случайного умирания:

1) Был случай (см. п.2 главы 6): зеркало умерло из-за того, что ветер вытянул левый край пленки (из пространства между листами 1 и 2) и использовал его как парус, чтобы порвать пленку 1. Таким образом, производственный дефект фиксации правого или левого края пленки 1 – это высокая вероятность быстрого уничтожения зеркала

2) Отрыв пленки от крайней (верхней или нижней) дорожки. Этот случай дает свободу одной крайней полосе 6. Она – как флаг под ветром. Он может использовать этот «флаг», чтобы рвать зеркало дальше: отрывать пленку от дорожек, делать разрывы пленки и отрывать ее от зеркала

3) Рабочий может делать операцию «Осмотр зеркал и лечение участков со слабым алюминиевым слоем» (Глава 5), и он может не заметить эти участки зеркала вовремя. Это может дать старт 4-му сценарию уничтожения зеркала (Глава 8): алюминиевый слой теряется, затем ультрафиолетовые фотоны ослабляют пленку этих участков, затем ветер делает дырки в пленке и начинает рвать остальное зеркало через эти дырки

4) Средний град: он слабее, чем сильный град п.3 Главы 8, но сильнее, чем слабый град п.5 Главы 9. Такой град может сделать несколько десятков трещин пленки 1. Эти трещины могут расти, могут объединяться и т.д. 

5) Был следующий случай. Я установил зеркало в концентратор (в марте 2012) и увидел, что часть одной дорожки 5 оторвалась от пленки (клей еще не застыл). Я решил ее приклеить обратно: поэтому нажал пальцем на нее. Это запустило «эффект домино»: пленка 1 оторвалась от всех дорожек за несколько секунд (это действие сил натяжения пленки 1). Вывод: осторожно с зеркалом, пока клей не застыл (зимой это может быть очень долго). Если клей застывает, то вероятность п.5 – нулевая  

6) Пленка 1 может оторваться от дорожек 5. Если этот процесс начался, то обычно он не останавливается, и зеркало умирает через несколько недель или месяцев. Причины: дефекты изготовления зеркала, очень узкие дорожки 5, ошибка выбора клея

7) Случайное уничтожение зеркала птицами или животными. Я не видел это ни разу. Птицы ни разу не сели на мой коллектор и ни разу не ударились в зеркала. Мой щенок осенью 2012 пытался грызть углы нижних зеркал, однако я не помню, чтобы это сделало проблемы

8) Сильный южный ветер может бросить какой-то предмет в зеркала. Я не видел это ни разу тоже. Однако большое поле концентраторов может иметь обломки листов 3 (с планками 4). Ветер может разогнать их до высокой скорости  

9) Ветер отрывает зеркало от листа 3. Не видел

 

11) 4-й вариант зеркал (вариант «лак»):

Этот вариант – это зеркало по первым трем вариантам («пена», «герметик» или «нить»), но его поверхность покрывается прозрачным лаком. Этот лак должен защищать алюминиевый слой пленки 1. Это защита от пленки окисления алюминия и защита от уменьшения толщины алюминиевого слоя из-за дождя, ветра, атмосферных перепадов влажности и других воздействий улицы

Первое покрытие лака может быть сделано на заводе: после сборки зеркала или во время изготовления рулона металлизированной пленки. Второе и следующее покрытия делаются в поле: человек идет по ряду концентраторов и распыляет лак на зеркала

Таким образом, «4-й вариант» – это периодическое покрытие зеркал лаком: они получают новый лак через каждые 1-3 года. Лак должен уходить с зеркала сам: он должен сделать это за 8-30 месяцев. Остатки старого лака разрешаются на 10-30 % поверхности (новый слой лака ляжет на старый слой этих участков)

Я делал эксперименты с следующими двумя марками прозрачного лака:

№1) Алкидный лак марки «ПФ-110 глянцевый» (Изготовитель ПП «Зіп», г. Днепродзержинск, Украина)

№2)  Алкидный лак марки ПФ-170

Теория думает, что зеркало без лака и зеркало с лаком должны имеет примерно одинаковый КПД: слой лака поглощает излучение, но зеркало освобождается от пленки окисленного алюминия, которая делает то же самое. Тем не менее, лаки №1 и №2 давали зеркала, которые отражали излучение хуже, чем зеркала без лака. Мои примитивные (с низкой точностью) замеры коэффициента отражения через люксометр показывали, что лак забирает несколько процентов КПД

Зеркало с обоими лаками №1 и №2 стояло на улице пять месяцев (май-сентябрь) и:

— Лаковый слой потемнел через несколько недель работы, и я вижу, что он уменьшил свой коэффициент отражения. Я думаю, что это пыль приклеивается к поверхности лака, и дождь плохо смывает ее. Хотя я не уверен в этом

— Лак начал уходить с зеркала примерно через 2-3 месяца, причем лак №2 – на несколько недель раньше. Сейчас (после 5 месяцев работы) лак №1 ушел с 10-20 % поверхности, а лак №2 – с 20-30 %. Я думаю, что лак уходит «участками» из-за того, что я положил его очень неравномерно (я делал это куском поролона). Если бы я клал лак распылителем, то равномерный слой лака ушел бы почти одновременно со всей поверхности пленки1   

Я считаю выбор этих двух лаков очень неудачным, поскольку:

— Они уменьшают коэффициент отражения зеркала: и коэффициент сразу после изготовления, и коэффициент через несколько не  (и начальный коэффициент и его уменьшение с течением времени)

— Они уходят очень быстро с пленки 1 (мы нуждаемся в скорости ухода в 5-20 раз медленнее)

Тем не менее, 4-й вариант зеркала является перспективным, поскольку:

— Существуют много других типов и марок прозрачных лаков. Может быть не с алкидной базой

— Мы можем заменить лак на другое полимерное, минеральное или органическое вещество, если оно прозрачное, дешевое и выносливое  

Стоимость каждого покрытия зеркала состоит из двух частей:

— Стоимость лака: она равна толщине слоя и стоимости лака. Это от 0,05 EUR на кв. метр (стоимость лака – 1 EUR / кг и его расход 50 г / кв. метр) до 0,3 EUR (150 г / кв. м при стоимости 2 EUR / кв. метр). Лак на полимерной базе не может быть дешевле 1-1,5 EUR  за кг; но стоимость его покрытия может быть уменьшена через уменьшение толщины слоя лака. Минеральные и биоорганические базы могут дать более дешевый лак, поскольку его стоимость не ограничена ценой нефти 

– Зарплата человека, который распыляет лак на зеркала. Это 0,05-0,1 EUR / кв. метр за 10-25 секунд работы. Это время может быть уменьшено, если мы будем использовать автомашину, которая двигается вдоль ряда концентраторов и точно распыляет лак на зеркала

Таким образом, стоимость покрытия может оказаться в диапазоне от 0,05 до 0,30 EUR за кв. метр зеркала. Первое (заводское) покрытие должно быть дешевле

Итак, лаковые покрытия (и 4-й вариант) могут не оказаться экономически целесообразными: мы увеличиваем срок жизни зеркал, но мы получаем дополнительные затраты на покрытия и можем получить потерю КПД зеркал

Пример экономической нецелесообразности: зеркало без лака имеет стоимость (изготовление + установка) 1 EUR и долговечность 4 года. 3 шт. лаковых покрытий (по 0,20 EUR) увеличивают долговечность до 6 год. Таким образом, мы увеличиваем годовые расходы с 0,25 EUR (= 1 EUR / 4 года) до 0,27 EUR (= 1 EUR / 6 год + (3 х 0,20 EUR) / 6 год). Плюс потери КПД   

Пример экономической целесообразности: зеркало без лака имеет стоимость 1,5  EUR и долговечность 2 года. 3 шт. лаковых покрытий (по 0,15 EUR) увеличивают долговечность до 6 год. Таким образом, мы уменьшаем годовые расходы с 0,75 EUR (= 1,5 EUR / 2 года) до 0,33 EUR (= 1,5 EUR / 6 год + (3 х 0,15 EUR) / 6 год). Выигрыш 0,07 EUR на кв. метр зеркала в год (= (0,75 – 0,33) / 6 год) может компенсировать потери КПД зеркал из-за лака

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 9)

8) 1-я долговечность зеркал (до массового одновременного умирания) и идеи ее увеличения

Я видел такие уничтожения своих зеркал по двум сценариям (далее в пп.1 и 2) и думаю, что существуют еще три сценария (это пп. 3, 4, 5). Эти смерти не являются результатом случайного сочетания причин; они имеют ровно одну причину – плановый износ зеркал. Все зеркала одной партии умрут почти одновременно в пределах 1-2 месяцев 

Срок службы зеркал – это срок по наиболее короткому из сценариев пп. 1, 2, 4 (Это известное правило «Скорость эскадры равна скорости наиболее медленного ее корабля»). Сценарий п. 3 уменьшает этот срок еще на 5-50 %

1) Я видел этот сценарий на одном зеркале, которое было изготовлено по 1-му варианту («пена») в сентябре 2011 на пленке № 3. Причина смерти (через 10 месяцев работы) – износ полипропиленового слоя пленки из-за ультрафиолетовых излучения. Эксперименты (они описаны в Главе 2: с не-металлизированной стороной пленки) показали, что полипропиленовый слой моей пленки № 1 имеет ресурс 600-800 квт-час солнечной радиации на кв. метр (при одном проходе ультрафиолетовых фотонов через пленку). Сценарий п.1 проводит зеркало через три этапа (считаем, что пленка № 3 имеет ресурс 450 квт-час при одном проходе фотонов):

1-й этап идет 6 месяцев. Первые 3 месяца зеркало новое, отражает хорошо, его поверхность без дефектов. Средний коэффициент пропускания пленки – 2 % (он увеличивается с 1,5 % до 3 %). Однако ультрафиолетовый фотон (который был пропущен алюминиевым слоем) проходит через пропиленовый слой много раз: он двигается по ломанной линии между отражением алюминиевого слоя и рассеянием белой поверхностью пенополистирола листа 2. До тех пор, пока он не будет поглощен поверхностью листа 2 или не будет поглощен или пропущен алюминиевым слоем. Мой подсчет дает средний результат — 6 шт. прохождений фотона. Это дает нагрузку на полипропилен (за эти три месяца) 46 квт-час радиации (= 350 киловат-час упавшей радиации х 2,2 % пропускания х 6 прохождений)

Следующие три месяца зеркало работает еще хорошо. Однако конец этого срока приносит первые «чешуйки» на поверхность зеркала. Одна «чешуйка» — это исчезновение алюминиевого слоя на участке от 3-6 кв. мм до 20-50 кв. мм. Эти три месяца увеличивают коэффициент пропускания с 3 % до 7 % и дают полипропилену нагрузку 105 квт-час радиации (= 350 киловат-час х 5 % х 6 прохождений). Таким образом, 6 месяцев 1-го этапа дают нагрузку 151 квт-час; это 34 % ресурса полипропилена 

2-й этап продолжается 3 месяца: количество «чешуек» быстро увеличивается, а коэффициент пропускания растет с 7 % до 15 %. Скорость износа полипропилена в 2,5 раз выше (чем на 1-м этапе): за 3 месяца он получает нагрузку 193 квт-час (= 350 квт-час х 11 % х 5 прохождений). Это поднимает уровень износа полипропилена до 76 %. Это делает полипропилен неэластичным и хрупким: он может рваться из-за нажатия пальцем на полосу 6. Но зеркала еще работают

3-й этап начинается с сильного дождя, который сделает первые разрывы пленки 1 на некоторых зеркалах: это будут трещины длиной до 3-5 см, которые находятся около дорожек 5. Еще одна причина уничтожения пленки – ветер; он отрывает куски пленки площадью до 10-20 кв. см. Кроме этого, трещины могут объединиться в длинную трещину, которая идет горизонтально через все зеркало и уничтожает всю полосу 6: это делается силами растяжения пленки 1. Этот этап продолжается около месяца: количество чешуек быстро увеличивается, а коэффициент пропускания пленки быстро растет с 15 % до 20 %. Полипропилен получает еще 82 квт-час радиации (= 120 квт-час х 17 % х 4 прохождения). Этот месяц уничтожает часть зеркал полностью (они стоят без пленки или имеют только обрывки пленки), а остальные зеркала теряют 10-90 % поверхности. Они будут работать еще несколько недель  

Таким образом, зеркала (все три варианта) на пленке №3 имеют срок жизни 10 месяцев по 1-му сценарию. Но пленка №1 будет жить дольше: мои замеры коэффициента пропускания этой пленки через 6 месяцев работы – 3-5 %, через 10 месяцев работы – 6-8 %. За 10 месяцев полипропилен получает 245 квт-час радиации: это 35 % его ресурса. Мой прогноз срока жизни зеркал с пленкой №1 – 1,5-2 года по этому сценарию 

Методы продления жизни зеркал по этому сценарию:

А) Основной метод – торможение старения алюминиевого слоя (торможение увеличения его коэффициента пропускания). Это увеличивает продолжительность 1-го и 2-го этапов из-за уменьшения ультрафиолетовой нагрузки на полипропилен

Б) Окраска полипропилена в черный или серый цвет (это цвет для ультрафиолетовых фотонов). Обычно это делается через легирование полипропилена сажей. Темные пигменты полипропиленового слоя уничтожают ультрафиолетовые фотоны, и долговечность полипропилена увеличивается в несколько раз. Причина этого — уменьшение количества «прохождений фотонов» через полипропиленовый слой

В) Окраска пенополистирола листа 2 (объемная или передняя поверхность) в черный или серый цвет. Это уменьшает «количество прохождений» тоже  

Г) Ультрафиолетовая стабилизация полипропилена (обычно это делается через разнообразные легирования)

Д) Увеличение толщины (и прочности) полипропиленового слоя пленки. Это уменьшит требования к пределу прочности полипропилена. Я думаю, что это увеличит ультрафиолетовый ресурс полипропилена на 10-30 %  

Я думаю, что сейчас заводы производят пленку со сроком жизни (по 1-му сценарию) 3-5 год. Цель «срок службы – 8 лет» может быть достигнута через следующий комплект методов: замедление старения алюминиевого слоя в 3 раза по сравнению с пленкой №1 (коэффициент пропускания пленки: новая пленка – 0,5 %; 1 год работы – 1 %; 2 года – 2 %, 3 года – 4 %, 4 года – 7 %, 5 год – 10 %, 6 год – 14 %, 7 год – 19 %, 8 год – 25 %). Плюс ультрафиолетовая стабилизация полипропилена с увеличением стойкости в 2 раза и увеличение толщины полипропиленового слоя до 40 мкм; эти методы должны увеличить его ультрафиолетовый ресурс в 2,4 раз по сравнению с моей пленкой №1 (до 1650 квт-час солнечной радиации на кв. метр). Плюс серая окраска полипропилена (25 % поглощения ультрафиолетовых фотонов)

   2) Я видел одно зеркало, которое жило по 2-му сценарию и умерло через 10 месяцев работы. Это был 1-й вариант зеркала (9 шт. дорожек 5 полиуретановой пены шириной 3-5 см) с пленкой №1. Причина смерти – старение дорожек 5 (из-за ультрафиолетового излучения) и разрушение их связи с пленкой 1. Сценарий п.2 проводит зеркало через два этапа:

1-й этап идет 9 месяцев. Это время постепенно уменьшает коэффициент пропускания пленки 1. Новая пленка имеет коэффициент пропускания 1-1,5 %, через 6 месяцев работы – 3-5 %, через 10 месяцев работы – 6-8 % (Это были мои измерения люксометром по видимому диапазону излучения). Таким образом, эта пленка пропускает 32 кВт-час солнечной радиации на 1 кв. метр за 9 месяцев. Пена дорожек 5 получает радиацию около 65 квт-час. Доза радиации была увеличена в 2,0 раз, поскольку фотон падает на поверхность дорожки 5 (из прозрачного полипропиленового слоя пленки1) и может быть рассеян ею назад, затем он может отразиться алюминиевым слоем и опять упасть на дорожку 5 и т.д.; таким образом, 2,0 – это среднее количество падений ультрафиолетового фотона на дорожку 5. Это очень малая доза радиации: 65 квт-час солнечной радиации попадает на 1 кв. метр горизонтальной площадки за две летних недели. Однако эта доза разрушает поверхностный слой пены (который связан с пленкой), и мы получаем очень плохую адгезию пленки с пеной в конце 1-го этапа        

Затем (на 2-м этапе) зеркало быстро умирает. Сначала пленка 1 отрывается от части какой-то дорожки 5 (обычно она отрывается сразу от нескольких дорожек на правом или левом краю зеркала). После этого зеркало может жить еще несколько дней или недель, пока пленка 1 оторвется от всех дорожек 5 полностью. Но пленка 1 остается на зеркале, поскольку ее края 7 приклеены на заднюю часть листа 2 дорожками 8; такое зеркало может работать с КПД 10-30 % еще несколько месяцев (пока ветер и солнечная радиация не разрушат пленку 1). Если зеркало не имеет краев 7, то ветер может его уничтожить его за несколько часов после начала отрывания пленки от дорожек: пленка полностью улетит с зеркала (целая или через несколько больших кусков)

2-й этап уничтожает все зеркала одно за другим, и он идет 1-2 месяца

Этот сценарий является актуальным для 1-го варианта зеркал на полиуретановой пене, поскольку она имеет очень низкий ультрафиолетовый ресурс. Кроме этого, он может быть актуальным для других вариантов зеркал, если клей их дорожек 5 имеет плохую ультрафиолетовую устойчивость (но это очень редкая ситуация)

Методы продления жизни зеркал по 2-му сценарию:

А) Клей с нормальной ультрафиолетовой устойчивостью. Или плохой клей, но с ультрафиолетовой стабилизацией; например, полиуретановая пена может быть легирована разнообразными стабилизаторами

Б) Торможение старения алюминиевого слоя (торможение увеличения его коэффициента пропускания). Это уменьшает мощность солнечной радиации, которая проходит через пленку 1 на поверхность клея  

В) Окраска полипропиленового слоя пленки в черный или серый цвет (это цвет для ультрафиолетовых фотонов). Обычно это делается через легирование полипропилена сажей. Например, поглощение 50 % ультрафиолетовых фотонов за один их проход через полипропиленовый слой; это уменьшает ультрафиолетовую нагрузку на клей в 3,3 раз, поскольку теперь коэффициент «среднее количество падений ультрафиолетового фотона на дорожку 5» уменьшается до 0,6 (с уровня 2,0). Поглощение 80 % — это уменьшение коэффициента до 0,21 и уменьшение нагрузки в 9,5 раз 

Увеличения срока службы (по 2-му сценарию) до 6-10 лет – это очень реальное. Возможно, сейчас мои зеркала по 2-му варианту имеют длинную жизнь, поскольку мои герметики обладают ультрафиолетовой стабилизацией. Хотя методы пп. Б, В тоже очень эффективные

3) Град:

Он может оказаться слабым: зеркала останутся работать, хотя их КПД может уменьшиться, а какая-то часть зеркал может быть уничтожена. Этот путь не является случаем для «1-й долговечности зеркал», и он анализируется в главах 9 и 10

Сценарий п.3 – это сильный град, который уничтожает все зеркала, и они должны быть заменены как можно быстрее. Однако:

— Сезон 2012 не дал град ни разу, и поэтому действие градин на зеркала есть неизвестное. Сильный град – это редкое явление в нашем регионе. Я не встречал градин больше чем 1-2 см, а слабый град приходит раз в 2-5 год 

— Я пытался моделировать град: куски льда были взяты из формы в моем морозильнике. Льдины имели почти прямоугольную форму, размеры около 3 см и вес 18 г. Я бросал их на зеркала с высоты 3 м: они падали на пленку 1 с энергией 0,6 Дж (зеркало было почти горизонтальное). Результат: 70 % льдин не рвали пленку, а 30 % давали трещину пленки длиной 1-2 см. Я думаю, что энергия 0,6 Дж – это есть предел прочности моих зеркал. Это есть энергия реального града диаметром 1,5 см (если направление его падения перпендикулярное зеркалу)

— Действие града зависит от типа концентратора, от месяца (он определяет угол вертикальной ориентации концентратора), от направления и силы ветра (см. Глава 1 Доклада 10)

— В октябре 2011 я уронил отвертку, и ее острие порвало пленку зеркал в нескольких местах. Эти зеркала работали до марта 2012, и эти разрывы не увеличились

Я заметил (после экспериментов бросания гаек М8 на зеркало), что предмет (гайка, льдина, градина) ударяется об пленку 1 и прижимает ее к пенополистиролу листа 2, который амортизирует удар градины и рассеивает часть ее энергии. Градина входит в лист 2 до вмятины глубиной 2-4 мм. Этот момент может разорвать пленку 1. Затем градина отлетает от зеркала, а вмятина может остаться (после гайки) или не остаться (после льдины) на пенополистироле и пленке 1     

