Доклад 3: Еще один дешевый солнечный усилитель для фотоэлементов и коллекторов

Данный усилитель является совокупностью зеркал, которые уплотняют поток солнечной радиации в несколько раз: от обычных 0,5-1 кВт / кв. м до 1,2-3 кВт / кв. м. Данный усилитель является целесообразным для небольших коэффициентов усиления (до 3,0) и может быть использован для:

1) Увеличение производительности фотомодулей: 1 кв. м фотомодулей по 400 EUR / кв. м и 12 кв. м зеркал усилителя по 3,5 EUR / кв. м имеют такую же производительность, как 2,5 кв. м фотомодулей без усилителя

2) Увеличение производительности солнечных коллекторов: 1 кв. м плоских коллекторов по 200 EUR / кв. м и 12 кв. м зеркал усилителя эквивалентны 3-4 кв. м коллекторов летом (и 4-8 кв. м коллекторов зимой)

3) Плоские солнечные коллекторы становятся пригодными для работы зимой с целью отопления помещений. Причем их производительность оказывается в несколько раз больше, чем у вакуумных трубок (которые еще и в несколько раз дороже). Если поток радиации – 500 Вт / кв. м, температура воды отопления – плюс 60 град, а температура воздуха – минус 10 град, то коллектор без усилителя имеет мощность около 150 Вт / кв. м. В этих условиях коллектор с усилителем (с коэффициентом усиления 3,0) производит 900-1000 Вт / кв. м. Вакуумные трубки (без усилителя) будут производить только 200-300 Вт / кв. м   

Усилитель был изготовлен и испытан в июле-августе 2011 в г. Миргород

 

1) Конструкция

Усилитель имеет (на рисунке – вид сбоку):

— Два листа пенополистирола 1 с толщиной 2,5 см, шириной 2 м и высотой по 1 м

— Зеркальная пленка 2, которая наклеена на листы 1 с солнечной стороны (в магазинах ее называют «солнцезащитная пленка (или штора)»)

— Деревянные планки 3 высотой 20 мм и шириной 40 мм. Они приклеиваются (полиуретановой пеной) к листам 1 по 4 шт на каждый лист 1 

Усилитель работает следующим образом. Поверхность 4 фотоэлемента или коллектора получает непосредственно от солнца (т.е. без отражения от пленок 2) обычный поток радиации 0,5-1 кВт / кв. м. Кроме этого поверхность 4 получает дополнительный поток 0,7-2 кВт / кв. м вследствие отражения солнечной радиации от обоих пленок 2. С этой целью пленки 2 (на листах 1) имеют вогнутую форму. Таким образом, общий поток солнечной радиации на поверхности 4 достигает 1,2-3 кВт / кв. м

Описанные секции (с 2-метровой шириной) устанавливаются в ряды по 5-10 штук вдоль линии восток-запад. Этот ряд формирует солнечный зайчик шириной в 10-20 метров, который попадает на ряд поверхностей 4 фотоэлементов (или коллекторов).

Стыки соседних секций ряда снабжаются следующим:

— Две деревянных планки 5 высотой 45 мм и шириной 30 мм

— Деревянные подкладки 6 (по 2 шт. на каждую планку 5). Они приклеиваются (эпоксидной смолой) к планке 5. Две планки 3 прикручиваются к подкладкам 6 шурупами, а остальные две планки 3 прикручиваются шурупами непосредственно к планкам 5. Нужная высота подкладок 6 обеспечивает нужную вогнутую форму листам 1 (пленкам 2)

— Деревянная планка 7 с сечением 35 х 25, которая формирует жесткий треугольник вместе с двумя планками 5

Однако существует необходимость изменять вертикальный угол ориентации усилителя при изменении высоты солнца над горизонтом на каждые 5-15 градусов (т.е. от 6 до 16 раз в год), чтобы солнечный зайчик попадал на поверхности 4. Это делают следующие детали стыка соседних секций:

