(ОКОНЧАНИЕ : )
5) Долговечность зеркал:
Срок работы зеркал – это время, которое необходимо для уменьшения КПД зеркала до уровня 0,7-0,8 от уровня КПД нового зеркала. Уровень 0,7-0,8 – это решение экономическо-математической задачи со следующими аргументами: стоимость зеркала (7,5 EUR), стоимость концентратора (5 EUR), стоимость коллектора (3,5 EUR), их эксплуатационные расходы (0,13 + 0,16 + 0,10 EUR / год), стоимость капитала (5-10 % / год) и срок работы концентраторов и коллекторов (25-40 год). Если КПД зеркал уменьшилось ниже уровня 0,7-0,8, экономический смысл рекомендует заменить их на новые зеркала, поскольку стоимость новых зеркал меньше, чем наши потери из-за уменьшения КПД старых зеркал. Если концентраторы и коллекторы закончили свой срок работы, и КПД старых зеркал больше чем уровень 0,7-0,8, экономический смысл рекомендует аккуратно удалить эти зеркала из старых концентраторов и установить их на новые концентраторы
Но жизнь зеркал может оказаться короче, если они пройдут через какой-то сценарий массового умирания. Сейчас я вижу только следующие два таких сценария:
1) Аномально большой град. Он уничтожает зеркала (возможно, концентраторы будут уничтоженными тоже) или опускает их КПД ниже уровня 0,7-0,8
2) Массовая потеря полос 1. Она может произойти из-за умирания клея 3 или пенополистирола листов 2. Потеря 3-5 шт. полос на каждом зеркале – это опускание КПД зеркал ниже уровня 0,7-0,8
6) Утилизация зеркала и ее отрицательная стоимость:
Зеркала (которые закончили свой срок работы) проходят через следующие три этапа:
1) Зеркала удаляются из концентраторов, собираются и везутся на завод. Эти операции описаны в Главе 1, и они требуют 40 человеко-секунд (плюс 0,05 EUR) на зеркало
2) Зеркала сортируются на следующие три группы:
— Зеркала с КПД на уровне 0,8 (и больше) от уровня КПД новых зеркал. Эти зеркала будут устанавливаться в новые концентраторы, где они будут работать еще 5-20 год
— Зеркала с КПД на уровне 0,6-0,8. Эти зеркала могут использоваться в старых концентраторах, если экономический смысл работы этих концентраторов существует
— Остальные зеркала идут на 3-й этап
Измерение КПД делается на простом стенде с затратами времени 10-15 секунд на зеркало
3) Утилизация зеркал: они ставятся на решетку печи, которая будет работать в температуре 150-200 град. Жидкая полимерная смола (из материалов листа 2 и клея 3 и возможно из полимеров защитного слоя полос 1) течет вниз, а стекло зеркал остается на решетке
Кроме этого, существует идеи снятия серебряной и медной пленки с поверхности полос 1. Цена этих веществ – около 1 EUR / кв. м. Но сейчас мы не делаем это. Хотя я могу назвать несколько идей удаления этих пленок:
— Серебро и медь перейдет в шлак печи, которая будет делать стекло со стеклянным боем из полос 1
— Человек может класть полосы 1 на ленточный конвейер, который двигается под механическую стальную щетку. Она шлифует поверхность полос 1, и серебро-медь оказываются в порошке или жидкости
— Мы кладем полосы 1 в емкость с кислотой, и серебро-медь растворяются ею
1 кв. м зеркала (с листом 2 толщиной 3 см и плотностью 15-25 кг / куб. м) дает около 0,65 кг полимерной смолы (90-95 % — это полистирол и его связующее в листах 2), которые 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 от продажи смолы – 0,13 EUR
Кроме этого, 1 кв. м зеркала (со стеклом толщиной 3 мм) дает 7,5 кг грязного стеклянного боя (с остатками клея 3, полистирола листа 2, защитного слоя и отражающим слоем). Его рыночная цена – 0,05 EUR / кг. Итого доход от его продажи – 0,37 EUR
Таким образом:
— Расходы утилизации – это 0,31 EUR на 1 кв. м зеркала: 0,22 Е за 1-й этап, плюс 0,06 Е за 2-й этап, плюс 0,01 Е за энергию для печи (0,2 квт-час тепла природного газа для плавления 0,65 кг пенополистирола с КПД 30 %), плюс 0,02 Е на зарплаты кочегаров этой печи (5 сек / зеркало)