Мы можем уменьшить влияние града через увеличение предела прочности 0,6 Дж (Это уменьшает вероятность града, который имеет возможность уничтожить все зеркала):

А) Выбор упругости и других характеристик пенополистирола. Цель – минимальный размер упомянутой вмятины. Чем меньше вмятина, тем меньше силы, которые хотят разорвать пленку 1 во время удара градины

Б) Выбор эластичности и других характеристик пленки 1. Цель – уменьшение вероятности разрыва пленки в упомянутой вмятине

В) Выбор нужных свойств и характеристик пленки 1 для следующей цели. Существует идея работы зеркала с большим количеством трещин после града (на протяжении нескольких месяцев или лет). Таким образом, трещины не должны увеличиваться, а пленка должна работать с ветром, который будет заходить в трещины и периодически надувать пространство между пленкой и листом 2. Кроме этого, дорожки 5 должны быть максимально прямые (и возможно немного наклоненные), чтобы сливать воду, которая прошла через трещины во время дождя

4) Я видел следующее явление, которое может быть причиной еще одного сценария массовой гибели зеркал. Летом я увидел (хотя зимой это явление не было замеченным), что существуют зоны пленки 1, которые имеют очень быстрый износ алюминиевого слоя. Первая зона – это над крайней нижней дорожкой 5. Вторая зона – это над тремя нижними точками пены, которые соединяют листы 2 и 3 (три верхних точки не имеют проблем). Через 2-4 летних месяца пересечения этих зон (это три участка нижней дорожки 5 под точками пены) теряют алюминиевый слой почти полностью: пенополистирол листа 2 хорошо видимый под пленкой 1

Я прогнозирую, что далее зеркала пройдут следующее. Сначала ультрафиолетовые фотоны и ветер уничтожат пленку 1 на этих зонах; это произойдет через 1,5-3 месяца: зеркало получит три дырки в пленке размерами по 3-5 см. После этого, ветер начнет рвать пленку 1 через эти дырки и уничтожит зеркало за 1-10 месяцев

Моя гипотеза уничтожения алюминия в этих трех зонах – есть следующая. Зеркало покрывается пылью: это пыль ветра, грязь насекомых и пыль, которая приносится росой. Сильный дождь смывает эту грязь полностью. Однако слабый дождь только перемещает эту грязь вниз (Эти зоны становятся черными из-за грязи: ее слой – до 1 мм). Она лежит там несколько дней или недель до сильного дождя. Я думаю, что этот слой грязи – это причина быстрого уничтожения алюминия   

Существует много идей, которые останавливают 4-й сценарий или увеличивают его срок до 6-10 год:

А) Глава 5 описывает операцию «Осмотр зеркал и лечение участков со слабым алюминиевым слоем». Эта операция покрывает упомянутые три зоны зеркальной краской

Б) Мы должны сделать НИОКР, которые найдут причины уничтожения алюминиевого слоя. Возможно, это делается какой-то пыльцой, может быть это делается песчинками и т.п. Если причины будут известные, то мы можем дать рекомендации по использованию зеркал. Например, не устанавливать концентраторы на поле с песчаным (без травы) покрытием (чтобы уменьшить количество песчинок на зеркалах)

В) Изготовление металлизированной пропиленовой пленки может иметь операцию усиления алюминиевого слоя на одном краю рулона (до 7-12 см от края). Этот край рулона будет ложится на нижний край зеркала                                                             

Г) Завод может положить защитное покрытие на нижние 7-12 см зеркала. Это может быть дополнительный полимерный слой или покраска прозрачным лаком. Это покрытие будет защищать алюминиевый слой от химического влияния грязи. Кроме этого, оно может поглощать ультрафиолетовые (и возможно сине-фиолетовые) фотоны: мы теряем до 5-10 % КПД (это до 0,3-1 % потери КПД зеркала), но получаем долговечные покрытие и пленку. Это покрытие может быть сделано во время изготовления рулона пленки (аналогично п.В) или после изготовления зеркала

Д) Сильная ультрафиолетовая стабилизация полипропилена пленки 1. Это увеличит время его разрушения (от 1,5-3 месяцев) до нескольких лет

Е) Мы можем сделать так, чтобы грязь не задерживалась внизу зеркала после слабых дождей. Например, мы можем соединять листы 2 и 3 дорожкой пены внизу зеркала (а не тремя точками пены)

Ж) Мы можем смириться с потерей нижней полосы 6: излучение и ветер уничтожат ее через 2-4 года. Затем ветер уберет остатки пленки с нижней полосы 6 и зеркало будет работать дальше с потерей КПД 5-10 %. Но дорожка 5 над этой полосой 6 должна быть очень сильной, чтобы ветер не рвал пленку 1 дальше вверх

З) Мы можем использовать очень прочную пленку. Она получит три дырки (и зеркало потеряет до 1 % КПД), но не будет рваться далее

                   (ОКОНЧАНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 8)

7) КПД зеркала и идеи его улучшения (Окончание):

9) Отрыв пленки 1 от дорожек 5. Я часто получал это явление на своих зеркалах. Удаление зеркала с «цилиндрической формы» может оторвать пленку 1 от дорожки 5. Кроме этого, пленка 1 может оторваться от части дорожки 5, или она может оторваться от 2-3 шт. соседних дорожек 5. Если отрыв от четырех (или больше) соседних дорожек, то это зеркало – брак. Причины отрыва дорожек: плохая адгезия клея, короткое время изготовления зеркала (клей еще не успел застыть), сильная связь пленки 1 с поверхностью «цилиндрической формы» через воду, неаккуратное удаление зеркала с «формы», пропуски клея в дорожках или неравномерное сечение дорожек, неравномерное (или недостаточное) давление «грузов» на лист 2 на «форме»      

Уничтожение одной дорожки увеличивает высоту полосы 6 в два раза (например, с 8 см до 16 см). Это увеличивает влияние причины п.4 (влияние высоты полос 6). Полоса высотой 16 см дополнительно теряет 10-20 % фотонов, которые уходят выше или ниже коллектора; это потеря 2,5 % КПД зеркала (= (2 / 12 полос) х 15 %). Уничтожение двух соседних дорожек дает полосу высотой 24,5 см, которая теряет 40-60 % фотонов; это потеря 12,5 % КПД зеркала (= (3 / 12 полос) х 50 %)    

Отрыв пленки от части дорожки – это тоже потеря КПД из-за увеличения высоты полос (по причине п.4). Кроме этого, стык целого и оторванного участка дорожки дает искривление пленки на площади до 0,002 кв. м; это дополнительная потеря КПД (аналогично причине п.8), хотя и не большая, поскольку эти искривления дают заметные горизонтальные отклонения фотонов и небольшие их вертикальные отклонения   

Методы уменьшения причины п.9: увеличение высоты коллектора, увеличение количества дорожек 5 (поэтому я делал 2-й и 3-й варианты зеркал с 16 шт. полос 6), выбор хорошего клея, улучшение технологии изготовления зеркала

10) Отрыв пленки от крайней (верхней или нижней) дорожки. Это явление делает большую проблему по всей высоте крайней полосы 6: пленка этой полосы не становится прямой, и скомканная пленка рассеивает фотоны во все стороны; мои зеркала показывают, что 10-30 % фотонов этой полосы попадают в мишень коллектора, а остальная доля фотонов – это потеря КПД. Полное уничтожение крайней дорожки – это потеря 6,7 % КПД зеркала (= 80 % потери фотонов / 12 полос). Дорожка может быть уничтожена только частично, например, несколько сантиметров дорожки в углу зеркала. Если зеркало не имеет верхнего и нижнего краев 7 пленки, то отрыв пленки от крайней дорожки – это потеря всех 100 % фотонов крайней полосы; кроме этого пленка крайней полосы может завернуться и закрыть солнце для части следующей полосы; это есть дополнительная потеря КПД. Методы уменьшения причины п.10 те же, что и причины п.9 (но с учетом п.2 главы 6) 

11) «Вертикальные волны пленки»: это явление было описано в Главе 2. Если новое зеркало было установлено в концентратор зимой, то вся поверхность зеркала будет покрыта «вертикальными волнами». Эти «волны» дадут фотонам очень большое рассеивание по горизонтали, но вертикальные отклонения фотонов будут очень малыми. Поэтому потери КПД зеркала будут меньше 5-10 %. Установка нового зеркала весной, летом или осенью не даст «вертикальных волн». Другие причины «вертикальных волн»:

— Очень часто (почти всегда) зеркало имеет «вертикальные волны» около правого  и левого краев (по 5-10 см ширины, а в углах до 15 см ширины). Теплое солнце убирает их

— «Волны» могут появиться над точками пены крепления листов 2 на листах 3. Это следствие деформаций листа 2 этими точками

— «Волны» могут быть следствием того, что пленка 1 была плохо положена на «цилиндрическую форму» и поэтому имела «складки» и «воздушные пузыри»  

Методы устранения «вертикальных волн»: изготовление зеркал при низких температурах 5-12 град (это устранит «волны» зимой), уменьшение радиуса «цилиндрических форм», увеличение качества изготовления зеркал

12) «Горизонтальные волны», «наклонные волны», отсутствие натяжения пленки 1. Эти явления появляются из-за тех же источников, что и «вертикальные волны», однако эти источники – есть более сильные. Например, если источник – это «воздушный пузырь» (во время укладки пленки 1 на «цилиндрическую форму»), то:   

— очень сильный «пузырь» даст «отсутствие натяжения пленки»: пленка является скомканной и рассеивает свет во все стороны

— менее сильный «пузырь» даст «горизонтальные волны»: эти участки переводят 70-85 % их фотонов в потерю КПД (это больше, чем на участках с «отсутствием натяжения пленки»)    

— слабый «пузырь» дает «наклонные волны». Эти участки теряют КПД в 2-3 меньше, чем участки с «горизонтальными волнами»

— очень слабый «пузырь» даст «вертикальные волны», которые имеют очень небольшие потери КПД

Основной метод уменьшения этих потерь – уменьшение радиуса «цилиндрических форм». Результат очень хороший: большие силы натяжения пленки 1 (после установки зеркал в концентраторы) трансформируют «наклонные волны» — в «вертикальные», а «горизонтальные волны» (и «отсутствие натяжения») – в «наклонные» и «вертикальные» волны. Плюс другие методы п.11

13) Влияние верхнего и нижнего краев на КПД. Это влияние может как уменьшить КПД, так и увеличить его. Источник уменьшения КПД: крайняя дорожка 5 может не покрыть весь край листа 2. Поэтому пленка 1 не отражает на непокрытых (дорожкой 5) участках, а рассеивает фотоны на разные вертикальные углы. Это заметная причина потери КПД: если мы будем терять по 5 мм пенополистирола вверху и внизу, то мы потеряем 1 см высоты листа 2; это потеря 0,8-0,9 % КПД зеркала (10-20 % рассеянных фотонов из потерянных участков все-таки попадут в коллектор) 

Источник увеличения КПД (он был очень заметным на 1-м варианте зеркал): пена крайних дорожек 5 часто выходит за пределы листа 2 и создает дополнительную площадь отражения. Я имел средний выход пены за пределы листов 2 (по 1-му варианту зеркал) – около 1 мм сверху и снизу. Это добавка 0,2 % КПД 

Еще один источник увеличения КПД (на всех вариантах зеркал) – это пленка краев 7. Она выходит за пределы листов 2 и еще рассеивает фотоны на протяжении 1-3 мм высоты (пока она заворачивается на торец листа 2). Только 5-15 % этих фотонов попадет в коллектор, но это добавка 0,04 % КПД (= 2 края х 0,2 см х 10 %)

Другие источники потерь КПД зависят от метода устранения краев 7 (они описаны в п.2 главы 6):

— Широкие крайние дорожки (идеи п.2А) увеличивают потери КПД аналогично п.7

— Клей на краю пленки (идеи п.2В и п.2Е), хотя он может быть прозрачным

14) Влияние правого и левого краев на КПД. Это влияние может также и уменьшить КПД и увеличить его. Источник уменьшения КПД: полосы 6 прекращают быть ровными за 0,3-1,5 см до правого и левого края листа 2; пленка в этих зонах имеет одну-две «вертикальных волны», которые дают очень небольшие горизонтальные отклонения излучения с небольшой потерей КПД

Источник увеличения КПД: пленка правого и левого краев выходит за пределы листа 2 и еще отражает фотоны на протяжении 2-6 мм ширины (пока она заворачивается за торец листа: пока угол между пленкой и плоскостью зеркала не превышает 45 град). Это отражение дает большие горизонтальные отклонения фотонов, но небольшие вертикальные отклонения. Поэтому 70-90 % этих фотонов попадет в коллектор. Это добавка 0,5 % КПД (= 2 края х 0,3 см х 80 %)     

Другие источники потерь КПД зависят от метода устранения правого и левого краев пленки (они описаны в п.2 главы 6):

— Увеличение ширины дорожек на их правом и левом краях (одна из идей п.2Б) искривляет поверхность пленки 1 здесь и увеличивают потери КПД аналогично п.8

— Дополнительные дорожки клея на правом и левом краях листа 2 (идея п.2Г) дадут искривление поверхности пленки 1 на правом и левом краях

— Клей на краю пленки (идеи п.2В и п.2Е), хотя он может быть прозрачным

Далее таблица по 14 шт. причин влияния на КПД зеркала:

— Второй столбец слева – это мои измерения и оценки по КПД моих зеркал в июле-августе 2012. Высота коллектора – 17,5 см, фокусное расстояние концентратора – 130 см. Половина зеркал в концентраторе – по 1-му варианту («пена»), их средний возраст – 2 месяца летней работы. Другая половина зеркал – по 2-му варианту («герметик»), их средний возраст – 4 месяца   

— Третий столбец справа – это ожидания от КПД, если бы высота коллектора была увеличена с 17,5 см до 25 см. Другие условия (концентратор и зеркала) остаются те же. Основной эффект – увеличение попадания солнечного зайчика (в коллектор) с 90,5 % до 97 %; это уменьшает потери пп. 4, 5, 6, 8, 9

— Второй столбец справа – это ожидания КПД для первых станций (когда мы имеем минимум опыта эксплуатации, минимум НИОКР, неавтоматизированное производство, минимум времени и средств). Причины улучшения КПД зеркал только следующие (кроме увеличения высоты коллектора до 25 см): выбор металлизированной пленки из сотен марок от десятков производителей, точная и гладкая поверхность «цилиндрических форм», использование «гребенок с клеем», выбор клея из тысяч марок от сотен производителей

— Крайний правый столбец – это ожидания КПД после больших НИОКР, после выполнения всех работ из третьего столбца слева, массового производства и большого опыта в производстве и эксплуатации. Плюс производство специальной металлизированной пленки для зеркал

Причина уменьшения КПД

Мои потери КПД

Методы уменьшения потерь

Переход на коллектор 25 см

Потери у первых станций

Перспективная потеря КПД

1) Коэффициент поглощения алюминиевого слоя

14 %

— Максимально чистый алюминий

— Защита алюминиевой поверхности от окисления (слой окиси кремния, электрохимическая полировка, др.)

14 %

12 %

10 %

2) Коэффициент пропускания алюминиевого слоя

1,5 %

— Увеличение толщины алюминиевого слоя

— Минимум дефектов алюминиевого слоя (полупрозрачные точки и царапины, светлые зоны, пятна и зоны без алюминия)

1,5 %

0,8 %

0,2 %

3) Коэффициент рассеяния алюминиевого слоя

1,5 %

— Выбор оптимальной толщины алюминиевого слоя

— Гладкая поверхность полипропиленовой пленки

— Технология с равномерным покрытием алюминием

— Минимум дефектов поверхности алюминиевого слоя («волоски» и «линии»)

— Увеличение высоты коллектора и / или уменьшение фокусного расстояния концентратора

1,4 %

0,6 %

0,2 %

4) Влияние высоты полос 6

3 %

— Увеличение количества дорожек 5 

— Увеличение высоты коллектора

0,9 %

0,9 %

0,5 %

5) Влияние точности цилиндрической поверхности зеркала

2 %

— Точная «цилиндрическая форма»

— Увеличение высоты коллектора

— Уменьшение фокусного расстояния концентратора

0,6 %

0,2 %

0

6) Влияние точности установки зеркала на лист 3

1,5 %

— Увеличение высоты коллектора  

— Уменьшение фокусного расстояния концентратора

— Методы уменьшения влияния зазора между листами 2 и 3 (см. п. 6)

— Методы уменьшения других источников этой причины (см. п.6)

0,4 %

0,3 %

0,2 %

7) Рассеяние излучения на пленке дорожек 5

2,1 %

— Уменьшение ширины дорожек 5

— Уменьшение количества дорожек 

— Абсолютно гладкая поверхность «цилиндрической формы»

— НИОКР по причинам искривления поверхности дорожек

— Увеличение высоты коллектора

— Высокая жесткость застывшего клея 

— Увеличения времени лежания зеркала на «цилиндрической форме»

1,0 % (2-й вариант зеркала)

0,5 %

0,2 %

8) Вертикальное рассеяние на стыках дорожек 5 с полосами 6

1,2 %

— Увеличение высоты коллектора  

— Ровный путь гребенки с одинаковой скоростью и одинаковым давлением клея

— Высокий расход клея и его низкая вязкость 

— Уменьшение количества дорожек

0,7 %

0,5 %

0

9) Отрыв пленки 1 от дорожек 5

0,6 %

— Увеличение высоты коллектора  

— Увеличение количества дорожек 5

— Выбор хорошего клея

— Улучшение технологии изготовления зеркала

0,2 %

0

0

10) Отрыв пленки от крайней дорожки

0,5 %

— Выбор хорошего клея

— Улучшение технологии изготовления зеркала

0,5 %

0

0

11) «Вертикальные волны»

0,1 %

— Изготовление зеркал при низких температурах 5-12 град

— Уменьшение радиуса «цилиндрических форм»

— Увеличение качества изготовления зеркал

0,1 %

0,1 %

0

12) Горизонтальные и наклонные волны, отсутствие натяжения

0,1 %

Аналогично п.11

0,1 %

0,1 %

0

13) Влияние верхнего и нижнего краев

0

Существуют идеи усиления источников добавки КПД: выход клея за верхний и нижний края листа 2, выход пленки 1 за края листа 2

0

0

0

14) Влияние правого и левого краев

Добавка

КПД 0,4 %

Существует идея усилить источник добавки КПД: увеличить запас пленки за правым и левым краями листа 2  

Добавка

КПД 0,4 %

Добавка

КПД 0,4 %

Добавка

КПД 0,5 %

Итого КПД (произведение потерь)

74,9 %

 

80,2 %

84,9 %

89,3 %

Таким образом:

— Сейчас КПД моих зеркал 74,9 %. Но если бы я использовал коллектор высотой 25 см, то получил бы КПД 80,2%, и мой коллектор имел бы мощность в 1,07 раз больше (= 80,2 / 74,9)

— Первые станции будут иметь КПД зеркал около 84,9 %, однако его перспективы – это увеличение до 89,3 %. Далее улучшение КПД может остановиться, поскольку оно упирается в причину п.1 (коэффициент поглощения) – это потеря около 10 % (Влияние всех остальных 13 шт. причин – это потеря 0,8 % КПД). А этот коэффициент упирается в характеристики поглощения радиации алюминием (см. п.1)  

                                (ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 7)

6) Перспективы уменьшения стоимости зеркал (Окончание):

Выводы (по пп. 1-8) на примере 2-го варианта зеркала «герметик» (Сейчас стоимость изготовления такого зеркала — 1,84 EUR; это1,25 EUR зарплат за 300 секунд и + 0,59 EUR стоимости материалов):

— Модернизация технологии руной сборки зеркала (пп. 2-5) уменьшает затраты времени с 300 до 65 секунд. Плюс экономия материалов на 0,04 EUR: клей для дорожек 8 отсутствует, и заготовка пленки 1 уменьшается с 1,27 кв. м до 1 м х 1 м. Итак пп.2-5 уменьшают стоимость изготовления зеркала до 0,82 EUR (= 0,27 EUR зарплат + 0,55 EUR материалов) 

— Автоматизация сборки (п.6) дает нам стоимость изготовления 0,60 EUR за зеркало (= 0,05 EUR стоимости сборки + 0,55 EUR материалов) 

— П.7 уменьшает стоимость материалов с 0,55 EUR до 0,22 EUR. Итак, стоимость изготовления зеркала становится: при модернизированной ручной сборке – 0,49 EUR (0,27 + 0,22), при автоматизированной сборке – 0,27 EUR (0,05 + 0,22)

— Расход времени на кв. метр зеркала (при ручной сборке) может быть уменьшен в 1,2-1.3 раз через п.1 (увеличение высоты и / или ширины зеркала). Итак, стоимость кв. метра зеркала ручной сборки – около 0,44 EUR / кв. м (0,22 + 0,22)

— П.8 уменьшает стоимость зеркала (при автоматизированной сборке) до 0,20 EUR (= 0,05 EUR стоимости сборки + 0,15 EUR материалов) 

Итак, мы ожидаем уменьшения стоимости изготовления до 0,2-0,4 EUR за кв. метр зеркала. Это в 5-10 раз меньше, чем сейчас. Однако, это без стоимости установки зеркала в концентратор

 

7) КПД зеркала и идеи его улучшения (Начало):

Типичный КПД зеркала – это световой поток от зеркала поделить на световой поток, который падает на зеркало. Однако, нас интересует другое КПД, которое учитывает «наши особенности» и которое может участвовать в формуле КПД всей системы «концентратор-зеркало-коллектор». «Наши особенности» являются следующими:

— Солнечная радиация (при ясном солнце) – это сумма «направленной радиации» (которая идет от солнечного диска) и «рассеянной радиации» (которая идет от синего неба, от облаков, от земли и от окружающих предметов). Ясный день – это около 90 % направленной радиации (и 10 % рассеянной); туманное небо увеличивает долю рассеянной радиации до 20-50 % и больше, солнце за тучами дает только рассеянную радиацию. Нас интересует только «направленная радиация»

— Другие наши условия: полдень, ясное небо без облаков, плоскость зеркала – почти перпендикулярная направлению на солнце.