— Деревянный кол 8, который вбит в землю и опирается на ее поверхность деревянным упором 9. Кол 8 соединен с одной из планок 5 шурупом, который исполняет функцию шарнира 

— Деревянный кол 10, вбитый в землю

— Деревянный кол 11, также вбитый в землю

— Веревки 12 (крепкая и жесткая) и 13 (более эластичная и дешевая)

Увеличение вертикального угла ориентации усилителя осуществляется через следующие операции:

1) Снять один виток веревки 13 с кола 11

2) Накрутить один виток веревки 12 на кол 10

3) Зафиксировать упомянутый виток на колу 10 скобой степлера

Уменьшение вертикального угла ориентации:

1) Снять один виток веревки 12 с кола 10 (перед этим – сорвать скобу, которая его фиксирует)

2) Накрутить один виток веревки 13 на кол 11

3) Зафиксировать этот виток скобой

Ряды секций располагаются через интервал около 2 м. Существует смысл соединять по 3-6 таких рядов, причем:

— Ряды соединяются планками 14 (сечение 30 х 40) на каждом стыке соседних секций. Концы планок 14 прикручиваются шурупами, которые исполняют функцию шарниров

— Кол 10 и веревка 12 – одни на 3-6 секций разных рядов. Аналогично – кол 11 и веревка 13

— Изменение вертикального угла ориентации делается одновременно для 3-6 соединенных треугольников планок 5 и 7. Это экономит рабочее время в несколько раз

Технология наклейки пленки 2 на пенополистирол 1 аналогична описанной в «Докладе 2», однако количество дорожек пены может быть меньше в 1,5-2 раза

 

2) Стоимость

Усилитель с двумя зеркалами высотой по 1 м и шириной 2 м требует следующих материалов (Цены – крупный опт, июль 2011, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Пенополистирольные листы толщиной 2,5 см

4 кв. м

0,5 E / кв. м

2 E

Зеркальная пленка

4 кв. м

0,15 E / кв. м

0,6 E

Деревянные планки 3 (длиной 2,15 м и сечением 20х40)

13 куб. дм

0,1 E / куб. дм

1,3 E

Деревянные планки 5 (2 шт. по 1,7 м  х 45 х 30)

5 куб. дм

0,1 E / куб. дм

0,5 E

Деревянная планка 7, подкладки 6, кол 8

3 куб. дм

0,1 E / куб. дм

0,3 E

Деревянные планки 14 и колья 10, 11

3 куб. дм

0,1 E / куб. дм

0,3 E

Полиуретановая пена

8 литр

0,04 E / литр

0,3 E

Шурупы, эпоксидная смола, полимерные веревки 12 и 13

 

 

0,3 E

С У М М А

 

 

5,6 E

Расход времени на секцию 4 кв. м:

1) Изготовление двух отражающих щитов по 2 кв. м (т.е. склеивание пенополистирола 1, пленки 2 и четырех планок 3) — 16 человеко-минут

2) Сборка треугольника из двух планок 5 и планки 7 (в т.ч. 4 шт. подкладок 6) —  4 человеко-минуты

3) Изготовление других деталей (1 шт. кол 8 с упором 9,  2/3 шт. планка 14, по 1/3 шт. веревки 12, 13 и колья 10, 11) — 2 человеко-минуты

4) Установка секции в поле и ее настройка — 10 человеко-минут

Таким образом:

— Стоимость материалов – 5,6 EUR на 4 кв. м, т.е. 1,4 EUR за кв. м отражающей поверхности

— Затраты времени — 32 человеко-минуты на 4 кв. м. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 8 EUR, т.е. 2 EUR за кв. м отражающей поверхности

— Таким образом, стоимость кв. метра отражающей поверхности усилителя – 3,4 EUR  

Перспективы снижения стоимости аналогичны описанным в «Докладе 2». Оптимистическая оценка стоимости усилителя – 2-2,5 EUR за кв. метр отражающей поверхности (без НДС, включая установку и настройку)