— Доходы утилизации – это 0,50 EUR на 1 кв. м зеркала (= 0,13 + 0,37)
— Прибыль от утилизации 1 кв. м зеркала – это 0,19 EUR
7) Приложение 1: Сравнение стеклянных (серебряных) и пленочных зеркал:
Пленочные зеркала имеют отражающую поверхность из металлизированной полипропиленовой пленки. Они были описаны в Докладе 14
21 октября 2012 я сделал эксперимент по сравнению производительности стеклянных и пленочных зеркал. Мой концентратор имел два зеркала: стеклянное (с 5-месячным возрастом) и пленочное (новорожденное). Три периода работы коллектора со стеклянным зеркалом (я временно накрывал пленочное зеркало досками) чередовались с тремя периодами на пленочном зеркале (стеклянное зеркало накрывалось досками). Результаты этого эксперимента описаны следующей таблицей:
Время |
Тип открытого зеркала |
W: Мощность |
S: Активная площадь зеркала |
= W / S |
12.16-12.30 |
Стекло |
373 Вт |
0,623 м |
599 Вт / кв. м |
12.45-12.59 |
Пленка |
256 Вт |
0,527 м |
486 Вт / кв. м |
13.06-13.21 |
Стекло |
335 Вт |
0,623 м |
538 Вт / кв. м |
13.27-13.41 |
Пленка |
295 Вт |
0,527 м |
560 Вт / кв. м |
13.49-14.04 |
Стекло |
359 Вт |
0,623 м |
576 Вт / кв. м |
14.09-14.28 |
Пленка |
282 Вт |
0,527 м |
535 Вт / кв. м |
Таким образом, средняя мощность стеклянного зеркала (571 Вт / кв. м) оказалась на 8 % больше, чем средняя мощность пленочного зеркала (527 Вт / кв. м)
Стеклянные зеркала имеют следующие преимущества над пленочными:
1) Производительность стеклянных зеркал оказалась больше, чем пленочных (на 6-10 %). Мы можем увидеть это по их отражениям: изображение в обычном зеркале ярче и контрастнее, чем изображения полипропиленовых пленок
2) Стеклянные зеркала – очень долговечные. Их срок работы может быть больше, чем у концентраторов (если они не будут разбиты аномальным градом). В то же время, пленочные зеркала будут работать только 2-5 год. Но если мы используем пленочные зеркала только во время отопительного сезона (мы удаляем их из концентраторов в марте-мае, и устанавливаем их обратно в сентябре-ноябре), то их срок работы увеличивается до 5-12 год
3) Время уменьшает КПД стеклянных зеркал очень медленно. Поэтому первые годы работы стеклянные зеркала имеют дополнительной преимущество на 2-8 % производительности. Но стеклянные зеркала могут не иметь этого преимущества, если мы сравниваем средние потери КПД по всем годам срока работы концентраторов (поскольку пленочные зеркала часто заменяются новыми)
4) Стеклянные зеркала имеют более низкий солнечный зайчик (если качество их изготовления будет нормальное), поскольку этот тип зеркала имеет меньше причин, которые влияют на фокусирование излучения
5) Изготовление стеклянных зеркал проще, чем пленочных (если мы закупаем зеркальные листы), и оно требует более простого оборудования
6) Серебряные зеркала отражают (в сторону коллектора) мало ультрафиолетового излучения (пленочные зеркала имеют алюминиевый отражающий слой, который отражает ультрафиолетовые фотоны очень хорошо). Низкий уровень ультрафиолетовой радиации уменьшает скорость старения деталей коллектора. Кроме этого, мы можем уменьшить уровень ультрафиолетового излучения через увеличение коэффициента их поглощения стеклом зеркала
В то же время стеклянные зеркала имеют следующие четыре недостатка (по сравнению с пленочными зеркалами):
1) Очень большая стоимость: 7,5 EUR за стеклянное зеркало против 2,0 EUR за пленочное (вместе со стоимостью установки в концентраторы). Но стеклянное зеркало имеет больше прибыль утилизации: 0,19 ЕUR против 0,05 ЕUR. Перспективная стоимость стеклянных зеркал более высокая: 3-4 ЕUR против 0,3-0,5 ЕUR. Эксплуатационные расходы всесезонного варианта пленочных зеркал (они работают в концентраторах весь год) – это 0,04 ЕUR / год (против 0,13 ЕUR / год у стеклянных зеркал), а их зимнего варианта (они удаляются из концентраторов каждое лето) – это 0,26 ЕUR / год (против 0,07 ЕUR / год у стеклянных зеркал)