— Фотоны (после отражения от зеркала концентратора) должны попасть в коллектор, который имеет высоту 20-30 см и очень большую ширину. Он расположен на расстоянии 110-150 см от зеркала. Таким образом, если зеркало хочет направить фотон точно в середину коллектора, то фотон имеет право отклониться вверх или вниз не больше чем 10-15 см на расстоянии 110-150 см от зеркала: это угол 0,07-0,12 радиан (4-7 градусов)  

— Разрешение отклониться на 4-7 градусов – это разрешение на явление, которое находится между явлениями отражения и рассеяния радиации. Кроме того, горизонтальное отклонение фотона имеет право быть любым

Итак, определение нашего КПД является следующим. КПД зеркала – это вероятность того, фотон сможет отразиться от поверхности зеркала и сможет отклониться от закона «угол падения равен углу отражения» не больше чем 4-7 градус по вертикали, а горизонтальное отклонение фотона может быть любым 

Я встретил на своих зеркалах 14 шт. причин, которые уменьшают его КПД. Первые три причины – это три коэффициента алюминиевого слоя зеркала: коэффициент поглощения излучения, его пропускания и рассеяния. Эти три коэффициента теряют 15-20 % излучения; остальные 80-85 % — это коэффициент отражения, который является основой КПД зеркал. Причем нас интересуют коэффициенты по всему спектру солнечного излучения:

— Видимый диапазон солнечного излучения – это фотоны длиной 0,38-0,78 мкм. Это 40-45 % всей энергии солнца, причем фотоны длиной до 0,45-0,50 мкм (фиолетовые и синие) приносят мало энергии. Мы имеем возможность видеть коэффициент отражения, когда смотрим на ровную пленку. Моя пленка №1 (и №2) отражает лицо очень хорошо (но хуже, чем стеклянное зеркало). Пленка № 3 имеет более низкий коэффициент отражения: отражение лица менее яркое и контрастное. «Мягкие пленки» миргородского базара имеют плохой коэффициент отражения: лицо является видимое, но как в сильном тумане     

— Инфракрасные фотоны – это 55-60 % энергии солнца: две трети этой энергии – это фотоны от 0,78 до 1,40 мкм, одна треть энергии – это фотоны от 1,40 мкм до 3,00 мкм (более длинные фотоны несут очень мало энергии) 

— Ультрафиолетовые фотоны имеют длину от 0,28 до 0,38 мкм и несут 1-2 % энергии солнца. Уменьшение коэффициента отражения ультрафиолетовых фотонов может иметь экономический смысл: мы теряем 0,5-1 % КПД, но получаем экономию из-за увеличения срока службы пленки коллектора и черной краски его труб

Итак, 14 шт. причин уменьшения КПД:

1) Коэффициент поглощения алюминиевого слоя зеркала: весь этот коэффициент – это потеря КПД зеркала. Толстый слой гладкого чистого алюминия (и без тонкой пленки окисленного алюминия) имеет следующий коэффициент поглощения для разных длин волн: 0,30 мкм – 7 %, 0,50 мкм – 8 %, 0,60 мкм – 9 %, 0,70 мкм – 10 %, 0,80 мкм – 14 %, 0,90 мкм – 10 %, 1,00 мкм – 6 %, 1,60 мкм – 3 %, 3,0 мкм – 2,5 %. Эти проценты делают потерю 7,9 % КПД зеркала по всему диапазону солнечных фотонов. Однако это потеря для идеального случая. Реальный случай имеет следующее два источника увеличения коэффициента поглощения:    

— Алюминиевый слой окисляется воздухом и очень быстро (дни или недели) формирует тонкую пленку окисленного алюминия. Эта пленка увеличивает коэффициент поглощения на несколько процентов. Существует много традиционных методов противостояния окислению алюминия, например электрохимическая полировка или тонкий слой окиси (или двуокиси) кремния

— Ухудшение чистоты алюминия увеличивает коэффициент поглощения. Разница между алюминием 99,99% и 99,00 % — это несколько процентов потери КПД зеркала

2) Коэффициент пропускания алюминиевого слоя: он тоже описывает потерю КПД зеркала. Производители заявляют, что их металлизированные пленки имеют коэффициент пропускания меньше 1 %. Тесты (через мой люксометр) пленок миргородского базара показали, что они пропускают около 1 %  видимой части спектра (хотя я думаю, что инфракрасные фотоны пропускаются больше). Однако были и исключения: некоторые участки пленок пропускали меньше 0,5 %, некоторые участки – до 3 %, были пленки с пропусканием 0,6-0,8 %, были пленки с 5 % пропускания. Я вижу следующие источники пропускания излучения:

— Тонкий алюминиевый слой. Internet говорит, что алюминиевый слой имеет толщину 0,01-0,10 мкм. Эта толщина может быть достаточной для ультрафиолетовых и видимых фотонов (длина волны 0,28-0,78 мкм), однако это может оказаться мало для более длинных инфракрасных фотонов (длина волны до 3,00 мкм). Я думаю, что удвоение толщины алюминия моих пленок даст увеличение коэффициента отражения на 0,2-0,5 % по видимым фотонам, и до 1-2 % по инфракрасным. Тройная толщина даст еще большее увеличение КПД зеркала. Увеличение стоимости металлизированное пленки будет очень небольшое: дополнительные 0,1 мкм толщины слоя – это 0,27 г алюминия (его стоимость 0,005 EUR) на кв. м зеркала     

— Некоторые мои пленки имеют интересную производственную особенность: их поверхность имеет много полупрозрачных точек размерами 0,1-0,2 мм, которые расположены с плотностью около 1 шт. на кв. мм. Таким образом, они покрывают 1-2 % пленки. Люксометр показывает коэффициент пропускания 1,2 % для видимых фотонов   

— Если посмотреть через любую металлизированную пленку, то мы можем увидеть очень много дефектов алюминиевого слоя, например, зоны с большим количеством полупрозрачных точек или параллельных царапин вдоль оси рулона или перпендикулярно оси. Существуют зоны (шириной до нескольких сантиметров) из многих близких параллельных царапин. Существуют светлые зоны, где люксометр показывает коэффициент пропускания до 3-4 %. Существуют светлые пятна (размером до нескольких сантиметров) и др.

— Пробелы в алюминиевом слое. Я встречал полное отсутствие слоя на пленке, встречал его отсутствие на больших участках, встречал пятна без алюминия размерами до нескольких сантиметров, встречал зоны с большим количеством таких пятен)

3) Коэффициент рассеяния алюминиевого слоя: его небольшая часть попадает в КПД. Фотон (который рассеялся поверхностью зеркала) может попасть в диапазон вертикального отклонения плюс-минус 4-7 градусов. Хотя вероятность этого – меньше 10 %, поскольку вертикальный сектор рассеяния фотонов больше его примерно в 12-15 раз (плюс-минус 90 градусов). Остальные 90 % рассеянных фотонов – это потеря КПД зеркала. Я заметил следующие источники коэффициента рассеяния:

— Неровная поверхность полипропиленового слоя пленки. Это бугорки и ямы с размерами, которые больше или сравнимые с нашими длинами волн 0,3-3 мкм. Затем эти бугорки-ямы будут покрыты алюминиевым слоем, и они сделают бугорки-ямы на поверхности алюминиевого слоя. Эти неровности будут рассеивать фотоны во все стороны вместо их направленного отражения по закону «угол отражения равен углу падения». Метод уменьшения этого источника – увеличение толщины алюминиевого слоя, который может сгладить эти неровности

— Бугорки и ямы напыления алюминиевого слоя. Метод уменьшения их влияния – это уменьшение толщины алюминиевого слоя

— Технологии производства моих пленок делали несколько дефектов на поверхности алюминиевого слоя. Я наблюдал их результат, когда рассматривал работу зеркала в концентраторе через черное стекло: эти дефекты хорошо рассеивают свет и поэтому являются видными. Моя пленка №1 имела следующие два таких дефекта

Во-первых, это «волоски»: это очень похоже на то, как если бы до полипропиленовой пленки прилипли много волосков (длиной от 0,2 до 5 мм), а затем мы покрыли все это алюминиевым слоем. Волоски группируются около горизонтальных линий с интервалом 3,5 см. Правые 35 см и левые 35 см имеют много волосков между этими линиями; центральные 30 см имеют очень мало волосков между линиями. На 1 кв. см пленки – 5-10 мм длин волосков шириной 0,1-0,2 мм. Таким образом, волоски покрывают около 1 % поверхности пленки и уменьшают КПД зеркала примерно на 0,9 %

Во-вторых, это «центральная вертикальная линия»: это похоже на то, как если бы пленку сложили пополам, положили под груз и держали там несколько лет. Эта линия рассеивает по горизонтали на ширине 1-2 мм. Это меньше 0,01 % потери КПД зеркала

Моя пленка №2 имела «волоски» тоже, однако она не имела «центральной вертикальной линии». Кроме того, она имела еще один дефект – горизонтальные линии. Они похожи на «центральную вертикальную линию», однако они горизонтальные (это вертикальное отклонение излучения, которое намного хуже, чем горизонтальное), они тонкие (около 0,2 мм), и их много. Их средний интервал – около 1,5 см. Таким образом, эти линии покрывают около 1,3 % поверхности и снижают КПД пленки №2 на 1,2 %

4) Влияние высоты полос 6. Эта причина не изменяет вероятность фотона быть отраженным от зеркала. Однако она уменьшает величину разрешенного вертикального отклонения фотона. Например, мы имеем 13 шт. дорожек 5, которые делают 12 шт. полос 5 высотой по 8 см. Таким образом, наш фотон должен попасть не в 20-30 см высоты коллектора, а на 8 см меньше; это мишень высотой 12-22 см. Это уменьшает угол разрешения вертикального отклонения фотона с 4-7 градусов до 3-5 градусов.

Увеличение количества дорожек 5 уменьшает высоту полос 6 и уменьшает влияние этой причины на КПД зеркала

5) Энергия солнечного зайчика моего концентратора (в июле-августе 2012) делилась следующим образом (в полдень и центр зайчика попадает точно в центр коллектора):

— 90,5 % энергии зайчика попадало в 17,5 см активной высоты коллектора. Таким образом, статистическая (по Гауссу) высота зайчика – 12 см по вероятности попадания 68 % (одна сигма) или 24 см по вероятности 96 % (две сигмы) 

— 6,5 % его энергии попадало в зону на 3,75 см выше коллектора и 3,75 см ниже коллектора (мишень высотой 25 см – это высота будущего коллектора) 

— 3 % энергии зайчика попадало выше и ниже этой зоны  

Таким образом, промахи фотонов ниже и выше коллектора – это потеря 10,5 % полезного КПД (= (6,5 + 3) / 90,5). Мои измерения, опыт и оценки подсказывают следующее распределение этих потерь по разным причинам увеличения высоты зайчика:   

— 3 % потерь – это влияние высоты полос 6 (причина п.4)

— 3 % — это влияние точности цилиндрической поверхности листа 3 (я учитываю ее в КПД концентратора, а не в КПД зеркала)

— 1,5 %  — влияние точности установки зеркала на лист 3 (это будет причина п.6)

— 2 % — это влияние точности цилиндрической поверхности зеркала (это причина данного п.5)

— 1 % потерь КПД – все остальные причины, которые увеличивают высоту зайчика (и не являются рассеянием излучения), например, часть причины п.8, причина п.9

Универсальный метод уменьшения всех этих потерь КПД – это увеличение высоты коллектора. Например, коллектор высотой 25 см берет дополнительные 6,5 % энергии зайчика, которые сейчас идут через зону до 3,75 см выше и ниже коллектора. Таким образом, потери КПД теперь оказываются в 3,4 раз меньше – это 3,1 % (= 3 / (90,5 + 6,5)). Еще один универсальный метод уменьшения этих потерь (кроме пп. 4 и 9) – это уменьшение фокусного расстояния концентратора

Далее описывается причина п.5 (Влияние точности цилиндрической поверхности зеркала). Это зеркало, которое только что было изготовлено и взято из «цилиндрической формы». Его качество может быть проверено: мы ставим зеркало против солнца и смотрим, как оно его фокусирует. Идеально цилиндрическое зеркало даст четкий солнечный зайчик, который имеет высоту полос 6. Однако зайчик реального зеркала оказывается в 1,5-2 раз выше, чем высота полос. Таким образом, поверхность зеркала отклоняется от формы цилиндра. Его установка на лист 3 уменьшит эти отклонения, но они останутся. 

Я предпочитал другой метод наблюдения отклонений зеркала от идеальной формы: я смотрел в зеркало с расстояния 0,5-1 м. Переход от одной полосы 6 к другой сдвигал изображение лица на 3 см, другой переход – на 5 см, третий – на 1 см, четвертый – на 3,5 см и т.д. Хотя идеальное зеркало должно давать одинаковый сдвиг для всех переходов. Причина этого –  это отклонения поверхности «цилиндрической формы». Результат этих отклонений – пленка 1 ложится на лист 2 неравномерно, и ее натяжение компенсирует натяжение листа 2 так, что он получает форму, которая отклоняется от формы цилиндра. Мои зеркала имели наибольшие отклонения на верхней и нижней полосах 6 

Мы можем уменьшить влияние причины п.5 до нуля, если зеркала будут изготовляться на точной «цилиндрической форме». Кроме этого, НИОКР могут найти специальные отклонения «цилиндрической формы» (например, на верхнем и нижнем краях), которые уменьшат влияние остальных причин увеличения высоты зайчика

6) Влияние точности установки зеркала на лист 3. Один из источников этой причины – 6 шт. точек полиуретановой пены (которые связывают листы 2 и 3) почти всегда искажают поверхность зеркала на «своих» участках размером по 0,01-0,03 кв. м. Второй источник – остатки пены на листах 3 (от прежних замен зеркал) могут поднять верхний или нижний края зеркала над листом 3. Третий источник – приспособление установки зеркала (на лист 3) давит на верхний и нижний торцы зеркала, и это искажает углы верхней и нижней полос 6. Четвертый источник – ошибки установки этого приспособления (или недостаточность их веса) могут не прижать верхний или нижний край зеркала к листу 3   

Однако основной источник этой причины следующий. Реальная установка зеркал показала, что лист 2 прижимается к листу 3 не плотно; зазор в центре – от 2 до 6 мм. Этот зазор – не есть проблема. Наша проблема – это разница размера зазора для разных зеркал, поскольку отклонение зазора на 1 мм увеличивает высоту солнечного зайчика на 2-3 см. Однако эксплуатация показала, что группа одинаковых зеркал имеет какой-то «средний зазор», и зазоры почти всех зеркал отличаются от него меньше чем на 1 мм. Поэтому лист 3 должен иметь меньше радиус кривизны (на 5-15 %), чтобы компенсировать «средний зазор» и сформировать нужный радиус кривизны листа 2

Таким образом, концентратор имеет характеристику «рекомендуемый зазор», и форма поверхности его листов 3 имеет радиус кривизны для компенсации именно этого зазора. Если установка новых зеркал дает другой «средний зазор» и/или дает большие отклонения разных зеркал от «среднего зазора», то солнечный зайчик увеличивает высоту на коллекторе, а КПД зеркала уменьшается из-за выхода фотонов за разрешенное вертикальное отклонение 3-5 градусов (и их непопадание в коллектор)       

Первый путь уменьшения влияния этого источника – это минимальный зазор между листами 2 и 3. Методы его уменьшения: это мягкий лист 2 (опыт почему-то показал, что чем меньше плотность листа 2, тем меньше зазор), большая разница радиусов листа 3 и «цилиндрической формы» (хотя может быть наоборот). Кроме этого, НИОКР должны найти причины появления зазора и уменьшить их влияние

Второй путь – партия зеркал должна быть из одинакового пенополистирола листа 2 и одинаковой пленки 1. Кроме этого, партия должна иметь характеристику «средний зазор», и она должна совпадать с характеристикой «рекомендуемый зазор» у концентраторов

Кроме этого, мы должны уменьшить влияние других частей этой причины (мы нуждаемся в НИОКР, которые должны найти источники этих причин и дать другие методы):

— искажения около точек пены: может быть уменьшение разницы радиусов между листом 3 и «цилиндрической формой», увеличение эластичности пленки 1, увеличение жесткости листа 2. Может быть увеличить количество точек пены или заменить их на дорожку пены вверху и внизу зеркала 

— остатки пены на листах 3: периодическое удаление пены с листов 3 или держать нож ближе к листу 3 (см. Глава 5)

— искажения от приспособления установки зеркала могут быть уменьшены через модернизацию этого приспособления и через НИОКР по выбору его оптимального веса

7) Рассеяние излучения на пленке дорожек 5. Это очень сильная причина: мои зеркала теряли до 3 % КПД на искривлениях поверхности пленки дорожек. Разрешенное вертикальное отклонение этой поверхности – половина от нашего разрешения вертикальной ошибки 3-5 град. Если вертикальное отклонение поверхности будет больше чем 1,5-2,5 град, то фотоны его отражения пойдут выше или ниже коллектора. Горизонтальное отклонение этой поверхности имеет право быть любым.     

1-й вариант моих зеркал («пена») имел 13 шт. дорожек шириной 10-15 мм, которые теряли 15-30 % излучения на разных отклонениях поверхности пленки дорожек от плоской формы. Это дает потерю 3,1 % КПД (= 13 шт. х 1,2 см х 20 %). 50-90 % поверхности моих дорожек – это был четкий оттиск сотового поликарбонатного листа, который является поверхностью моей «цилиндрической формы»; это шероховатый плоский оттиск с канавками от ребер поликарбоната. Остальная площадь дорожек – это зоны большого рассеяния света: углубления пены и пузыри с воздухом

  2-й вариант зеркал («герметик») имел 17 шт. дорожек шириной 2-3,5 мм, которые теряли 10-40 % излучения: эти дорожки имеют гладкие и ровные поверхности, но их угол расположения имеет заметные отклонения (изображение лица теряется и искажается на этих дорожках). Это дает потерю 1,1 % КПД зеркала (= 17 шт. х 0,25 см х 25 %). Возможная причина плохого качества дорожки – клей не успевал застыть до удаления зеркала из «цилиндрической формы». Еще одна возможная причина – застывший клей дорожек 5 является эластичным и он может изменять свою форму под силами натяжения пленки 1  

3-й вариант зеркал («нить») имеет очень плоские дорожки, если они основаны на одной нитке (а не на паре перекрученных ниток). Они теряют меньше 0,1 % КПД. Пара перекрученных ниток ухудшает поверхность дорожек и увеличивает потерю КПД до 0,2-0,3 %

Универсальные методы уменьшения потерь из-за этой причины: уменьшение количества дорожек 5, уменьшение ширины дорожек, абсолютно гладкая поверхность «цилиндрической формы», НИОКР по причинам искривления поверхности дорожек, увеличение высоты коллектора. Плюс работа с особенностями различных вариантов зеркал, например, 2-й вариант зеркал требует высокой жесткости застывшего клея и увеличения времени лежания зеркала на «цилиндрической форме» (чтобы клей успел застыть)

8) Вертикальное рассеяние на стыках дорожек 5 с полосами 6. Мы можем видеть этот эффект по отражению лица в зеркале: средняя часть полосы 6 отражает лицо как хорошее зеркало, однако мое лицо около дорожек 5 – это как в комнате кривых зеркал. Зона искажений изображения – это по 3-8 мм выше и ниже дорожки 5. Таким образом, мы теряем около 1,2 % КПД (= 12 полос х (2 х 0,5 см) х 10 % потерь на зоне искажений, которые охватывают участки зоны с вертикальным отклонением поверхности зеркала больше чем 1,5-2,5 град).