Транспортировка усилителя к месту установки  осуществляется в виде следующих деталей: отражающие щиты, треугольник из планок 5 и 7 (с подкладками 6), планки 14, колья 8, 10 и 11, веревки 12 и 13. Одна секция занимает 0,4 куб. м, т.е. полуприцеп объемом 90 куб. м вмещает 225 секций (900 кв. м отражающей поверхности). Их вес – 4 тонны

 

3) Свойства

В начале августа 2011 я изготовил усилитель с двумя щитами шириной 100 см и высотой по 81 см. Расстояние между ближними краями щитов (т.е. высота поверхности 4) – 13,5 см. Расстояние между дальними краями щитов (т.е. параллельно планке 7) – 65,8 см. Горизонтальная ориентация установленного усилителя – на солнце в 12.40 по киевскому времени. Изогнутость щитов примерно следующая (2-мерные координаты пленки 2 в сечении вдоль линии «81 см»):

X

0 (около поверхности 4)

15 см

30 см

45 см

60 см

75 см

Y

0

3,4 см

3,7 см

2,9 см

1,8 см

0

3 августа с 12.20 до 13.00 я провел эксперимент с разными углами вертикальной ориентации усилителя. Ниже приведены замеры коэффициента усиления для вертикальной ориентации точно на солнце и четырех других углов. Замер в трех точках поверхности 4: в центральной горизонтальной линии поверхности 4, 3,5 см смещения по поверхности 4 к верхнему щиту и 3,5 см смещения от центральной линии к нижнему щиту:

 

6,1 град выше солнца

2,3 град выше солнца

Точно на солнце

2,8 град ниже солнца

5,8 град ниже солнца

3.5 см выше

1,3

1,7

2,6

3,4

3,0

Центр

1,8

3,0

3,6

2,6

2,0

3,5 см ниже

3,2

3,4

2,6

1,5

1,4

6 августа я провел замеры коэффициента усиления на протяжении суток в трех упомянутых точках поверхности 4. До 12.00 – небо чистое, после 12.00 – облака с просветами до 10-20 минут. Максимум высоты солнца – 57 град, вертикальная ориентация усилителя – 58 град. Результаты замеров:

Время (по Киеву)

7.

50

8.

40

9.

30

10.

45

11.

35

12.

40

13.

45

14.

20

15.

15

16.

10

16.

35

16.

50

17.

15

3,5 см выше

0,5

1,8

2,6

2,4

2,2

2,2

2,6

2,7

2,4

1,3

0,9

0,5

0,2

Центр

0,4

0,9

2,3

3,4

3,5

3,4

3,4

3,1

1,5

0,9

0,8

0,5

0,2

3,5 см ниже

0,4

0,7

1,3

2,7

3,0

3,0

2,2

1,7

1,1

0,8

0,6

0,5

0,2

Несколько замечаний:

— В числителе коэффициента – «Поток радиации на поверхность 4», в знаменателе – «Поток на площадку, которая перпендикулярна солнцу» (но не «Поток на неподвижную площадку, которая ориентирована на юг под вертикальным углом 40-50 градусов» и не «Поток на поверхность 4, как если бы она не была снабжена данным усилителем»)

— Замеры в 7.50 и 16.50 показывают, что в это время поверхность 4 получает почти всю радиацию непосредственно от солнца и только 10-40 % — отражения от пленок 2. В это время «Поток радиации на поверхность 4, как если бы она не была снабжена данным усилителем» немного меньше, чем «Поток радиации на поверхность 4 (снабженной данным усилителем)»

— В 16.45 поверхность 4 начинает накрываться тенью от верхнего щита. Эта тень полностью накрывает поверхность 4 в 17.15. Замер в 17.15 показывает, что в это время «Поток радиации на поверхность 4» примерно в 2 раза меньше, чем «Поток на поверхность 4, как если бы она не была снабжена данным усилителем». Утром тень (тоже от верхнего щита) полностью освобождает поверхность 4 в 7.40

Доклад 2: Дешевый солнечный усилитель для фотоэлементов и коллекторов

Он усиливает поток солнечной радиации в 3-4 раза от 0,5-1 квт / кв. м до 2-4 квт / кв. м. Вследствие этого производительность (и экономическая рентабельность) солнечных модулей увеличивается в 1,5-2,5 раза. Производительность солнечных коллекторов увеличивается в 3-5 раз летом и в 5-10 раз зимой.