2) Роса уходит с поверхности стеклянных зеркал в несколько раз дольше, чем с пленочных. Капли дождя аналогично: туча ушла, солнце светит, пленочное зеркало работает полностью, а КПД стеклянного зеркала уменьшено на несколько процентов из-за капель воды на его поверхности. Эти явления уменьшают КПД стеклянных зеркал в сравнении с пленочными (меньше чем на 0,3 %)
3) Стеклянные зеркала имеют несмываемую грязь, которая описывалась в Главе 3 (Пленочные зеркала не имеют ее, или ее накопление учитывается в уменьшении КПД из-за старения зеркала). Средний уровень этой грязи дает уменьшение КПД стеклянных зеркал на 2-3 %
4) Стеклянные зеркала имеют очень большой вес: 7,5 кг на 1 кв. м зеркал с толщиной 3 мм и 5 кг для зеркал толщиной 2 мм. Поэтому вес концентраторов увеличивается (в 2,5-3,5 раз для зеркал толщиной 2-3 мм). Первое последствие: мы обязаны усилить конструкцию концентраторов, и это увеличит их стоимость. Второе последствие: эксплуатационные расходы концентраторов увеличиваются
8) Приложение 2: Стеклянные зеркала с алюминиевой основой:
Алюминиевое зеркало состоит из следующих трех слоев:
— стеклянный слой
— отражающий слой (больше чем 0,12 мкм алюминия)
— защитный слой из лакокрасочных материалов. Это второе отличие алюминиевого зеркала от серебряных зеркал (после алюминиевого слоя): медная пленка отсутствует. Но этот слой делает не только механическую, но и химическую защиту отражающего слоя
Обычно технология алюминиевого зеркала идет через следующие четыре этапа:
А) Изготовление стеклянного листа (обычно, с термической полировкой)
Б) Подготовка стеклянного листа: его дополнительная полировка, мойка и обработка одним веществом (это проще, чем в стеклянном зеркале, поскольку нет обработки несколькими веществами)
В) Укладка алюминиевой пленки через технологии «катодное распыление» или «термическое испарение алюминия в вакууме»
Г) Укладка одной или двух пленок лакокрасочных материалов
Наше зеркало (на алюминиевой основе) имеет перспективы в рамках следующего варианта:
— Очень тонкое стекло (0,5-1,5 мм) низкого качества. Мы готовые к замене этих зеркал в концентраторах, поскольку они могут быть разбиты первым сильным градом (с его статистическим ожиданием 10-30 год)
— Лист 2 имеет толщину 2 см и плотность 10-20 кг / куб. м
— Защитный слой зеркального листа состоит из одной пленки лакокрасочных материалов, и он дает срок работы 5-15 лет на улице (до уменьшения КПД до уровня 0,7-0,8 от КПД нового зеркала)
— Упрощение этапа Б («подготовка стеклянного листа»)
Этот вариант имеет следующую перспективную стоимость (1 кв. м, без НДС):
|
Ожидание стоимости |
Перспектива серебряного зеркала (для сравнения) |
Зеркальные листы: изготовление стеклянных листов |
0,7 Е |
1,3 Е |
Зеркальные листы: подготовка стекла и укладка отражающего слоя |
0,2 Е |
1,0 Е |
Зеркальные листы: укладка защитного слоя |
0,2 Е |
0,3 Е |
Лист 2 пенополистирола |
0,3 Е |
0,35 Е |
Клей 3 |
0,05 Е |
0,05 Е |
Нарезка полос 1 |
0,25 Е |
0,3 Е |
Сборка зеркала |
0,15 Е |
0,15 Е |
Установка зеркала в концентратор |
0,15 Е |
0,15 Е |
С У М М А |
2,0 EUR |
3,6 EUR |
Но стоимость 2,0 EUR / кв. м – это перспектива алюминиевого зеркала после НИОКР. Сейчас его стоимость в 1,5-2 раз больше
Алюминиевое зеркало оказывается промежуточным между серебряным и пленочным зеркалами:
|
Стеклянное серебряное зеркало |
Стеклянное алюминиевое зеркало |
Пленочное зеркало |
Перспективная стоимость 1 кв. м (без НДС, с установкой в концентратор) |
3,6 EUR |
2,0 EUR |
0,4 ЕUR |
КПД зеркала |
85 % |
82 % |
79 % |
Срок работы (без града) |
20-50 год |
5-15 год |
2-5 год |
Скорость уменьшения КПД |
1 % в год |
3 % в год |
8 % в год |
Вес 1 кв. м |
5,5 кг (стекло 2 мм) |
3 кг (стекло 1 мм) |
0,4 кг |
Устойчивость против града |
средняя |
плохая |
плохая |
Отражение ультрафиолетовой радиации |
небольшое |
среднее |
большое |