Я думаю, что источники этой причины следующие. Я делал свои зеркала без гребенки из 6-7 выходов для установки дорожек 5 из герметика или пены. Я использовал стандартный строительный пистолет или шприц без никаких приспособлений и устанавливал дорожки 5 по одной, при плохом освещении и в очень неудобной позе на твердом полу подвала. Кроме этого, я пытался делать дорожки минимального сечения, и это ухудшило качество работы тоже. Первый результат этого – дорожки оказались кривыми; второй результат – неравномерное сечение дорожек, которое оказалось в диапазоне от пропусков клея до больших его капель

Метод устранения этой причины: ровный путь гребенки с одинаковой скоростью и одинаковым давлением клея; плюс высокий расход клея и его низкая вязкость. Это даст ровную дорожку 5 с равномерным сечением. Я думаю, что это уменьшит потери КПД до нуля (как в моих зеркалах по 3-му варианту). Кроме этого, эти потери могут быть уменьшены через универсальные методы: уменьшение количества дорожек 5, увеличение высоты коллектора  

                       (ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)    

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 6)

6) Перспективы уменьшения стоимости зеркал (Продолжен ие):

4В) Мы можем установить два рельса на «рабочем столе» (лист 2 кладется между этими рельсами). Гребенка должна устанавливаться на эти рельсы и легко ехать по ним. Кроме этого, мы можем автоматизировать почти все. Например, мы можем заменить ручное перемещение гребенки по рельсам на работу электродвигателя. Другой пример: мы можем заменить ручной привод шприца с клеем на электрический или пневматический. Кроме этого, мы можем установить автоматические включение (и выключение) подачи клея от расположения гребенки; и автоматическое включение электродвигателя от установки гребенки на рельсы и автоматические его выключение от окончания прохода гребенки через весь путь. Таким образом, весь процесс установки 13 шт. дорожек 5 становится следующим: человек переносит гребенку от одного «стола» до другого, ставит ее на рельсы, ждет 5-10 секунд (пока гребенка пройдет 1 м через лист 2 со скоростью 6-12 м / мин) и снимает гребенку с рельс. Таким образом, расходы группы №2 становятся 10-20 секунд   

4Г) Существует идея дать цеху 3-12 шт. столов (по одному на 4-16 шт. «рабочих столов»), которые имеют по одной гребенке. Она расположена на рельсах, имеет электродвигатель и другую автоматизацию. Человек должен положить лист 2 между рельсами, нажать на кнопку, подождать 4-6 секунд (пока гребенка пройдет через лист со скоростью 10-15 м / мин и оставит 13 шт. дорожек 5 на нем), взять этот лист 2 и отнести его на один из 4-16 шт. «рабочих столов». Это 15-20 секунд на всю группу №2 и экономию 5 секунд из группы № 3 (человек должен был разнести чистые листы 2 по «столам»)    

5) Эта группа идей предлагает уменьшить расходы времени групп №3 и №4. Сейчас это 90 секунд, которые тратятся на следующие шесть операций:

— 5 секунд (до установки дорожек 5 на лист 2): человек несет стопку чистых листов 2, обходит «рабочие столы» и кладет на них по листу 2

— (после установки дорожек 5 на листы 2) Два человека берут лист 2 (сейчас он лежит на «рабочем столе»), переворачивают его (чтобы сторона с дорожками 5 смотрела вниз) и кладут верхний край листа 2 на пленку 1 (сейчас она лежит на «цилиндрической форме»). Затем верхний край листа 2 прижимается «верхним грузом»; он имеет вес около 10 кг и расположен на оси вращения; он устанавливается на «форму» через поворот рычага рукой на 120-150 градусов. Затем оба человека отпускают лист 2; сейчас он нависает над поверхностью «формы» и не касается ее. Они берут «центральный груз» (около 20 кг): четыре руки за четыре ручки. Верхний край «груза» ставится на «форму» и руки первого человека оставляют его. Второй человек опускает свой край «центрального груза» на «форму», а первый человек ставит «нижний груз» (около 5 кг) на нижний край листа 2. «Нижний груз» аналогичен «верхнему»: он имеет ось вращения и устанавливается через поворот рычага рукой на 120-150 градусов. Все эти действия требуют по 25 секунд от двух людей  

— 10 секунд (после застывания клея): человек обходит «формы» и снимает «верхний груз» и «нижний груз»

— 2 человека обходят «формы», снимают «центральный груз» (четыре руки за четыре ручки) и кладут его на стол рядом с «формой». Эта операция требует по 7 секунд от двух людей

— 9 секунд: человек обходит «формы». Он снимает зеркало с «формы» и кладет его в большую картонную коробку, которая стоит около «формы» 

— Человек толкает тележку, останавливает ее, собирает 6-10 полных коробок (по 36 шт. зеркал) на тележку. Затем он толкает тележку на склад, разгружает полные коробки и берет 6-10 пустых коробок на тележку. Он толкает тележку в цех, останавливает ее и разносит пустые коробки по «формам». 10 минут на 6-10 коробок = 70 секунд на коробку = 2 секунды на зеркало 

Около 20 секунд (из 90 сек) тратятся на 7 шт. человеко-переходов от одной «формы» до другой: 1-я операция имеет 1 шт. человеко-переход, 2-я операция – 2 шт., 3-я – 1 шт., 4-я – 2 шт., 5-я – 1шт.

Идеи этой группы:

5А) Мы нуждаемся в небольших НИОКР, которые уменьшат вес «грузов». Первое направление – равномерность давления «грузов» на каждый квадратный сантиметр листа 2 (кроме его краев). Второе направление – выбор вязкости клея и сечения дорожек 5. Третье направление – поиск компромисса между весом «грузов» и качеством зеркал. Уменьшение веса «грузов» с 35 кг до 5-10 кг экономит только несколько секунд. Однако это делает возможными идеи пп. 5Б, 5В, 5Г, которые дают очень большую экономию времени

5Б) Мы можем объединить действия по установке листа 2 на «форму» и установке «центрального груза» на лист 2. «Центральный груз» (до его установки на «форму») должен стоять вертикально на правом или левом торце. Сначала рабочие должны вставить лист 2 в «груз». Затем они берут «груз» и кладут его на «форму». Лист 2 оказывается между пленкой 1 и «грузом», а дорожки 5 оказываются между листом 2 и пленкой 1. Первый вариант установки листа в «форму»: лист 2 вставляется в защелки на верхнем и нижнем краях формы, и после этого лист 2 становится вогнутым с радиусом кривизны поверхности «формы»; вся поверхность листа 2 коснется пленки 1 одновременно, когда «груз» будет установлен на «форму». Второй вариант: лист 2 вставляется в щели на верхнем и нижнем краях «формы», и после этого лист 2 должен быть прямым (а не вогнутым); установка «груза» на «форму» сделает лист 2 вогнутым и он выйдет из упомянутых щелей. Идея п.5Б уменьшает время установки листа 2 и «центрального груза» (это вся 2-я операция из начала п.5, исключая действия с «верхним» и «нижним» грузами) с 40-50 человеко-секунд до 20-30.

5В) Мы можем объединить три наших «груза» (верхний, нижний и центральный) в единственный «центральный» груз. Раньше идея выделения «верхнего» и «нижнего» грузов делала три следующих работы: 

   — Раньше эти два «груза» облегчали «центральный груз» на 15 кг. Однако сейчас (после п.5А) мы имеем очень маленький вес «грузов», и мы не нуждаемся в переносе веса на два этих «груза»

   — Раньше удаление верхнего и нижнего «грузов» открывало лист 2 для установки дорожек 8 и приклеивания верхнего и нижнего краев пленки на них. Однако сейчас мы отказались от идеи дорожек 8, и мы не нуждаемся в открытии верхнего и нижнего краев листа 2

   — Раньше «верхний груз» участвовал в установке листа на «форму»: сначала рабочие ставили верхний край листа 2 на «форму» и прижимали его «верхним грузом», а затем ставили «центральный груз» на лист 2. Я устанавливал свои листы 2 через эту последовательность действий, и я уверен в ее положительном результате. Однако сейчас мы устанавливаем лист 2 в «центральный груз», и установка «верхнего груза» оказывается лишним действием

Таким образом, сейчас мы можем отказаться от верхнего и нижнего «грузов». Это решение удаляет 4-ю операцию (экономия 10 сек) и уменьшает время 2-й операции на 5-10 секунд

5Г) Существует идея расположить «центральный груз» на оси вращения, которая проходит вдоль правого или левого края «формы» на 10-30 см выше поверхности «формы». Груз устанавливается на «форму» через поворот рычага рукой на 90-110 градусов. Обратный поворот рычага поднимает «груз» в вертикальное положение, которое является удобным для установки листа 2 в «груз» согласно п.5Б. И эти действия могут делаться одним рабочим. Итак, теперь один рабочий (а не двое) делает всю 2-ю операцию (установка листа 2 и «груза») и всю 4-ю операцию (поднять «груз»). Это экономия 10-15 секунд  

5Д) Существует идея объединить 4-ю операцию (поднять «груз») с 5-й операцией (снять зеркало с «формы» и положить его в коробку). Раньше мы разделяли эти операции из-за воды, которая связывала пленку 1 с поверхностью «формы». Опыт изготовления моих зеркал показал, что зеркало иногда не уходит от поверхности «формы» после снятия «груза» (остатки воды продолжают держать его). Поэтому мы должны дать паузу между 4-й и 5-й операцией, чтобы зеркало ушло с «формы» самостоятельно (это затраты 3 сек на один человеко-переход). Кроме этого, мы резервируем еще 3 секунды – это среднее время на разрушение связи зеркало-форма. Однако идеи п.3 (например, 3Б, 3В, 3Г) уменьшают или удаляют связь зеркала с формой из-за воды. Кроме этого, мы можем использовать покрытие «формы», которое устранит эту проблему (в отличие от моего покрытия из сотового поликарбоната). Таким образом, мы можем делать 5-ю операцию сразу за 4-й операцией и экономить эти 6 секунд    

Одновременное применение идей пп. 5А, 5Б, 5В, 5Г, 5Д уменьшает количество операций с 6 шт. до следующих 4 шт. (количество человеко-переходов уменьшается с 7 шт. до 3 шт., а затраты времени уменьшаются с 90 секунд до 28 сек):

— 5 секунд (до установки дорожек 5 на лист 2): человек несет стопку чистых листов 2, обходит «рабочие столы» и кладет на них по листу 2

— 12 секунд (после установки дорожек 5 на листы 2): один человек берет лист 2 (сейчас он лежит на «рабочем столе»), и устанавливает его в «груз». Затем он устанавливает «груз» на «форму» через поворот рычага рукой на 90-110 градусов 

— 9 секунд (после застывания клея): один человек удаляет «груз» с формы» через обратный поворот рычага на 90-110 градусов. Затем он снимает зеркало с «формы» и кладет его в большую картонную коробку, которая стоит около «формы» 

— 2 секунды: собрать полные коробки с зеркалами, перевезти их на склад и установить пустые коробки около «форм» 

5Е) 1-ая операция (с экономией 5 сек) может оказаться лишней тоже. Например, мы можем устанавливать дорожки 5 на пленку 1 (которая лежит на «форме»), а не на лист 2. Этот вариант заменяет 1-ю операцию на следующие действия. Человек толкает тележку с 200-500 листов 2. Он останавливается и разносит по ближайшим «формам» стопки по 10-30 листов 2. Он ставит их около формы. Эти действия требуют 5 минут на тележку с 300 листов (они имеют вес около 60 кг и берутся из склада). Это около 1 сек на одно зеркало. Таким образом, наша экономия – около 4 сек   

5Ж) Последняя операция тоже может быть упрощена. Сейчас мы делаем ее при помощи большой тележки с грузоподьемностью около 100 кг. Мы можем ускорить работу, если используем другой транспорт, например тележку с электроприводом (и грузоподъемностью 200-300 кг) или ленточный конвейер с цеха до склада. Возможно, мы уменьшим время этой операции с 2 секунд до 0,5-1,5 сек на зеркало

Одновременное применение идей пп. 2-5 уменьшает затраты времени на одно зеркало в 4-5 раз (с 300 сек до 60-75 сек). Таблица распределения времени станет следующей:

№ группы операций

Операции

Старые

затраты

времени

Идеи уменьшения этих затрат

Ожидание новых затрат времени

1

Установка пленки 1 на «форму»

45 сек

3А, 3Б, 3В, 3Г, 3Д, 3Е

25 сек

2

Установка дорожек 5 на лист 2 (или на пленку 1)

60 сек

4А, 4Б, 4В, 4Г

15 сек

3

Установка листа 2 и «груза» на «форму»

55 сек

5А, 5Б, 5В, 5Г, 5Е

14 сек

4

Удаление «груза» и зеркала из «формы». Плюс увезти зеркала на склад

35 сек

5А, 5В, 5Г, 5Д, 5Ж

11 сек

5

Наклеить верхний и нижний края пленки

40 сек

2А, 2В, 2Д, 2Е

0

6

Наклеить правый и левый края пленки

65 сек

2Б, 2В, 2Г, 2Д, 2Е

0

 

  И Т О Г О

300 сек

 

65 сек

6) Существуют хорошие возможности для полной автоматизации изготовления зеркал, т.е. наклейки полипропиленовой пленки на пенополистирольные листы. Аналогичные технологии используются очень широко; это технология наклейки полимерной пленки на пенополиэтилен (обычно это изделие кладут под ламинат) и технология наклейки фольги на стекловату. Добавленная стоимость этой наклейки – меньше 0,1 EUR на кв. метр (это разница между ценой продажи изделия и ценой продажи его компонентов: пенополиэтилена, пленки, стекловаты, фольги с полипропиленовыми нитями). Это стоимость автоматизированной наклейки и стоимость клея. 0,1 EUR за кв. метр – это почти в 3 раза дешевле, чем наши ожидания от модернизации технологии неавтоматизированной наклейки (65 секунд = 0,27 EUR зарплат) 

Тем не менее, я предлагаю небольшой отход от этих технологий. Я предлагаю использовать «цилиндрические формы»: они должны быть самостоятельными, опираться на площадь 1 м х 1 м, иметь высоту 20-30 см и вес 10-20 кг. Кроме этого, мы должны иметь самостоятельные «грузы»

Первый ленточный конвейер делает следующее. Он начинается с «форм», которые стоят на его ленте (это состояние ленты в конце второго конвейера). «Формы» стоят на конвейере вплотную друг к другу, а ось их «цилиндров» — по направлению движения конвейера. Движение конвейера разматывает рулон полипропиленовой пленки, которая ложится на поверхность «форм». Следующая операция – «формы» проходят под 13 шт. форсунок клея; таким образом, мы получаем 13 шт. дорожек 5 на пленке 1. Следующая операция – листы 2 кладутся на пленку 1, а «груз» кладется на лист 2. Последняя операция – термонож проходит между «формами» и режет полипропиленовую пленку, чтобы отделить «формы» друг от друга

Этот конвейер заканчивается в помещении, где «формы» будут стоять от нескольких часов до нескольких дней, чтобы клей дорожек 5 застыл. Температура этого помещения – это сложный вопрос. Высокая температура ускорит застывание клея и улучшит адгезию клея к пленке 1 и листу 2. Однако высокая температура (больше 30 град) даст зеркалу «волны» (см. Главу 2), а температура выше 50 град – исключена, поскольку такие «волны» не будут убираться даже летним солнцем. С другой стороны, низкая температура (но не ниже 0 град для многих клеев на водной основе) даст нам очень качественное зеркало без «волн», однако скорость застывания увеличится, а адгезия клея уменьшится

Затем «формы» устанавливаются на второй ленточный конвейер (ось их «цилиндров» — по направлению движения конвейера). Первая операция – снять «грузы» и отправить их (по третьему конвейеру) на первый конвейер. Вторая операция – снять зеркало с «формы» и положить его в большую картонную коробку. После этого окончание 2-го конвейера переходит в начало 1-го конвейера; мы можем сказать, что эти два конвейера – это единая лента, которая начинается от цеха сушки и заканчивается в нем

Коробки для зеркал стоят на 4-м конвейере. Заполнение коробки (36 шт. зеркал) передвигает его ленту на одну позицию. Направление движения ленты – на склад, где полная коробка будет заменена на пустую, которая пойдет по ленте до 2-го конвейера снова       

7) Итак, зеркало состоит из трех материалов: пенополистирол листа 2, металлизированный полипропилен пленки 1, клей дорожек 5 (Идеи п.2 разрешают нам отказаться от 4-го материала – клея дорожек 8). Мы можем уменьшить стоимость этих материалов:  

7А) Лист 2: сейчас я предлагаю использовать вспененный (не-экструдированный) пенополистирол толщиной 2 см и плотностью 10-15 кг / куб. м. Причины этого выбора – это минимум, который может быть продан украинскими строительными магазинами. Тем не менее, моя работа с такими листами подсказывает, что это очень много. Если бы магазины могли продать более тонкий (или менее плотный) пенополистирол, то я использовал бы его в своих  зеркалах.  

Замеры плотности пенополистирола у моих зеркал (на точных весах) – 9,2 и 9,4 кг / куб. м (хотя хитрые миргородские магазины продают этот пенополистирол под маркой М25, которая требует плотность от 15 до 25 кг / куб. м). Мой опыт подсказывает, что плотность 4-7 кг / куб. м – это будет нормально для моих зеркал. Кроме этого, толщина листа 2 может быть уменьшена с 2 см до 1-1,5 см

Однако такой лист 2 теперь будет очень мягким. Он будет требовать более сложное крепление зеркала на листе 3 концентратора. Сейчас мы крепим жесткое зеркало на шесть точек полиуретановой пены: 3 шт. вверху и 3 шт. внизу. Теперь мы должны класть на мягкое зеркало еще 3 шт. точек пены на горизонтальную линию по центру зеркала. Это увеличит затраты времени на установку зеркала на 3-5 секунд. Кроме этого, такое зеркало удаляется с листа 3 более сложно, оно требует следующие дополнительные операции (после того, как человек режет ножом три верхние точки пены): человек должен сломать зеркало над тремя средними точками пены, а затем он режет эти три точки ножом. Эти операции увеличивают затраты времени на удаление зеркала на 6-9 секунд. Кроме этого, разрушение зеркала запрещает идею временного удаления зеркал (см. Главу 5) 

Таким образом, мы уменьшаем стоимость листа 2 с 0,30 EUR до 0,10-0,15 EUR. Однако мы получаем дополнительные затраты 0,08 EUR при замене зеркал (= 0,02 EUR зарплат за дополнительные 5 сек установки зеркала + 0,03 EUR затрат за дополнительные 7 сек удаления зеркала + 0,03 EUR потерь прибыли от утилизации зеркала) 

7Б) Пленка 1: отказ от четырех краев пленки уменьшает площадь ее заготовки с 1,15 м х 1,10 м до 1 м х 1 м. Это есть экономия 0,01 EUR. Однако возможности уменьшения стоимости 1 кв. м пленки – очень сомнительные (хотя мы могли бы уменьшить толщину пленки с 20 мкм до 10-15 мкм), поскольку мы должны иметь очень хороший алюминиевый слой и должны дать много свойств пленке (ультрафиолетовая стабилизация, морозоустойчивость и др.)