Усилитель был изготовлен и испытан в г.Миргород (Украина) в июне-июле 2011. Эксперимент дал коэффициент усиления 4,1 и надежды на достижение более высоких коэффициентов (в диапазоне 5-10)

 

1) Конструкция

Усилитель имеет (на рисунке – вид сбоку):

— Два листа пенополистирола 1 с толщиной 2,5 см, шириной 2 м и высотой по 1 м

— Зеркальная пленка 2, которая наклеена на листы 1 с солнечной стороны (в магазинах ее называют «солнцезащитная пленка (или штора)»)

— Деревянные планки 3 высотой 20 мм и шириной 40 мм. Они приклеиваются (полиуретановой пеной) к листам 1 по 3 шт на каждый лист 1 

Усилитель работает следующим образом. Солнечная радиация попадает на пленку 2 и отражается ею (фокусируется) на поверхность 4 фотоэлемента или коллектора. Солнечный зайчик (отражение от 2-метровой высоты листов 1) имеет высоту 15-40 см в районе поверхности 4. Это есть следствие вогнутой формы пленок 2 на листах 1

Описанные секции (с 2-метровой шириной) устанавливаются в ряды по несколько десятков штук вдоль линии восток-запад. Этот ряд формирует солнечный зайчик шириной в несколько десятков метров. На протяжении дня этот зайчик смещается с запада на восток на несколько десятков метров, однако высота его расположения почти не изменяется и он остается в районе поверхностей 4 ряда фотоэлементов (или коллекторов).

Стыки соседних секций ряда снабжаются следующим:

— Деревянная планка 5 с сечением 50 х 50

— Деревянные подкладки 6. Они приклеиваются (эпоксидной смолой) к планке 5. Планки 3 прикручиваются к подкладкам 6 шурупами. Нужная высота подкладок 6 обеспечивает нужную вогнутую форму листам 1 (пленкам 2)

— Деревянные планки 7 высотой 40 мм и шириной 30 мм для удержания поверхности 4 (фотоэлемента или коллектора) высотой 10-30 см

Однако существует необходимость изменять вертикальный угол планки 5 при изменении высоты солнца над горизонтом на каждые 4-10 градусов (т.е. от 8 до 20 раз в год), чтобы солнечный зайчик попадал на поверхности 4. Это делают следующие детали стыка соседних секций:

— Горизонтальная деревянная планка 8, которая приклеена (эпоксидной смолой) к планке 5. Планка 8 является опорой планки 5 на поверхность земли на протяжении 40-60 см

— Кусок 9 ткани типа «гидробарьер» размером 75 х 100 см. Он кладется в яму и заполняется землей так, чтобы над землей остались 10-15 см ткани со всех сторон. Эта ткань собирается и крепится к планке 8 строительным степлером. Система из планки 8 и ткани 9 является шарниром, на котором планка 5 может повернуться

— Деревянный кол 10, вбитый в землю

— Деревянный кол 11, также вбитый в землю (1 шт. на два стыка)

— Веревки 12 (крепкая и жесткая) и 13 (более эластичная и дешевая)

Поднятие планки 5 осуществляется через следующие операции:

1) Снять один виток веревки 13 с кола 11

2) Накрутить один виток веревки 12 на кол 10

3) Зафиксировать упомянутый виток на колу 10 скобой степлера

Опускание планки 5:

1) Снять один виток веревки 12 с кола 10 (перед этим – сорвать скобу, которая его фиксирует)

2) Накрутить один виток веревки 13 на кол 11

3) Зафиксировать этот виток скобой

 