7В) Клей: сейчас мы используем дорожки с сечением клея 5 кв. мм. Это требует 65 mL клея (на 13 шт. дорожек 5) по цене 3 EUR за литр. Это расходы 0,20 EUR. Но это есть результат моих коротких НИОКР, которые были ограниченные возможностями миргородских строительных магазинов. Очевидно, что хорошие НИОКР найдут лучший клей и лучший метод установки дорожек 5. Поэтому ожидания уровня «сечение клея 1,5 кв. мм стоимостью 2,5 EUR / литр» — это скорее пессимистичные ожидания

 Таким образом, стоимость материалов для зеркала 1 м х 1 м по 2-му варианту («герметик») уменьшится в 2,7 раз (с 0,59 EUR до 0,22 EUR):

 

Кол-во

Цена

Итого

Лист 2 пенополистирола: толщина 1 см, плотность 4-7 кг / куб. м, вспененный (не-экструдированный)

1 кв. м

0,12 Е / кв. м

0,12 Е

Пленка 1 (полипропилен толщиной 20 мкм + металлизированное покрытие)

1 кв. м

0,05  Е / кв. м

0,05 Е

Герметик (сечение 1,5 кв. мм)

0,020 литр

2,5 Е / литр

0,05 Е

                 С У М М А

 

 

0,22 EUR

8) Массовое изготовление зеркал делает экономически целесообразным самостоятельное производство материалов:

— Листы пенополистирола: из гранул полистирола или с полимеризацией стирола. Это уменьшает их стоимость,  в том числе из-за отсутствия расходов по их транспортировке с другого завода (это дорого из-за очень низкой плотности листов)

— Металлизированные полипропиленовые пленки: из рулона чистой пленки, из полипропилена или с полимеризацией пропилена. Это дает возможность изготовить идеальную пленку с нужным комплектом легирований и нужным алюминиевым слоем  

— Клей: смешивание компонентов, самостоятельное химическое производство части компонентов  

Это уменьшает стоимость материалов еще в 1,5 раза (до 0,15 EUR)

 

Исходное сырье

Кол-во

кг

Стоимость 1 кг (цена сырья + стоимость обработки), без НДС

Итого

Лист 2 пенополистирола: толщина 1 см, плотность 4-7 кг / куб. м, вспененный (не-экструдированный)

Стирол, или гранулы полистирола

0,050 кг

1,5 Е / кг

0,075 EUR

Пленка 1 (полипропилен толщиной 20 мкм + металлизированное покрытие)

Пропилен, или полипропилен, или рулон чистой пленки

0,017 кг

2  Е / кг (с учетом алюминия и легирования полипропилена)

0,034 EUR

Герметик (сечение 1,5 кв. мм)

Компоненты для смешивания, плюс может быть химический синтез некоторых

0,025 кг

1,5 Е / кг

0,038 EUR

                 С У М М А

 

92 г

 

0,147

                      (ПРОДОЛЖЕНИЕ    СЛЕДУЕТ)

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 5)

6) Перспективы уменьшения стоимости зеркал (Начало):

Распределение времени изготовления 2-го варианта зеркала (300 секунд) на шесть групп:

№ группы операций

Операции этой группы

Их номера в технологии 2-го варианта

Затраты времени

% от всего времени

1

«Пленка 1» (нарезать рулоны на прямоугольники, стопки пленок отнести до «форм», полить «форму» водой, положить пленку на «форму» и разгладить ее)

1, 2, 3

45 сек

15 %

2

«Дорожки 5» (положить 13 шт. дорожек 5 на лист 2)

5

60 сек

20 %

3

«Лист 2» (положить лист 2 на «рабочий стол», затем лист 2 (с дорожками 5) положить на «форму» и прижать его «тремя грузами»)

4, 7

55 сек

18 %

4

Удаление «трех грузов» и зеркала (из «формы» на склад)

9, 13, 15, 16

35 сек

12 %

5

Наклеить верхний и нижний края пленки (на заднюю часть листа 2)

11,

половина 10

40 сек

13 %

6

Наклеить правый и левый края пленки (на заднюю часть листа 2)

12,

половина 10

65 сек

22 %

Я могу предложить следующие восемь групп идей, которые уменьшают стоимость зеркал в несколько раз:

1) Эта группа не уменьшает стоимость зеркала, однако она уменьшает стоимость площади зеркала (Величина «стоимость за кв. метр зеркала» — это основная их экономическая характеристика):

1А) Увеличение высоты зеркала. Например, мы увеличиваем высоту зеркала (и количество дорожек 5) на 20 %. Это увеличивает время группы №6 на 20 % (на 13 секунд). Группа №1 увеличивается на 2-4 секунды. Группы №№ 2, 3, 4, 5 не изменяются. Таким образом, время изготовления зеркала увеличивается с 300 секунд до 316 секунд (зарплаты увеличиваются с 1,25 EUR до 1,32 EUR). Стоимость материалов увеличивается на 18-19 % (небольшая экономия пленки 1 и клея дорожек 8): с 0,59 EUR до 0,70 EUR. Таким образом, стоимость зеркала увеличивается с 1,84 EUR до 2,02 EUR, а стоимость 1 кв. м зеркала уменьшается на 8,5 %. Таким образом, существует правило «Увеличение высоты зеркала на 1 % уменьшает стоимость 1 кв. м зеркала на 0,43 %»   

1Б) Увеличение ширины зеркала. Например, мы увеличиваем ширину зеркала на 20 % (до 120 см). Это увеличивает время групп №2 и №5 на 20 % (на 12 и 8 секунд). Группа №1 увеличивается на 2-4 секунды. Группы №№ 3, 4, 6 не изменяются. Таким образом, время изготовления зеркала увеличивается с 300 секунд до 323 секунд (зарплаты увеличиваются с 1,25 EUR до 1,35 EUR). Стоимость материалов увеличивается на 18-19 % (небольшая экономия пленки 1 и клея дорожек 8): с 0,59 EUR до 0,70 EUR. Таким образом, стоимость зеркала увеличивается с 1,84 EUR до 2,05 EUR, а стоимость 1 кв. м зеркала уменьшается на 7,2 %. Таким образом, существует правило «Увеличение ширины зеркала на 1 % уменьшает стоимость 1 кв. м зеркала на 0,36 %»

1В) Уменьшение количества дорожек 5. Например, мы уменьшаем количество дорожек 5 на 20 %. Это не меняет время изготовления зеркала. Единственная экономия – уменьшение расхода клея дорожек 5 на 20 % (с 0,20 EUR до 0,16 EUR). Итак, стоимость зеркала уменьшается с 1,84 EUR до 1,80 EUR (на 2,2 %). Таким образом, существует правило «Уменьшение количества дорожек на 1 % уменьшает стоимость зеркала (и стоимость 1 кв. м зеркала) на 0,11 %»  

2) Эта группа идей предлагает убрать четыре края пленки (которые клеятся дорожкой 8 на заднюю сторону листа 2). Это экономия 105 секунд времени групп №5 и №6 (это 35 % от всех затрат времени на зеркало) и 0,04 EUR материалов. Таким образом, эти четыре края – это около трети стоимости зеркала

Летом 2011 я делал зеркала без четырех краев пленки (т.е. пленка имела размер 1 м х 1 м). Однако зеркала очень быстро уничтожались ветром. Обычно ветер отрывал угол, иногда правый или левый края центральных дорожек. Затем ветер быстро увеличивал отрывы пленки от дорожек 5 и уничтожал зеркало. Иногда углы отрывались случайно при переноске или установке зеркала. С осени 2011 я начал закреплять края пленки полиуретановой пеной (на торцы листа 2): это очень надежный метод, однако он трудоемкий

Я начал использовать метод дорожек 8 с февраля 2012. С тех пор все зеркала работают хорошо. Кроме следующего случая. Одно зеркало имело плохую дорожку 8 на части левого края пленки. Оно работало 2 недели в концентраторе, однако затем сильный ветер вытянул эту «часть края» из промежутка между листами 2 и 3. Затем он начал рвать пленку по разрезу, который делается мною для загиба пленки на заднюю часть листа 2. Этот разрыв прошел через все зеркало до правого верхнего угла. Затем ветер сорвал пленку, которая была выше этого разрыва. Таким образом, ветер уничтожил треть зеркала за два часа. Я думаю, что остальная часть зеркала (она продолжала нормально работать) была бы уничтожена за несколько недель тоже. Один из выводов этого случая: дорожки 8 должны иметь хорошее качество 

С марта 2012 я изготовляю зеркала без верхнего и нижнего краев пленки (но я делаю левый и правый края на дорожках 8), т.е. я использую пленку 1,15 м х 1 м. Однако я кладу дополнительную дорожку клея (это клей №1 из главы 3) на верхний и нижний стыки листа 2 с пленкой 1. Обычно я делал это через 1-3 дней после установки дорожек 5. Этот метод оказался эффективным (я изготовил около десяти зеркал и все они работают). Однако он более трудоемкий, чем метод дорожек 8  

Сейчас края пленки (на дорожках 8) делают следующие четыре работы:

— Они противостоят отрыву пленки (от дорожек 5) на углах и на краях. Против ветра и против ошибок перевозки-переноски-установки зеркала

— Если пленка оторвалась (от дорожек 5 угла или края), то дорожки 8 останавливают движение этого процесса дальше. Иначе ветер будет трепать оторванную пленку и отрывать ее дальше 

— Западный или восточный ветер попадает в открытые бока полос 6 (между пленкой 1 и листом 2), надувает их и может оторвать их от дорожек 5. Поэтому правый и левый края пленки закрывают бока полос 6

— Мы получаем право неточной установки листа 2 на пленку 1. Разрешаемая ошибка – до 1-2 см

Идеи этой группы:

2А) Я предлагаю следующие варианты, которые разрешают нам делать зеркало без верхнего и нижнего краев пленки (Эти идеи не требуют дополнительных операций и экономят 40 секунд времени):

— Клей дорожек 5 имеет хорошую адгезию к пленке 1

— Мы делаем широкую крайнюю дорожку (одну верхнюю и одну нижнюю). Ее ширина может достигнуть 5-10 мм (ширина центральных дорожек – 1-4 мм). Один из методов – увеличить диаметр крайнего выхода гребенки; это увеличит объем клея для крайней дорожки. Еще один метод – большое давление «грузов» на крайние дорожки; это уменьшит высоту дорожки и увеличит ее ширину. Мы можем использовать оба метода одновременно

— Гребенка получает два клея. Первый клей – обычный, идет на 5-6 выходов для центральных дорожек. Второй клей идет на один выход для крайней дорожки. Этот клей имеет высокую адгезию с пленкой и может иметь небольшую вязкость для формирования широкой дорожки. Он имеет право иметь больше стоимость (в 2-3 раза), чем клей для обычных дорожек

— Гребенка имеет два-три выхода для одной крайней дорожки. Они расположены с интервалом 5-10 мм и дают по дорожке шириной 2-5 мм. Таким образом, крайняя дорожка 5 – это две-три дорожки шириной по 2-5 мм, которые не соединяются друг с другом и покрывают полосу шириной 1-2 см и

— Аналогично, но два крайних выхода дают другой клей: с высокой адгезией и возможно более дорогой

2Б) Варианты отказа от правого и левого краев пленки (без дополнительных операций) могут оказаться менее эффективными (хотя это могло бы экономить 65 секунд времени):

— Клей дорожек 5 имеет очень хорошую адгезию к пленке 1

— Дорожки 5 получают в 2-3 раза больше клея на своих правых и левых краях (крайние 2-5 см). Один из вариантов реализации этого: скорость движения гребенки уменьшается в начале и в конце процесса. Другой вариант: больше давление клея внутри гребенки в начале и в конце. Еще один вариант этой идеи: мы не увеличиваем выход клея, а увеличиваем давление «грузов» на правый и левый края зеркала; это увеличивает ширину дорожек 5 на правом и левом краях  

2В) Мы используем пленку размером 98 см х 98 см и делаем следующие операции вместо операций с четырьмя краями пленки:

— (после удаления трех «грузов») Человек обходит «рабочие столы», снимает зеркало с «формы», переворачивает его (пленка смотрит вверх) и кладет его на «рабочий стол» 

— Затем человек кладет 4 м дорожки полиуретановой пены на край пленки 1. Эта пена приклеивается к периферии передней поверхности листа 2 и накрывает около 1 см края пленки. Пенополиуретан может быть замененный на другой клей, поскольку он плохо противостоит ультрафиолетовым фотонам и имеет очень плохую адгезию с металлизированной стороной пленки 1 (пена будет удерживать край пленки только из-за того, что он окажется погруженным в узкую щель между пеной и листом 2). Эта дорожка пены (или клея) выполняет все четыре работы «краев пленки». В том числе, она разрешает ошибку установки листа 2 на пленку до 0,5-1 см 

Эта идея уменьшает время изготовления зеркала с 300 до 245 сек (до 1,02 EUR); стоимость материалов почти не меняется (0,59 EUR); площадь зеркала уменьшается до 0,92 кв. м. Итог – стоимость зеркала уменьшается с 1,84 EUR до 1,61 EUR, но стоимость кв. м зеркала уменьшается меньше – до 1,75 EUR за кв. м

2Г) Мы используем пленку шириной 100 см и можем не делать операции с правым и левым краями пленки, если мы сделаем следующую работу после установки дорожек 5 на лист 2. Мы кладем еще две дорожки клея: на правом и левом краях листа 2. Эти дорожки приклеят правый и левый края пленки к листу 2 и будут выполнять все четыре работы правого и левого краев пленки. В том числе они закроют бока полос 6 от ветра. Клей этих дорожек может отличаться от клея дорожек 5: он должен иметь более высокую адгезию с пленкой, может иметь больше стоимость, может быть больше сечение дорожки, «грузы» могут давить на эти дорожки сильнее, а клей может иметь маленькую вязкость и растекаться по пенопласту, чтобы дать большую ширину дорожки  

   Эта идея удаляет группу №6 затрат времени и уменьшает время изготовления зеркала на 45 секунд (экономия 0,19 EUR). Стоимость материалов почти не изменяется: стоимость клея 2 м новых дорожек примерно равна стоимости клея 2 м дорожек 8 и 15 см ширины пленки 

2Д) В июне я изготавливал зеркало согласно 1-му варианту («пена»). Его удаление из «цилиндрической формы» оторвало пленку от нескольких краев дорожек 5. Я решил снова наклеить пленку на эти края дорожек: я взял клей (это был клей №1: клей-герметик «Акриловый прозрачный»), положил его между пленкой и плоской дорожкой 5 (из твердой полиуретановой пены) и прижал все это пальцем на несколько секунд. В августе я разбирал это зеркало и обнаружил, что адгезия в этих местах была очень высокой: клей-герметик хорошо схватил и пленку и пенополиуретан дорожки: иногда разрыв шел по контакту пенополиуретана дорожки с пенополистиролом листа 2. Поэтому возникает следующая идея зеркала без верхнего и нижнего краев пленки  

Листы 2 пенополистирола (до момента их доставки к «рабочим столам») кладутся в линию и прижимаются боками друг к другу. Затем человек кладет дорожку полиуретановой пены на стык соседних листов. Эта дорожка сразу накрывается грузом: стальная прямоугольная труба, обмотанная одним слоем скотча (скотч имеет нулевую адгезию с пеной). Через несколько часов эти грузы снимаются, стык двух листов режется ножом и мы получаем по одной дорожке плоского пенополиуретана (шириной 1-2 см) на двух листах 2. Линия листов дает нам по две дорожки (верхнюю и нижнюю) на каждом листе 2. Дальше мы изготавливаем зеркало по старой технологии (но на пленке 1 м х 1,15 м), однако мы не тратим время на группу операций №5, поскольку очень высокая адгезия верхней и нижней дорожек 5 (на дорожках плоского пенополиуретана) дает нам право не делать верхний и нижний края пленки. Эта адгезия может быть увеличена высоким давлением «грузов» на плоский твердый пенополиуретан дорожки. Таким образом, мы экономим 40 секунд (на группе №5), хотя тратим дополнительные 10-15 секунд (на дорожки пены), а стоимость материалов уменьшается на 0,02 EUR (экономия 10 см высоты пленки и половины клея для дорожек 8). Таким образом, стоимость зеркала уменьшается на 0,14 EUR       

Аналогично мы можем добавить еще две дорожки пенополиуретана (правую и левую) на лист 2. Эти дорожки получат правый и левый края дорожек 5 и дадут им очень высокую адгезию. Это разрешит нам не делать все четыре края пленки  Таким образом, мы экономим 105 секунд (на группах №5 и №6), хотя тратим дополнительные 25 секунд (на дорожки пены), а стоимость материалов уменьшается на 0,04 EUR (уменьшение заготовки пленки до 1 м х 1 м и нет клея дорожек 8). Таким образом, стоимость зеркала уменьшается на 0,37 EUR      

Разновидность этого метода – дополнительные дорожки клея согласно идее п.2Г; эти дополнительные дорожки лягут на пенополиуретановые дорожки. Еще разновидности метода – замена пенополиуретановой дорожки на полосу стальной жести, деревянного шпона, алюминиевой фольги, полимерной пленки или листа. Эти полосы могут быть наклеены на лист 2 и дадут более широкий выбор клеев; например, намного легче найти два хороших клея для стыков сталь-пенополистирол (например, эпоксидная смола) и сталь-пленка (например, силиконовый герметик), чем найти хороший клей для стыка пенополистирол-пленка  

2Е) «Метод окунания краев». Мы используем пленку 1 м х 1 м и делаем следующие дополнительные операции после всех операций изготовления зеркал. Человек ставит зеркала (например, на их верхний торец) в большую емкость с прозрачным жидким клеем; емкость имеет горизонтальное дно и уровень клея 0,5-1 см. Несколько секунд пропитают край зеркала этим клеем, и он зайдет в пространство между пленкой и листом 2. Затем человек вынимает зеркала из емкости и ставит их на решетку для стока клея и его застывания на зеркале. Таким образом, мы тратим меньше чем 5 секунд и получаем очень хорошо заклеенный край пленки. Два заклеенных края зеркала – это расход 5-10 секунд, четыре заклеенных края – это 10-20 секунд. Недостаток метода – высокий расход жидкого клея: один край зеркала – 5-15 ml клея (его стоимость – до 0,05 EUR). Поэтому вязкость клея должна быть минимальной. Кроме этого, (для верхнего и нижнего краев) мы можем ставить зеркала не на торец, а можем наклонять их на 45 градусов в сторону пленки; расход клея уменьшится в несколько раз   

3) Эта группа идей предлагает уменьшить расходы времени группы №1. Сейчас это 45 секунд, которые тратятся на следующие пять операций:

— Нарезать рулоны пленки на прямоугольники. Электродвигатель мотает рулон пленки (шириной 110 см) на барабан с диаметром 36 см (его окружность оказывается немного меньше чем 115 см). Человек останавливает электродвигатель через 30-50 оборотов барабана. Затем он обрезает пленку между рулоном и барабаном и делает один разрез всех пленок барабана параллельно его оси. Таким образом, мы получаем стопку из 30-50 пленок по 110 см х 115 см. Затем человек закрепляет пленку рулона на барабане и включает электродвигатель снова. Эта операция требует 30-50 секунд на стопку из 30-50 пленок. Это только 1 секунда на зеркало, и поэтому смысл изменения этой операции отсутствует    

— Человек относит стопку из 30-50 пленок под стол «цилиндрической формы». Эта стопка – материал для 2-3 месяцев работы «формы». Эта операция требует 20-40 секунд на одну стопку. Это меньше 1 секунды на зеркало, и изменение этой операции не имеет смысла

— 5 секунд тратятся на полив поверхности «формы» каплями воды: человек (с распылителем) должен перейти от одной «формы» к другой, и он должен нажать на курок форсунки распылителя и сделать несколько пасов форсункой 

— 2 х 6 секунд (12 человеко-секунд) тратятся на то, что 2 человека одновременно перейдут от одной «формы» до другой, их правые руки возьмут по одному углу пленки (она лежит под формой) и поднимут пленку; затем их четыре руки возьмут пленку за четыре угла, и они покладут пленку на поверхность «формы». Пленки в стопке имеют сдвиг на 1-2 относительно друг друга, чтобы люди могли быстро отделить верхнюю пленку от стопки. Поэтому барабан наматывает витки пленки не точно друг на друга, а сдвигает край пленки на 1-2 см (по направлению оси барабана) в течении каждого витка     

— Эти 2 человека сразу разглаживают пленку, которая должна прилипнуть к «форме» из-за капель воды на ее поверхности. Время этой операции ограничено 12-15 секунд (24-30 человеко-секунд). Они должны разгладить пузыри (воздух между пленкой и поверхностью «формы») и складки пленки. Эта операция не может быть исполнена идеально – пузыри и складки будут. Я делал ее мотком тряпки, хотя существуют более эффективные инструменты. Еще один метод – отделить часть пленки от поверхности «формы» (угол или сторону) и снова аккуратно ее положить.   

Идеи этой группы:

3А) Мы отменяем операцию, когда человек ходит между «формами» и поливает их поверхность водой (это экономия 5 секунд). Мы автоматизируем эту операцию: над «формами» (на 0,8-1,5 м выше их ) стоят по несколько форсунок (они смотрят вниз) и мы даем давление воды на все форсунки цеха в течении 3-10 сек. Второй вариант: мы даем воду через форсунки, которые стоят за пределами «формы» (на 5-20 см выше ее; они смотрят в бок)

3Б) Мы можем поливать водой не всю поверхность «формы», а только ее часть, например, только 4 угла, только периферия верхней и нижней сторон, только периферия четырех сторон. Существует гипотеза, что это даст более эффективное разглаживание пленки и уменьшит время этой операции с 24-30 секунд до 10-20 секунд. Эта идея хорошо исполняется вторым вариантом форсунок идеи п.3А. Я делал зеркала через этот метод в сентябре 2012: вода мочила только 7-15 см периферии «формы» и не мочила ее середину. Если мочить «форму» только сверху и снизу (и не мочить справа и слева), то пленка 1 может получить много пузырей и складок. Если мочить все четыре стороны, то пленка 1 растягивается очень хорошо и не имеет складок и больших пузырей

3В) Поверхность «формы» может иметь отверстия (например, диаметром 2 мм с интервалом 10-50 мм). Эти отверстия будут уводить воздух из «пузырей» между пленкой и «формой». Время разглаживания пленки может быть уменьшено на 5-20 секунд

3Г) Мы можем отказаться от смачивания «формы» водой. Однако мы должны фиксировать пленку на «форме» другим методом. Первый метод: зажать верхний и нижний края пленки в быстрых зажимах (открытие + закрытие = меньше 5 секунд). Второй метод: вместо зажима – груз, например металлический прямоугольник длиной 105 см. Третий метод: электростатические эффекты могут связать пленку с «формой»; я видел это, когда не мочил середину «формы»; пленка хорошо (но слабо) ложилась на сухую поверхность поликарбоната. Может быть комбинация методов, например, верхний и нижний края пленки прижимаются грузами, а центральная часть пленки связывается электростатическими эффектами. Наша цель – отмена операций смачивания водой и разглаживания пленки 

3Д) Мы нуждаемся в НИОКР, которые должны найти оптимальное качество разглаживания пленки. Пузыри и складки пленки могут не давать большого уменьшения долговечности зеркал и их КПД. Эти НИОКР должны найти оптимальный компромисс между временем разглаживания пленки и качеством зеркал. Скорее всего, время этого компромисса окажется меньше, чем 24-30 секунд

3Е) Мы можем радикально изменить технологию, хотя операция смачивания «формы» водой (или ее замена зажимами, грузами или электростатикой) может быть оставлена. Существует следующая идея установки пленки. Человек подходит к «форме» с рулоном пленки. Он кладет рулон на «форму» и фиксирует край рулона. Затем он катит рулон по «форме» (от нижнего края до верхнего) и возможно разглаживает пленку от пузырей и складок. Затем он фиксирует верхний край пленки на «форме» и отрезает ее от рулона. Возможно, эта идея окажется более быстрой, чем 45 человеко-секунд

4) Эта группа идей предлагает уменьшить расходы времени группы №2. Сейчас это 60 секунд, которые тратятся на следующие четыре операции (по установке 13 шт. дорожек 5 на лист 2, который сейчас лежит на «рабочем столе»):

— 4 секунды тратятся на переход человека от одного «рабочего стола» до другого. Он несет в руках шприц клея, который давит клей в гребенку из 6 шт. выходов

— Около нового «рабочего стола» человек ставит гребенку на лист 2 (она имеет два ролика) и устанавливает верхний выход гребенки над углом верхнего (или нижнего) края листа 2. Затем он давит на шприц, ведет гребенку по листу 2 и смотрит на крайний выход гребенки, который должен идти точно по верхнему (или нижнему) краю листа 2. Если скорость гребенки 2-3 м / мин, то мы получаем 6 шт. дорожек 5 длиной по 1 м за 26 секунд

— Человек должен обойти «рабочие столы» еще раз, но уже с гребенкой из 7 шт. выходов. Он тратит 4 секунды на переход от одного «стола» к другому

— 26 секунд тратятся на проход гребенки через лист 2 по другому его краю. Мы получаем еще 7 шт. дорожек 5

Идеи этой группы:

4А) Мы можем делать четное число дорожек 5, например 12 шт. Теперь человек делает четвертую операцию сразу после второй, и мы экономим 4 секунды из-за пропуска третьей операции

4Б) Мы можем использовать гребенку из 13 шт. выходов и делать все дорожки 5 за один проход гребенки через лист 2. Это уменьшает расходы группы № 2 в два раза – до 30 секунд

                  (ПРОДОЛЖЕНИЕ    СЛЕДУЕТ)   

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 4)

5) Установка зеркал, их утилизация и операции их технического обслуживания

Установка зеркала (в концентратор) описана в Докладе 10: привезти новые зеркала на поле из завода (в картонных коробках с 36 шт. зеркал), установить зеркала в концентраторы, пустые коробки оставить на поле для старых зеркал. Новое зеркало устанавливается за 38 секунд (Это расходы 0,16 EUR на зарплаты). Таким образом, сейчас полная стоимость зеркала 1 м х 1 м (изготовление + установка): 

— 1-й вариант («пена»): 1,65 + 0,16 = 1,81 EUR

— 2-й вариант («герметик»): 1,84 + 0,16 = 2,00 EUR

— 3-й вариант («нить»): 2,06 + 0,16 = 2,22 EUR

Старые зеркала могут быть утилизированы в электрической печи с температурой 200-400 град. Зеркало плавится в смолу со следующим составом:

— 200-300 г полистирол (и его связующее в листах 2)

— 22 г полипропилен от пленки 1

— 90-115 г клей дорожек 5 и 8 (они могут не расплавиться и будут лежать в массе полистирола и полипропилена)

— меньше 1 г алюминия и полиуретана

370 г смолы от одного зеркала могут быть проданы по цене 0,2 EUR за кг. Первый вариант – это топливо для пиролизных котлов (эквивалент черного угля по 120 EUR за тонну). Второй вариант – сырье для нефтехимии (эквивалент нефти по 40 USD за баррель). Третий вариант – это дешевый пластик или его компонент 

Итого доход утилизации – 0,074 EUR. Расходы утилизации:

 

На одно зеркало

Собрать все коробки (по 36 шт. старых зеркал в каждой) с поля 300 м х 200 м  в одну точку. Это делается тремя рабочими (два грузчика и водитель) и грузовиком для 50 шт. коробок. Кроме этого рабочие закрывают коробки тентом от ветра и дождя. 15 минут на 50 коробок. Это 15 EUR / 50 коробок = 0,3 EUR / 36 зеркал

0,008 Е

Перевезти и установить печь около этих коробок, и подключить ее к электропитанию. 4 часа для 20 тыс. зеркал с поля площадью 0,06 кв. км (Это 0,75 сек на зеркало)  

0,003 Е

0,05 квт-час электроэнергии для плавления 0,27 кг пенополистирола и полипропилена с КПД 50 %

0,006 Е

Зарплата кочегара: он берет коробки под тентом, высыпает их зеркала в печь и относит пустые коробки назад под тент. Это 1 мин на коробку (0,25 EUR на 36 зеркал)

0,007 Е

Смола: охладить (водой), разделить на куски или брикеты, погрузить на самосвал – 20 сек / 13,3 кг смолы (Это 0,083 EUR на 36 зеркал)

0,002 Е

Пустые коробки будут отвезены на завод попутным транспортом. Это сделают грузовики, которые везут коробки с новыми зеркалами. 10 сек на погрузку пустой коробки (Это 0,042 EUR на 36 зеркал) 

0,001 Е

   И  Т  О  Г  О  (расходы на одно зеркало)

0,027 EUR

Таким образом, утилизация зеркала 1 м х 1 м дает нам прибыль 0,05 EUR (= 0,074 -0,027)

Удаление старого зеркала (из концентратора) описано в Докладе 10: снять зеркала из концентратора, положить их в картонные коробки и перенести коробки на «погрузочные площадки». Старое зеркало удаляется за 20 секунд (без погрузки старых зеркал в грузовики). Это 0,08 EUR расходов на зарплаты. Но мы имеем 0,05 EUR прибыли от утилизации зеркала. Таким образом, расходы удаления – это только 0,03 EUR

Далее таблица операций технического обслуживания зеркал, которые установлены в концентраторах:

Название операции

Описание операции

Частота опера-ции

Расходы одной операции

Замена старого зеркала

Мы удаляем старое зеркало из концентратора (0,08 EUR расходов) и утилизируем его (прибыль 0,05 EUR). Затем мы устанавливаем новое зеркало (0,16 EUR расходов) 

Раз в 2-8 год

0,19 EUR

Временное удаление зеркала

Иногда концентраторы работают только 4-7 месяцев отопительного периода. Поэтому мы можем снять зеркала на лето, чтобы они не старели под солнцем, дождем и ветром. Мы удаляем зеркало в марте-апреле (22 секунды с погрузкой зеркал в грузовики = 0,09 EUR), храним его на складе 5-8 месяцев (0,01 EUR расходов) и устанавливаем его в концентратор в октябре-ноябре (38 секунд = 0,16 EUR)

Раз в год (за исключением годов замены старого зеркала)

0,26 EUR

Очистка листов 2 от старой пены

Снятое зеркало может иметь остатки пены в шести точках удержания зеркала на листе 3. Если зеркало снималось много раз, то пены может быть много, и она может искажать кривизну зеркал в концентраторе. Я удалял эту пену ножом, хотя существуют механические устройства с вращающимся наждачным листом  

1-2 раза за 2-8 год

15 сек = 0,06 EUR

Очистка листов 3 от старой пены

Замена зеркал может накопить остатки пены на листах 3. Мы можем периодически (каждые 3-5 шт. установок зеркал) удалять эту пену ножом или электрическими устройствами.  Альтернатива этой операции – держать нож (который режет пену удержания зеркала на листе 3) ближе к листу 3; в этом случае старая пена окажется не на листе 3, а на старом зеркале, которое будет утилизироваться

5-15 год

15 сек = 0,06 EUR

Осмотр зеркал и лечение участков со слабым алюминиевым слоем

Могут быть зеркала, которые будут терять алюминиевое покрытие на углах, нижнем крае и др. участках (Или такие участки могут быть дефектами изготовления пленки). Эти участки могут уничтожить зеркало за 3-12 месяцев. Поэтому человек идет вдоль ряда концентраторов и осматривает их зеркала. Лучше пусть после дождя (зеркала должны быть чистыми) и во время солнца. Утром он может идти с востока на запад, а вечером – с запада на восток. Человек идет с аэрозольным баллончиком с зеркальной алюминиевой краской (ее называют «Chrome») и красит эти участки 

1-3 раза за 2-8 год

5 сек = 0,02 EUR

Может использоваться только часть этих операций. Кроме этого, могут быть следующие две операции:

— «Помыть зеркала в концентраторах». Обычно дожди хорошо делают эту работу. Однако иногда могут быть длинные периоды без дождей, и зеркала накроются пылью и грязью, которая уменьшит КПД до 5-10 %. Помывка зеркал в этих случаях (из распылителей) может оказаться рентабельной, но она должна быть дешевой

— «Замена мертвых зеркал». Адресная замена мертвого зеркала – это не 58-60 секунд, а 3-5 минут. Поэтому я считаю эту операцию экономически нецелесообразной. Кроме этого, новое зеркало будет работать только 10-50 % срока (до момента замены всех зеркал ряда). Экономическая целесообразность – это игнорировать мертвые зеркала. Это не больше 10 % зеркал до момента замены всех зеркал ряда

                    (ПРОДОЛЖЕНИЕ    СЛЕДУЕТ)

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 3)

4) 3-й вариант зеркал (вариант «нить»):

Я изготовил два зеркала согласно этому варианту. Однако я решил отказаться от него, хотя этот вариант имеет несколько интересных особенностей.  

Этот вариант делает дорожки 5 из нити, которая пропитанная клеем (а не из полиуретановой пены или герметика). Сравнение с 2-м вариантом:

— Сейчас 3-й вариант более дорогой, чем 2-й вариант. Однако перспективная цена 3-го варианта ниже, поскольку он использует меньше клея для дорожек 5. Кроме этого, операция установки нити на лист 2 может автоматизироваться легче, чем операция установки дорожки 5 из герметика

— 3-й вариант имеет дорожку 5 с очень хорошим оптическим КПД: она узкая (1-2 мм) и с очень ровной поверхностью

— Нить может участвовать в застывании клея: она может впитать влагу клея, она может быть пропитанной отвердителем клея

— Диапазон возможных клеев для 3-го варианта шире: требование не растекаться по пенополистиролу отсутствует, стоимость клея имеет право быть больше чем 3-5 EUR за литр 

Оба моих зеркала использовали клей №1 из главы 4, хотя я думаю, что клеи №2 и №3 могли быть использованными тоже. Нить первого зеркала – двойная нитка (две нитки с диаметром по 1-1,2 мм) из синтетической шерсти. Однако двойная нитка ухудшает оптический КПД дорожки 5: она более широкая, и переплеты ниток дают небольшие бугорки поверхности. Кроме этого, расход клея больше, чем на одиночной нитке. Поэтому нить второго зеркала – одиночная нитка диаметром 1,2-1,5 мм из натуральной шерсти. Однако, я допустил ошибку, когда взял старую шерстяную нитку очень плохого качества (это была лучшая альтернатива в бабушкином чемодане). Эта нитка имела очень неравномерный диаметр, она рвалась во время установки на лист 2, пленка 1 приклеилась плохо (непрочно и не везде). Хотя первое зеркало оказалось очень-очень хорошим

Таким образом, зеркало размерами 1 м х 1 м состоит из (рис. B):

— Лист 2 пенополистирола размерами 1 м х 1м: вспененный (не-экструдированный), толщина 2 см, максимально низкая плотность (10-15 кг / куб. м) 

— Отражающая полимерная пленка 1. Она имеет высоту 1,1 м и ширину 1,15 м (площадь – 1,27 кв. м). Пленка 1 лежит на листе 2 на не-метализированной стороне

— Горизонтальные дорожки 5 из нити, которая пропитанная клеем. Лист 2 имеет 13 шт. дорожек 5, которые формируют 12 шт. горизонтальных полос 6 (их высота – 6-9 см), свободных от клея нити 

— Верхний и нижний края 7 пленки (они выходят по 5 см за края листа 2) загибаются, и дорожки 8 клея («жидкие гвозди») приклеивают их к задней стороне листа 2

— Правый и левый края пленки выходят по 7,5 см за края листа 2 и приклеиваются к задней стороне листа 2 тоже

Я использовал ту же «форму», как для 1-го и 2-го варианта зеркал: это гладкая цилиндрическая поверхность с радиусом 127 см. Однако эта форма была дополнена двумя рядами по 13 шт. металлический стержней; интервал между соседними стержнями одного ряда – 8,3 см (= 100 см / 12 шт). Эти ряды размещаются за правым и левым краями пленки 1 (расстояние между рядами – 118 см). Каждая дорожка 5 имеет по одному стержню в двух рядах. Стержни устанавливаются в отверстия поверхности «формы», и они могут быстро удаляться из этих отверстий. Мы устанавливаем нить по пути «змеевика» между этими стержнями; таким образом, мы получаем 13 шт. дорожек 5 из одной нити с длиной 16,9 м (= 13 шт. проходов между рядами стержней по 118 см, плюс 12 шт. переходов на соседний стержень ряда по 8,3 см, плюс запасы начала и конца нити по 30 см)      

Еще одно отличие: мы не нуждаемся в «рабочем столе» (который стоял рядом с «формой» для 1-го и 2-го варианта зеркал)

Кроме этого я использовал самодельное приспособление для смачивания нити клей-герметиком и для ее установки между стержнями «формы». Оно имеет (рис. C) корпус 9 из пластиковой 2-литровой бутылки без дна. Катушка 10 с нитью устанавливается на ось 11. Нить 12 идет сначала через диафрагму 13 (ее диаметр 2,5 мм), а затем через диафрагму 14 (диаметр 1,8 мм). Я вел острием 15 по пути «змеевика», и нить 12 ложилась на «форму» между стержнями. Периодически я клал новый герметик на поверхность катушки: шпателем, толстый слой герметика 5-10 мм по этой поверхности. Нить выходила с катушки 10 с большими кусками герметика, которые пополняли его запас в пространствах 16 и 17

Это приспособление не является идеальным. Я сделал его для вязкого клея с характером герметика. В то же время, я думаю, что жидкий клей будет иметь более простое и удобное приспособление, а время работы с ним (это время введения нового клея на катушку 10 и время установки нити на поверхность «формы») будут меньше в несколько раз

Далее пример технологии изготовления зеркала. Это технология для 48 шт. «цилиндрических форм». Они требуют около 150 кв. метров помещения. 2 человека изготавливают 3 х 48 шт. зеркал за рабочую неделю. Они работают по 2 часа по понедельникам, средам и пятницам. Правый столбец таблицы показывает расход времени на одно зеркало 1м х 1 м (Все операции требуют 6 минут на одно зеркало) :

1) Нарезать отражающие пленки на размеры 110 см х 115 см (из рулонов ширины 110 см или 115 см), и стопки пленок отнести до «цилиндрических форм» (Более подробно – в п.3 Главы 6). Стопки пенополистирольных листов 2 отнести до «форм» тоже  

7 сек

2) Человек обходит «цилиндрические формы» и поливает их поверхность каплями воды из распылителя

5 сек

3) 2 человека берут одну пленку и кладут ее на «цилиндрическую форму» (вода п.2 хорошо связывает пленку с «формой»). Они быстро (не больше чем 15 секунд) разглаживают пузыри и складки пленки (плохое качество этой работы разрешается)   

2 х 19 сек

4) (Если нужно) Человек меняет катушку 10 с нитью (1 минута на катушку с 300 м нитки – для 18 шт. зеркал)

3 сек

5) Человек устанавливает нить (с клеем) на пленку: сначала он кладет клей-герметик на все стороны катушки 10 шпателем (15 сек), затем он закрепляет начало нити на «форме» (3 сек), затем он ведет «приспособление рис.C» и кладет «змеевик» нити между 2 х 13 шт. стержней «формы» (50 сек), затем он отрезает нить от «приспособления рис.C» и закрепляет окончание нити на «форме» (7 сек)

75 сек

6) Ждем небольшого высыхания клея (для моего клей-герметика – это около 1 часа; нить ускорила высыхание клея примерно в 2 раза)

7) (сразу после п.6) 2 человека берут лист 2 и кладут его на пленку (с нитью), которая лежит на «цилиндрической форме»: они кладут (на пленку) только верхний край листа 2, и прижимают этот край «верхним грузом» (10 кг). Затем они ставят «центральный груз» (20 кг), который давит на всю поверхность листа 2 и прижимает его к цилиндрической поверхности «формы». Затем нижний край листа 2 прижимается «нижним грузом» (5 кг) 

2 х 25 сек

8) Человек снимает нить с 2х13 шт. стержней: он вынимает каждый стержень и ставит его опять в «форму» (обычно «петля нити» сама уходит в сторону листа 2)

30 сек

9) Человек прижимает «петли нити» к торцу листа 2 (Это получится плохо, и «петли» уйдут от торца. Это нормально)  

12 сек

10) Ожидание остывания клея нитей (2-3 суток)

11) Человек обходит «формы» и снимает «верхний груз» и «нижний груз»

10 сек

12) Человек кладет 4 м дорожек 8 «жидких гвоздей» по периферии задней стороны листа 2

45 сек

13) Человек загибает края 7 пленки (верхний край и нижний край) и наклеивает их на верхнюю и нижнюю дорожки 8  

20 сек

14) Правый и левый края пленки наклеиваются сложнее: человек делает по 2-3 разреза пленки правого и левого краев (разрез начинается от какой-либо дорожки 5). Затем части правого и левого краев пленки загибаются и наклеиваются на правую и левую дорожки п.12. «Петли нитей» оказываются прижатыми к торцу листа 2. Их упругость увеличит «неработающий правый-левый край зеркала» до 1-2 см; это нормально 

40 сек

15) 2 человека обходят «формы» и снимают «центральный груз». Обычно зеркало само уходит от поверхности «формы». Иногда зеркало держится (водой п.2) на поверхности «формы»; человек должен его «подтолкнуть» во время п.17   

2 х 7 сек

16) Небольшая пауза (до 10-50 минут): чтобы зеркала ушли от поверхности «формы» и чтобы вода на их пленке 1 высохла

17) Человек обходит «рабочие столы», снимает зеркало с «формы»  и кладет его в большую картонную коробку, которая стоит около «форм». Пленка 1 должна смотреть в «воздух», чтобы остатки воды п.2 высохли 

9 сек

18) Если эти коробки получили по 36 шт. зеркал, то они должны быть заменены на пустые коробки. Человек собирает полные коробки на тележку. Затем он отвозит их на склад, разгружает их, берет пустые коробки из склада и кладет их на тележку. Он привозит пустые коробки в цех и разносит по «формам» (10 минут на 10 коробок)

2 сек

Мы должны выбирать нить со следующими свойствами:

— Полимерная нить (состоит из тонких волокон полимера)

— Одиночная нитка (не двойная нитка и т.п.)

— Равномерный диаметр нитки: это должны быть длинные волокна

— Диаметр нитки в сжатом состоянии – около 1 мм. Это 0,5 г полимера на метр нитки. Это стоимость 0,002-0,006 EUR за метр нитки (4-12 EUR за кг нитки)

— Сжимаемость нитки – до диаметра 1-1,5 мм. Она должна быть сжатой в процессе своего изготовления и / или должна сжаться из-за смачивания клеем 

— Минимальное растяжение нитки (оно зависит от материала нитки, от ее толщины, от закручивания нити во время изготовления). Установка нити на пленку сопровождается какой-то силой. Эта сила растягивает нить, и это растяжение делает установку более сложной. После операции п.8 нитка может двигаться в зеркале, чтобы ликвидировать свое растяжение

— Хорошая адгезия материала нитки к клею. Полипропиленовая нитка – это автоматическое выполнение этого требования (поскольку клей уже должен иметь хорошую адгезию к полипропиленовой пленке 1)

— Нитка должна быть на удобной катушке: оптимальный вес катушки и возможность ее установки на ось 11. Кроме этого, укладка нитки на катушке имеет значение. Например, я использовал укладку «виток к витку». Эта укладка требует, чтобы один слой витков обеспечил всю потребность одного зеркала (17 метров нитки); иначе окончание одного слоя витков требует дополнительную операцию «покласть клей-герметик на все стороны катушки 10 шпателем» (это дополнительные 15-20 секунд)

Мы очень нуждаемся в новом клее со следующими свойствами:

— Водостойкий и морозостойкий. Он должен быть готовым работать на улице 3-10 год

— Механизм застывания: двухкомпонентный клей или застывание от влаги воздуха. Кроме этого, нить может участвовать в застывании клея

— Быстрое время застывания. Время 24 часа увеличивает производительность завода в 2 раза, а время 4-8 часов – в 4 раза

— Клей должен иметь низкую вязкость: катушка 10 может быть пропитанная им через метод окунания, или он может лежать в клее (мой клей-герметик не разрешает это). Плюс нить будет легко выходить из «приспособления» (с малой силой растяжения). Плюс равномерность клея на нити и низкий расход клея

— Клей должен сжать нить до диаметра 1-1,5 мм

— Клей должен хорошо пропитать нитку (0,5 кв. мм сечения клея) и покрыть ее поверхность слоем 0,1-0,2 мм (еще 0,5-1 кв. мм сечения клея)

— Хорошая адгезия клея с тремя материалами: нить, лист пенополистирола, полипропиленовая пленка

— Новый клей имеет право стоимости до 5-10 EUR за литр (может быть до 10-20 EUR за литр при сечении клея меньше 1 кв. мм)

Мое первое зеркало (то, что было сделано двойной ниткой) имело расход клея-герметика около 3 mL на метр нити. Это сечение клея – 3 кв. мм. Однако жидкий клей с хорошей адгезией разрешит уменьшить сечение клея до 1-1,5 кв. мм. Это 1,2 mL клея на метр нити (20 mL клея для 17 м нити всего зеркала)

Зеркало размерами 1 м х 1 м требует следующих материалов (Цены – крупный опт, август 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Лист 2 пенополистирола: толщина 2 см плотность 10-15 кг / куб. м, вспененный (не-экструдированный)

1 кв. м

0,3 Е / кв. м

0,30 Е

Пленка 1 (полипропилен толщиной 20 мкм + металлизированное покрытие)

1,27 кв. м

0,05  Е / кв. м

0,06 Е

Нитка

17 м

0,004 E / м

0,07 E

Клей для нитки

0,020 литр

5 Е / литр

0,10 Е

Клей «жидкие гвозди» (для дорожек 8): 4 м дорожек х сечение 3 кв. мм

0,012 литр

2,5 Е / литр

0,03 Е

                 С У М М А

 

 

0,56 EUR

Таким образом (для зеркала 1 м х 1 м):

— Затраты времени на изготовление одного зеркала – 6 минут. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час, то эти расходы будут 1,50 EUR

— Стоимость изготовления зеркала – 2,06 EUR (= 1,50 + 0,56)

— Это без стоимости установки зеркала в концентратор   

— 3-й вариант зеркала оказывается дороже в 1,12 раз, чем 2-й вариант (= 2,06 / 1,84)

— 3-й вариант зеркала оказывается дороже в 1,24 раз, чем 1-й вариант (= 2,06 / 1,65)

                            (ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)     

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 2)

2) Отражающая пленка:

Я использовал для своих зеркал следующие три марки пленок:

№ 1) Это основная пленка моих зеркал. Она наиболее долговечная (с перспективой жизни 1,5-3 года на улице) и имеет следующие особенности:

— Я покупал ее на миргородском базаре осенью 2011 (я думаю, что она была изготовлена весной 2011). Это упаковка с 2 кв. метра пленки. Этикетка называет ее «Солнцезащитная штора» (она должна вешаться на окна и не пропускать солнечный свет). Производитель не указан; я слышал, что какие-то люди покупают большой рулон пленки по 0,5 гривен за кв. метр, нарезают ее, упаковывают и кладут этикетку, а миргородский базар продает это по 3 гривны за кв. метр. Никто не платит налоги. Этикетка сообщает стандарт (номер ТУ 00203588-24-94; Internet подсказывает, что этот стандарт имеет название «Пленка полипропиленовая упаковочная») и надпись «пленка сертифицирована для контакта с пищевой продукцией»   

— Пленка является «шуршащей»; это очень-очень похожее на прозрачную обертку сигаретной пачки. Я покупаю только «шуршащую пленку». Миргородский базар продает еще «мягкую пленку»: это среднее между оберткой сигаретной пачки и полиэтиленовой пленкой. Однако «мягкая пленка» имеет нулевую адгезию с моими клеями и другие недостатки

— Internet называет это «металлизированная полипропиленовая пленка». Я думаю, что это полипропилен типа БОПП. Существуют еще другие металлизированные пленки, например, на полипропилене типа СРР, на поливинилхлориде (ПВХ), на лавсане (ПЭТ), на нейлоне. Существует много производителей разнообразных полипропиленовых металлизированных пленок. Они продают пленку большими рулонами; ширина рулона – заказная, до 220 см. Толщина пленки – от 12 до 80 мкм. Основное назначение этих пленок: упаковка пищевых продуктов (конфеты, мороженное и др.), упаковка для цветов и подарков   

— Моя пленка состоит из одного слоя прозрачной полипропиленовой пленки и  металлизированного покрытия с одной стороны (существуют другие структуры пленки: несколько слоев пленки и / или несколько слоев металлизации). Острие ножа царапает это покрытие. Производители пленок делают это покрытие из алюминия (методом его испарения в вакууме) 

— Точные весы сообщили плотность пленки: 17 г на кв. метр. Это пленка с толщиной 20 мкм

— Я думаю, что эта пленка предназначена для обертки конфет и т.п. Однако базар продает ее как «солнцезащитную штору»

№ 2) Миргородский базар торговал пленками №2 летом 2012. Они имеют ту же желтую этикетку, как № 1 (Производитель – неизвестный). Ее внешний вид не отличается от №1. Однако ее поведение в концентраторе является другим: сейчас эти пленки работают только месяц, но они уже имеют заметные признаки старения. Я думаю, что время их жизни окажется меньше года 

№ 3) Кроме этого я сделал несколько зеркал на «солнцезащитных шторах» от Харьковского завода «Мастер-пак» (которые продавались летом 2011; в 2012 базар продает только «мягкие» пленки от этого производителя)  

Пленка для зеркал должна быть следующей:  

— Далее доклад будет описывать требования к свойствам и характеристикам пленки, которые должны обеспечить высокий КПД зеркала (глава 7) и его долговечность (глава 8). Кроме этого, пленка должна иметь низкую скорость уменьшения КПД при старении (глава 9) и низкую вероятность случайной смерти (глава 10). Я считаю, что основное требование к пленке – это высокий коэффициент отражения и низкая скорость его уменьшения при старении. Кроме этого, она должна иметь низкий коэффициент пропускания и низкую скорость его увеличения при старении. Плюс полипропиленовый должен иметь ультрафиолетовую стабилизацию и черную (серую) покраску

— Стоимость пленки не является приоритетом. Она может быть увеличена в 2-4 раз – до 0,1-0,2 EUR за кв. метр

— Структура «один полипропиленовый слой + один алюминиевый слой» может быть заменена. Например, может быть несколько алюминиевых слоев с стиранием одного слоя каждые несколько лет. Или может быть слой (полимерный или минеральный) для защиты алюминиевого слоя от атмосферы. Может быть «сэндвич» из нескольких полимерных и алюминиевых слоев

— Мы можем заменить полипропилен типа БОПП на тип CPP или на другой полимер: поливинилхлорид (ПВХ), лавсан (ПЭТ), нейлон, др.   

— Полипропиленовый слой может быть легирован до морозоустойчивого; это делается через метод, который называется «сополимеризация пропилена с этиленом». В то же время, холодная зима 2012 (температура опускалась ниже «минус 30 град» несколько раз) доказала, что сейчас зеркала не имеют проблем из-за мороза. Хотя справочники говорят, что обычный полипропилен (не-легированный) имеет предел эксплуатации «минус 5-15 град»  

Все четыре варианта моих зеркал имеют расположение пленки типа «Металлизированная сторона пленки смотрит на солнце (ее приклеивание к листу 2 делается на не-металлизированной стороне)». В феврале 2012 я изготовил несколько зеркал по другому типу: «Не-металлизированная сторона пленки смотрит на солнце (приклеивание к листу 2 делается на металлизированной стороне)». Основная идея – слой полипропилена будет защищать алюминиевое покрытие, и оно не будет стареть. Однако результат оказался очень плохим: эти пленки выдержали только 2-3 месяца работы летом. За это время полипропиленовый слой выдержал нагрузку 4-6 месяцев, поскольку фотоны проходили два раза через него. Эта нагрузка сделала полипропилен очень непрочным; дождь и ветер уничтожают такое зеркало в течении недели: пленка трескается и улетает кусками 

Зеркала часто имеют явление, которое я называю «волны». Это участки пленки приобретают волновую поверхность: обычно «волны» вертикальные (хотя бывают «наклонные» и «горизонтальные»), они имеют период 5-15 мм и высоту всей полосы 6 (6-9 см). «Волны» любят углы зеркала и правый-левый края, хотя могут находиться и в центре зеркала. Основная причина «волн» — это тепло:  

— Когда солнце выходит из-за тучи, «волны» исчезают через несколько секунд и зеркало становится идеально ровным. Когда солнце заходит за тучу, «волны» появляются через 5-20 секунд. Однако, солнце удаляет «волны» не всегда: мороз может задержать их, и иногда «волны» не уходят с углов и краев зеркала   

— В апреле 2012 я сделал большую глупость. Эксперименты требовали накрыть зеркала концентратора черной полиэтиленовой пленкой. Это нагрело пленку 1 зеркал до температуры 50-60 град, и с тех пор эти зеркала имеют глубокие волны по всей поверхности зеркала. Хотя летнее солнце убирает их до идеально ровной поверхности  

— 12 марта я не поленился пойти в гараж в 2 часа ночи, чтобы сделать зеркало при максимально низкой температуре; градусник показывал «плюс 9 град». Это зеркало никогда не имело «волн», даже во время холодных утренних часов. До тех пор, пока я не испортил его экспериментом с «черной пленкой»

 «Волны» могут делаться и другими причинами: дефекты изготовления зеркал, силы крепления зеркал в концентраторе, отрыв пленки от дорожек. Изготовление зеркал из упакованных «солнцезащитных штор» (не из большого рулона полипропиленовой пленки) может дать еще одну причину «волн». Упаковка «штор» делает глубокие изгибы пленки. Если пленка клеится так, что эти изгибы идут вдоль окружности «цилиндрической формы», то мы получим «волны» по всей поверхности зеркала. Поэтому изгибы пленки должны идти вдоль оси цилиндра «формы»: установка зеркала в концентратор натягивает пленку 1 и эти изгибы исчезают полностью

Натяжение пленки 1 (на полосах 6) уменьшает участки «волн», но не полностью. Однако это натяжение трансформирует «наклонные волны» в «вертикальные волны» и трансформирует «горизонтальные волны» в «вертикальные» и «наклонные». Участки с «горизонтальными волнами» — это потеря 70-85 % излучения. В то же время «вертикальные волны» имеют очень маленькие потери радиации (не больше 5-10 %), поскольку они дают только горизонтальное отклонение излучения, но не влияют на вертикальное; поэтому почти все излучение попадет в горизонтальный фокус концентратора 

Металлизированная сторона «шуршащей» пленки имеет очень хорошую реакцию на росу: солнце убирает влагу за 5-10 мин. В то же время, не-металлизированная сторона пленки, «мягкая» пленка или слой лака на металлизированной стороне имеют плохую реакцию: солнце может убирать росу несколько часов. Они также долго держат капли дождя (солнце может удалять их несколько часов). В то же время, солнце удаляет капли с металлизированной стороны «шуршащей» пленки за несколько десятков минут; иней и снег уходят за 10-30 минут  

 

3) 2-й вариант зеркал (вариант «герметик»):

Сейчас это основной вариант моих зеркал. Этот вариант использует (вместо полиуретановой пены) водостойкий клей, который имеет характер известного силиконового герметика. Сейчас стоимость клея имеет значение: оптовая цена (без НДС) должна быть меньше чем 3-5 EUR за литр 

Я перебрал все клеи в нашем городе и испытал адгезию нескольких десятков клеев (с пенополистирольным листом и полипропиленовой пленкой). Результат – это следующие три клея:

1) (Лучший результат) Клей-герметик «Акриловый прозрачный», торговая марка «Lacrysil», производитель (может быть упаковщик) – ТОВ «Полимер-Лак», Украина, с. Киселівка. Очень хорошая адгезия с обоими сторонами пленки

2) Клей акриловый «Сумасшедшая липучка», торговая марка «Lacrysil», производитель (может быть упаковщик) – ТОВ «Полимер-Лак», Украина, с. Киселівка. Хорошая адгезия с не-металлизированной стороной, и плохая – с метализированной

3) Клей «Жидкий гвоздь» на основе латекса, торговая марка «Aplais»,  производитель (может быть упаковщик) – ПП «Фіолент Колор», Украина, Севастополь. Очень хорошая адгезия с металлизированной стороной, и удовлетворительная – с не-метализированной

Герметик № 1 продается в строительных шприцах по 280 г. Герметики №№ 2, 3 продаются в банках; я вкладывал их в пустые шприцы  

2-й вариант зеркала отличается от 1-го варианта не только типом клея, но и методом формирования дорожек 5. 2-й вариант использует строительный шприц, который давит герметик в гребенку с 6-7 выходов. Это более трудная операция (чем баллон пены с гребенкой из 6-7 форсунок) и она требует больше рабочего времени. Кроме этого, выходы гребенки на должны касаться листа 2, чтобы не продавить канавки в пенополистироле (я изготовил одно зеркало с таким канавками; герметик провалился в них и приклеил пленку 1 очень плохо). Поэтому гребенка должна иметь два ролика для опоры на лист 2  

Еще одно отличие 2-го варианта (от 1-го) – давление грузов на зеркало в «цилиндрической форме» должно быть в несколько раз больше (поскольку дорожка 5 имеет небольшое сечение).

Кроме этого, 2-й вариант имеет следующие отличия из-за типов используемых герметиков (другие герметики могут не иметь этого):

— Все три герметика имеют другой метод застывания. Они требуют ухода своей влаги (Полиуретановая пена использует влагу воздуха как своего отвердителя). Поэтому мы не нуждаемся в операции поливания пленки 1 каплями воды (см. п.4 главы 1)

— Мы не имеем поверхности, которая будет впитывать влагу герметика (все три герметика требуют, чтобы одна из поверхностей впитывала его – дерево, кирпич, бетон). Однако ни пенополистирол ни полипропилен не впитывают герметик. Поэтому мы делаем дорожки 5 герметика, затем ждем небольшого его высыхания (от 15 минут до 2 часов) и затем кладем пленку 1    

— Кроме этого, мы увеличиваем время ожидания застывания клея до 2-3 суток. Это уменьшает производительность завода

— Помимо этого, я использовал сухой пенополистирол: я пытался не оставлять его в влажном подвале и сушил его около радиатора отопления и на улице под солнцем, теплом и ветром

— Тем не менее, герметик пока еще не застыл. Поэтому операция удаления зеркала из «цилиндрической формы» должна быть более аккуратной, и она потребует больше затрат времени

Герметик окончательно застынет только через 2-6 месяцев ожидания на складе и / или работы на концентраторе летом (зима может растянуть этот процесс). Например, был следующий случай. Я сделал зеркало, однако несколько дорожек 5 герметика оторвались от пленки 1 во время удаления зеркала из «цилиндрической формы». Через 3 недели (зеркало стояло в подвале) я опять положил это зеркало в «форму» под грузы. И дорожки 5 снова приклеились к пленке 1 (это зеркало работает до сих пор с марта 2012)… Были случаи, когда дорожки 5 отрывались, и я приклеивал их пальцем. Однако это разрешается делать только тогда, когда пленка 1 не является натянутой. Например, я уничтожил одно зеркало (которое стояло в концентраторе), когда решил приклеить пальцем небольшой участок дорожки 5. Однако, мое касание пленки 1 начало «эффект домино»: все дорожки 5 оторвались за несколько секунд      

Таким образом, зеркало размерами 1 м х 1 м состоит из (рис. B):

— Лист 2 пенополистирола размерами 1 м х 1м: вспененный (не-экструдированный), толщина 2 см, максимально низкая плотность (10-15 кг / куб. м) 

— Отражающая полимерная пленка 1. Она имеет высоту 1,1 м и ширину 1,15 м (площадь – 1,27 кв. м). Пленка 1 лежит на листе 2 на не-метализированной стороне

— Горизонтальные дорожки 5 герметика. Лист 2 имеет 13 шт. дорожек 5, которые формируют 12 шт. горизонтальных полос 6 (их высота – 6-9 см), свободных от герметика 

— Верхний и нижний края 7 пленки (они выходят по 5 см за края листа 2) загибаются, и дорожки 8 клея («жидкие гвозди») приклеивают их к задней стороне листа 2

— Правый и левый края пленки выходят по 7,5 см за края листа 2 и приклеиваются к задней стороне листа 2 тоже

Я изготавливал зеркала на той же «форме», как и 1-й вариант зеркал: это гладкая цилиндрическая поверхность с радиусом 127 см. Зеркало (после вынимания из «формы») увеличивает свой радиус 140-160 см, а его установка на лист 3 увеличивает радиус зеркала до 260 см. Это натягивает пленку на полосах 6 до ровной поверхности 

Далее пример технологии изготовления зеркала. Это технология для 48 шт. «рабочих столов» (и 48 шт. упомянутых «цилиндрических форм»). Они требуют около 200 кв. метров помещения. 2 человека изготавливают 3 х 48 шт. зеркал за рабочую неделю. Они работают по 2 часа по понедельникам, средам и пятницам. Правый столбец таблицы показывает расход времени на одно зеркало 1м х 1 м (Все операции требуют 5 минут на одно зеркало) :

1) Нарезать отражающие пленки на размеры 110 см х 115 см (из рулонов ширины 110 см или 115 см), и стопки пленок отнести до «цилиндрических форм» (Более подробно – в п.3 Главы 6)

2 сек

2) Человек обходит «цилиндрические формы» и поливает их поверхность каплями воды из распылителя

5 сек

3) 2 человека берут одну пленку и кладут ее на «цилиндрическую форму» (вода п.2 хорошо связывает пленку с «формой»). Они быстро (не больше чем 15 секунд) разглаживают пузыри и складки пленки (плохое качество этой работы разрешается)   

2 х 19 сек

4) Человек обходит «рабочие столы» (со стопкой листов 2) и кладет на них по листу 2

5 сек

5) Человек кладет 13 шт. дорожек 5 на лист 2. Сначала он использует гребенку из 6 шт. выходов для герметика; он проводит краем этой гребенки по верхнему краю листа 2 и оставляет на нем 6 шт. дорожек 5. Затем он использует гребенку из 7 шт. выходов и проводит краем гребенки по нижнему краю листа 2 (или он использует гребенку с 6 шт. выходов для изготовления зеркала с 12 шт. дорожек)   

60 сек

6) Ждем небольшого высыхания герметика: герметик № 1 – 2 часа, герметик № 2 – 15 минут, герметик № 3 – 25 минут

7) (сразу после п.6) 2 человека берут лист 2 (с дорожками 5) переворачивают его и кладут на пленку, которая лежит на «цилиндрической форме»: они кладут (на пленку) только верхний край листа 2, и прижимают этот край «верхним грузом» (10 кг). Затем они ставят «центральный груз» (20 кг), который давит на всю поверхность листа 2 и прижимает его к цилиндрической поверхности «формы». Затем нижний край листа 2 прижимается «нижним грузом» (5 кг) 

2 х 25 сек

8) Ожидание остывания герметика дорожек 5 (2-3 суток)

9) Человек обходит «формы» и снимает «верхний груз» и «нижний груз»

10 сек

10) Человек кладет 4 м дорожек 8 «жидких гвоздей» по периферии задней стороны листа 2

45 сек

11) Человек загибает края 7 пленки (верхний край и нижний край) и наклеивает их на верхнюю и нижнюю дорожки 8  

20 сек

12) Правый и левый края пленки наклеиваются сложнее: человек делает по 2-3 разреза пленки правого и левого краев (разрез начинается от какой-либо дорожки 5). Затем части правого и левого краев пленки загибаются и наклеиваются на правую и левую дорожки п.10 

40 сек

13) 2 человека обходят «формы» и снимают «центральный груз». Обычно зеркало само уходит от поверхности «формы». Иногда зеркало держится (водой п.2) на поверхности «формы»; человек должен его «подтолкнуть» во время п.15   

2 х 7 сек

14) Небольшая пауза (до 10-50 минут): чтобы зеркала ушли от поверхности «формы» и чтобы вода на их пленке 1 высохла

15) Человек обходит «рабочие столы», снимает зеркало с «формы»  и кладет его в большую картонную коробку, которая стоит около «форм». Пленка 1 должна смотреть в «воздух», чтобы остатки воды п.2 высохли 

9 сек

16) Если эти коробки получили по 36 шт. зеркал, то они должны быть заменены на пустые коробки. Человек собирает полные коробки на тележку. Затем он отвозит их на склад, разгружает их, берет пустые коробки из склада и кладет их на тележку. Он привозит пустые коробки в цех и разносит по «формам» (10 минут на 10 коробок)

2 сек

Я использовал дорожки 5 сечением 3,5-4 кв. мм; ширина дорожки оказывалась 2-3,5 мм. Тем не менее, я предлагаю класть больше герметика в дорожку: сечение – около 5 кв. мм, которое даст ширину дорожки 3-4 мм. Это увеличит прочность приклеивания герметика к пленке 1 и листу 2. Кроме этого, толстые дорожки формируются легче (в операции п.5). Дорожки сечением 5 кв. мм требуют 65 mL герметика на 13 дорожек длиной по 1 м

Зеркало размерами 1 м х 1 м требует следующих материалов (Цены – крупный опт, август 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Лист 2 пенополистирола: толщина 2 см плотность 10-15 кг / куб. м, вспененный (не-экструдированный)

1 кв. м

0,3 Е / кв. м

0,30 Е

Пленка 1 (полипропилен толщиной 20 мкм + металлизированное покрытие)

1,27 кв. м

0,05  Е / кв. м

0,06 Е

Герметик (для дорожек 5)

0,065 литр

3 Е / литр

0,20 Е

Клей «жидкие гвозди» (для дорожек 8): 4 м дорожек х сечение 3 кв. мм

0,012 литр

2,5 Е / литр

0,03 Е

                 С У М М А

 

 

0,59 EUR

Таким образом (для зеркала 1 м х 1 м):

— Затраты времени на изготовление одного зеркала – 5 минут. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час, то эти расходы будут 1,25 EUR

— Стоимость изготовления зеркала – 1,84 EUR (= 1,25 + 0,59)

— Это без стоимости установки зеркала в концентратор   

— 2-й вариант зеркала оказывается дороже в 1,11 раз, чем 1-й вариант (= 1,84 / 1,65)

Мы нуждаемся в новом герметике со следующими свойствами:

— Водостойкий и морозостойкий. Он должен быть готовым работать на улице 3-10 год

— Мои три герметика имеют очень неудобный метод застывания: уход влаги герметика в пористую поверхность. Новый герметик должен застывать более удобно, например он может быть двухкомпонентным. Или он может застывать от влаги воздуха (как полиуретановая пена)

— Быстрое время застывания. Время 24 часа увеличивает производительность завода в 2 раза, а время 4-8 часов – в 4 раза

— Вязкость герметика должна быть меньше (однако он не должен растекаться по пенополистиролу), чтобы гребенки могли формировать меньшее сечение дорожек 5. Мы нуждаемся в сечении 2-4 кв. мм и ширине дорожек 1-3 мм

— Хорошая адгезия с листом пенополистирола и полипропиленовой пленкой

— Может быть новый герметик будет дешевле, хотя узкие дорожки 5 разрешают уменьшить его расход в 1,5-2 раза

— Жесткость застывшего герметика – может быть высокая (не-эластичный герметик). Это должно дать дорожки 5 с хорошим оптическим качеством (п.7 главы 6) 

                                         (ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 14: Четыре варианта очень дешевых цилиндрических зеркал для солнечных концентраторов (Часть 1)

Традиционное цилиндрическое зеркало для солнечных концентраторов – это кривые стеклянные зеркала. Их стеклянная поверхность изготовляется по очень сложным технологиям, причем поверхность эллипса или параболы – более дорогая, чем поверхность окружности. Стоимость изготовления кривых зеркал низкой точности в несколько раз больше, чем плоских зеркал; это больше 30 EUR за кв. метр. Зеркала высокой точности еще более дорогие: их сложные технологии увеличивают стоимость кв. метра до сотен и тысяч EUR  

Я научился делать дешевые цилиндрические зеркала, которые имеют стоимость около 1 EUR за кв. метр. Они состоят из полимерной отражающей пленки, которая наклеивается на лист пенополистирола. Стоимость материалов для 1 кв. метр зеркала (оптовая цена без НДС): 1,1-1,3 кв. метр пленки (0,1 EUR) + клей (0,05-0,3 EUR) + 1 кв. метр пенополистирола низкой плотности (8-15 кг / куб. м) толщиной 2 см (0,3 EUR). Итого материалы – 0,5-0,7 EUR / кв. метр. Плюс перспективы уменьшения этой стоимости до 2-3 раз    

Последние 15 месяцев я изготовил больше чем пол-сотни таких зеркал: это были эксперименты с разными пленками, клеями и методами наклеивания пленки. Эти эксперименты дали три практических варианта зеркал и еще один перспективный вариант. Эти четыре варианта (на базе полимерной отражающей пленки) будут описаны далее

Рис. А показывает крепление моего зеркала  в концентраторе (1 – отражающая пленка, 2 – лист пенополистирола). Лист 2 наклеивается на еще один лист 3 пенополистирола (его толщина – 2 см), который является частью концентратора. Лист 3 наклеивается на три деревянных планки 4, края которых закрепляются в концентраторе. Планки 4 могут дать листу 3 разную форму: окружность, эллипс, парабола и более сложные формы. Форма листа 3 зависит от расположения точек закрепления краев планок 4 в концентраторе. Сложная форма листа 3 (или большая нужда в ее точности) может потребовать 4 шт. или 5 шт. планок 4. Промежуток между соседними планками 4 должен быть меньше 50 см для противостояния ветру (Иначе толщина листа 3 должна быть увеличена)       

Я клеил лист 2 на лист 3 полиуретановой пеной: 3 шт. точек пены на верхнюю часть зеркала и 3 шт. точек пены на нижнюю часть зеркала. Затраты времени на установку зеркала на лист 3 – меньше 1 человеко-минуты на зеркало до 1,5 кв. метра; в то же время стеклянное зеркало требует винтового крепления во многих точках концентратора. Кроме этого, мое зеркало имеет вес 0,25 кг / кв. м; вес стеклянного зеркала – больше 10 кг / кв. м, плюс хрупкость стекла при перевозке-погрузке-разгрузке-переноске. Кроме этого, концентратор с моими зеркалами является очень простым, дешевым и легким (он должен держать края планок 4 только), тогда как концентратор с стеклянными зеркалами должен иметь много точек опоры под тяжелое зеркало, и эти точки должны иметь очень жесткую фиксацию относительно друг друга 

Отражающая полимерная пленка и стеклянное зеркало имеют почти одинаковый коэффициент отражения радиации солнца. Однако отражение пленки ухудшается из-за ее старения. Срок службы моих зеркал сейчас – от 1 до 3 год (хотя НИОКР и изготовление специальной отражающей пленки могут увеличить этот срок в несколько раз). Однако я сделал экспериментальную проверку быстрой замены зеркал: около 1 человеко-минуты на зеркало. Этот метод описан в Докладе 10: пена крепления листов 2 и 3 режется ножом, старые зеркала собираются для утилизации, новые зеркала вставляются в приспособления, получают 6 шт. точек пены, приспособления (с зеркалами) ставятся на листы 3, и (после застывания пены) они снимаются

2,5 метра высоты стеклянных зеркал (это расстояние от нижнего края нижнего зеркала до верхнего края верхнего зеркала) могут фокусировать солнце в зайчик высотой 1-2 см. Это есть их теоретический предел (коэффициент усиления солнечной радиации – около 100). Я получаю (на 2,5 метр высоты пленочных зеркал) солнечный зайчик высотой 10-20 см: точность попадания с расстояния 125 см (май 2012) – плюс-минус 3 см с вероятностью 68 %. Я достигал коэффициента усиления – до 8-10, хотя возможно заводское изготовление (оно является более точным, чем мои руки) может дать коэффициенты усиления пленочных зеркал – до 20-30 (зайчик высотой меньше 5-10 см). Однако, параболоцилиндрические концентраторы (они есть основная цель для моих зеркал) не требуют низких зайчиков: высота 5-15 см является оптимальной для них. Очень низкий зайчик требует более дорогого коллектора, поскольку его сила может жечь дешевые коллекторы  

 

1) 1-й вариант зеркал (вариант «пена»):

Это самые старые мои зеркала: они работают с октября 2011. Они потеряли внешний вид, но продолжают работу (но не все)

Зеркало размерами 1 м х 1 м состоит из (рис. B):

— Лист 2 пенополистирола размерами 1 м х 1м: вспененный (не-экструдированный), толщина 2 см, максимально низкая плотность (10-15 кг / куб. м) 

— Отражающая полимерная пленка 1. Она имеет высоту 1,1 м и ширину 1,15 м (площадь – 1,27 кв. м)

— Горизонтальные дорожки 5 полиуретановой пены. Они приклеивают пленку 1 к листу 2. Лист 2 имеет 13 шт. дорожек 5, которые формируют 12 шт. горизонтальных полос 6 (их высота – 6-9 см), свободных от пены (Рис.B показывает 3 шт. полос 6) 

— Верхний и нижний края 7 пленки (они выходят по 5 см за края листа 2) загибаются, и дорожки 8 клея приклеивают их к задней стороне листа 2. Я использовал клей «жидкие гвозди». Однако не каждый клей «жидкие гвозди» способны клеить полипропиленовую пленку; я использовал латексный, торговая марка «Aplais». Кроме этого, эти «жидкие гвозди» должны иметь малую вязкость: дорожки 8 будут делаться быстрее, а клей будет растекаться по пенополистиролу

— Правый и левый края пленки (рис. B их не показывает) выходят по 7,5 см за края листа 2. Они приклеиваются к задней стороне листа 2 тоже, однако существует разница, которая описана в «Таблице технологии»

Я изготавливал зеркала на гладкой цилиндрической форме с радиусом 127 см. Зеркало (после вынимания из этой формы) увеличивает свой радиус до 140-160 см; это силы упругости листа 2 хотят растянуть зеркало до плоскости, однако пленка 1 противостоит им. Установка зеркала на лист 3 (он имеет радиус 250-260 см) увеличивает радиус зеркала до 260 см; это натягивает пленку на полосах 6 до ровной поверхности, которая работает как хорошее зеркало 

Далее пример технологии изготовления зеркала. Это технология для 48 шт. «рабочих столов» (и 48 шт. упомянутых «цилиндрических форм»). Они требуют около 200 кв. метров помещения. 2 человека изготавливают 48 шт. зеркал за 2 часа рабочего дня. Правый столбец таблицы показывает расход времени на одно зеркало 1м х 1 м (Все операции требуют 4 мин 50 сек на одно зеркало):

1) Нарезать отражающие пленки на размеры 110 см х 115 см (из рулонов ширины 110 см или 115 см), и стопки пленок отнести до «цилиндрических форм» (Более подробно – в п.3 Главы 6)

2 сек

2) Человек обходит «цилиндрические формы» и поливает их поверхность каплями воды из распылителя

5 сек

3) 2 человека берут одну пленку (четыре руки – за четыре угла пленки) и кладут ее на «цилиндрическую форму» (вода п.2 хорошо связывает пленку с «формой»). Они быстро (не больше чем 15 секунд) разглаживают пузыри и складки пленки (плохое качество этой работы разрешается)   

2 х 19 сек

4) Человек обходит «цилиндрические формы» и поливает поверхность пленки  мелкими каплями воды из распылителя (см. п.8). 

5 сек

5) Человек обходит «рабочие столы» (со стопкой листов 2) и кладет на них по листу 2

5 сек

6) 2 человека кладут 13 шт. дорожек 5 на лист 2. Они используют гребенки из 6-7 форсунок для пены. Человек проводит краем этой гребенки по верхнему (или нижнему) краю листа 2 и оставляет на нем 6-7 дорожек 5 

2 х 25 сек

7) (сразу после п.6) 2 человека берут лист 2 (с дорожками 5) переворачивают его и кладут на пленку, которая лежит на «цилиндрической форме»: они кладут (на пленку) только верхний край листа 2, и прижимают этот край «верхним грузом» (я использовал шесть кирпичей, которые давили на край через метровую деревянную планку). Затем они ставят «центральный груз», который давит на всю поверхность листа 2 и прижимает его к цилиндрической поверхности «формы» (я использовал 10 кг мелкого металлолома, который давил на лист 2 через сотовый поликарбонатный лист; его ребра шли вдоль окружности «формы»). Затем нижний край листа 2 прижимается «нижним грузом» 

2 х 25 сек

8) Ожидание застывания пены дорожек 5 (больше чем 16 часов). Вода п.4 является отвердителем для полиуретановой пены

9) Человек обходит «формы» и снимает «верхний груз» и «нижний груз»

10 сек

10) Человек кладет 4 м дорожек 8 «жидких гвоздей» по периферии задней стороны листа 2 (расстояние от дорожки до края листа 2 – от 1 до 3 см)

45 сек

11) Человек загибает края 7 пленки (верхний край и нижний край) и наклеивает их на верхнюю и нижнюю дорожки 8  

20 сек

12) Правый и левый края пленки наклеивать намного сложнее: изгиб листа 2 препятствует выходу этих краев на заднюю сторону листа 2. Поэтому человек делает по 2-3 разреза пленки правого и левого краев; мы получаем (вместо одного края длиной 1 м) 3-4 шт. частей края по 25-33 см, которые легко выходят на заднюю сторону листа 2 (я делал эти разрезы очень острым концом ножа). Разрез пленки начинается от какой-либо дорожки 5. Части правого и левого краев пленки загибаются и наклеиваются на правую и левую дорожки п.10 

40 сек

13) 2 человека обходят «формы» и снимают «центральный груз». Обычно зеркало само уходит от поверхности «формы» (это делает натяжение листа 2, который хочет выпрямиться). Иногда зеркало держится (водой п.2) на поверхности «формы»; человек должен его «подтолкнуть» во время п.15 

2 х 7 сек

14) Небольшая пауза (10-50 минут) является полезной: чтобы зеркала ушли от поверхности «формы» и чтобы вода на их пленке 1 высохла

15) Человек обходит «рабочие столы», снимает зеркало с «формы» и кладет его в большую картонную коробку, которая стоит около «формы» (может быть одна коробка на 2-4 «формы»). Пленка 1 должна смотреть в «воздух», чтобы остатки воды п.2 высохли 

5 сек

16) Если эти коробки получили по 36 шт. зеркал, то они должны быть заменены на пустые коробки. Человек собирает полные коробки на тележку. Затем он отвозит их на склад, разгружает их, берет пустые коробки из склада и кладет их на тележку. Он привозит пустые коробки в цех и разносит по «формам» (10 минут на 10 коробок)

2 сек

Пленка 1 – это прозрачная пленка, и одна ее поверхность имеет металлизированное покрытие, которое хорошо отражает свет. Полиуретановая пена имеет отличную адгезию с пенополистиролом и неплохую адгезию с не-метализированной стороной пленки 1. Адгезия пены с металлизированной стороной пленки 1 – нулевая: пена не приклеивается к металлизированному покрытию вообще. Пленка 1 лежит на листе 2 на не-метализированной стороне

Однако, адгезия пены с не-металлизированной стороной пленки не является прогнозируемой. Адгезия меняется очень сильно после замены марки пены и пленки, причем диапазон разницы очень большой: некоторые сочетания пены-пленки имеют нулевую адгезию, а некоторые склеиваются так сильно, что пленка рвется, но не уходит с пенополиуретана. Я имел случаи, когда зеркала с одинаковой маркой пены и пленки имели разную адгезию. Другие факторы влияния на адгезию: возможно количество воды в п.4 технологии, возможно молодость баллона с пеной, возможно температура помещения или давление «грузов»     

Был интересный случай. Одно из моих зеркал работало в концентраторе с сентября 2011 до февраля 2012. Затем я снял его в подвал на несколько недель, и поставил в концентратор опять. За 2 недели работы дорожки 5 этого зеркала покрылись большими пузырями, пленка 1 начала уходить с дорожек 5, и я признал это зеркало уничтоженным… Был еще один случай. В июне 2012 я сделал два зеркала. Второе зеркало оказалось обычным, а дорожки 5 первого зеркала покрылись пузырями (7 шт.) после 3 недель в подвале. Хотя я делал оба зеркала из одинаковых пены и пленки… Я не могу объяснить эти явления        

Дорожки 5 имеют ширину 10-20 мм и высоту 1-2 мм: среднее сечение дорожки – 20 кв. мм, а 13 шт. дорожек одного зеркала требуют 0,26 литров пены. Если баллон обещает дать 50 литров пены, то он даст около 10 литров объема дорожек 5  

Зеркало размерами 1 м х 1 м требует следующих материалов (Цены – крупный опт, август 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Лист 2 пенополистирола: толщина 2 см плотность 10-15 кг / куб. м, вспененный (не-экструдированный)

1 кв. м

0,3 Е / кв. м

0,30 Е

Пленка 1 (полипропилен толщиной 20 мкм + металлизированное покрытие)

1,27 кв. м

0,05  Е / кв. м

0,06 Е

Полиуретановая пена (для дорожек 5)

2,5 % баллона «50 литр»

2 Е / баллон

0,05 Е

Клей «жидкие гвозди» (для дорожек 8): 4 м дорожек х сечение 3 кв. мм

0,012 литр

2,5 Е / литр

0,03 Е

                 С У М М А

 

 

0,44 EUR

Таким образом (для зеркала 1 м х 1 м):

— Затраты времени на изготовление одного зеркала – 4 минуты 50 секунд. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 1,21 EUR

— Стоимость изготовления зеркала – 1,65 EUR (= 1,21 + 0,44)

— Это без стоимости установки зеркала в концентратор    

Обычная полиуретановая пена (для широкого потребления из строительных магазинов) – не единственный клей для этого варианта зеркал. Это может быть специальная полиуретановая пена, это может быть другой полимер (не полиуретан). Свойства новой пены:

— Может быть новая пена будет двухкомпонентной. Поэтому операция п.4 становится лишней

— Она должна быть более устойчивой к ультрафиолетовой радиации (в 3-10 раз). Сейчас пена дорожек 5 – это главный источник смерти зеркал, поскольку небольшая доля ультрафиолетового излучения проходит через пленку,  разрушает пену и уменьшает ее адгезию к пленке  

— Адгезия новой пены (к пленке) должна быть прогнозируемой, и сила адгезии должна быть в 2-3 раза больше. Это разрешит уменьшить ширину дорожек 5 до 5-8 мм; это уменьшит потери солнечного излучения при отражении от зеркала. Кроме этого, хорошая адгезия разрешит отказаться от верхнего и нижнего краев 7 пленки. Это экономия 40 человеко-секунд (0,17 EUR зарплат). В 2011 я делал зеркала без верхнего и нижнего краев 7; однако ветер отрывал пленку от верхней и нижней дорожек 5  

— Скорость застывания пены должна быть меньше. Время застывания 4-8 часов разрешает делать 96 шт. зеркал в день (вместо 48 шт.)

1-й вариант зеркал был мои единственным типом зеркала до февраля 2012. Однако в июне 2012 я решил полностью отказаться от этого варианта. Основная причина – плохая прогнозируемость адгезии пены. Кроме этого миргородский базар не гарантирует постоянной поставки: весной 2012 он уже не продавал пену, которую я использовал в 2011, а испытания новых типов пены дали плохой результат. Кроме этого, 2-й вариант зеркал имеет больше долговечность

                                   (ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)