2) Стоимость

Усилитель высотой 2 м и шириной 2 м требует следующих материалов (Цены – крупный опт, июль 2011, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Пенополистирольные листы толщиной 2,5 см

4 кв. м

0,5 E / кв. м

2 E

Зеркальная пленка

4 кв. м

0,15 E / кв. м

0,6 E

Деревянные планки 3 (длиной 2,15 м и сечением 20х40)

10 куб. дм

0,1 E / куб. дм

1 E

Деревянная планка 5 (2,4 м  х 50 х 50)

9 куб. дм

0,1 E / куб. дм

0,9 E

Деревянные планки 7 сечением 30х40

5 куб. дм

0,1 E / куб. дм

0,5 E

Деревянные колья 10, 11

2 куб. дм

0,1 E / куб. дм

0,2 E

Полиуретановая пена (для приклеивания пленки 2 и планок 3 к листам 1)

8 литр

0,04 E / литр

0,3 E

Шурупы и эпоксидная смола

 

 

0,3 E

Гидробарьер 9

0,75 кв. м

0,15 E / кв. м

0,1 E

Полимерные веревки 12 и 13

8 м

0,025 E / м

0,2 E

С У М М А

 

 

6,1 E

Расход времени на секцию 4 кв. м:

1) Изготовление двух отражающих щитов по 2 кв. м (т.е. склеивание пенополистирола 1, пленки 2 и трех планок 3) — 14 человеко-минут

2) Склеивание одной планки 5 с 6 шт. подкладок 6 и планкой 8 —  3 человеко-минуты

3) Изготовление других деталей (сборка конструкции из трех планок 7, нарезка ткани 9, веревок 12, 13 кольев 10, 11) — 3 человеко-минуты

4) Установка секции в поле и ее настройка — 12 человеко-минут

Таким образом:

— Стоимость материалов – 6,1 EUR на 4 кв. м, т.е. 1,5 EUR за кв. м отражающей поверхности

— Затраты времени — 32 человеко-минуты на 4 кв. м. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 8 EUR, т.е. 2 EUR за кв. м отражающей поверхности

— Таким образом, стоимость кв. метра отражающей поверхности усилителя – 3,5 EUR  

Перспективы снижения стоимости:

1) Автоматизация изготовления метализованного пенополистирола. Например, по технологиям, подобным изготовлению метализованного пенополиэтилена (в магазинах его называют «подкладка под ламинат»). Это уменьшит расход времени на 6 человеко-минут / 4 кв. м, т.е. снизит стоимость усилителя на 0,35 EUR / кв. м.   

2) Автоматизация крепления планок 3 (к листам 1) и вкручивания шурупов в их края. Это сэкономит еще 7 человеко-минут / 4 кв. м, т.е. 0,4 EUR / кв. м.   

3) Комбинация «Пенополистирол + полиуретановая пена + отражающая пленка» не является единственным вариантом жесткого отражателя вогнутой формы. Возможно существуют более дешевые варианты

4) Переход от закупок к самостоятельному производству материалов пенополистирола и деревянных планок 

5) Изменение конструкции усилителя, чтобы уменьшить затраты времени на его установку в поле

Оптимистическая оценка стоимости усилителя – 2-2,5 EUR за кв. метр отражающей поверхности (без НДС, включая установку и настройку)

Транспортировка усилителя к месту установки  осуществляется в виде следующих деталей: отражающие щиты, планка 5 (с подкладками 6 и планкой 8), конструкция из трех планок 7, ткань 9, колья 10 и 11, веревки 12 и 13. Одна секция занимает 0,4 куб. м, т.е. полуприцеп объемом 90 куб. м вмещает 225 секций (900 кв. м отражающей поверхности). Их вес – 4 тонны

 

3) Свойства

В июле 2011 я изготовил усилитель с двумя щитами шириной 60 см и высотой по 50 см. Высота промежутка между щитами – 17 см. Фокусное расстояние 101 см.  Горизонтальная и вертикальная ориентация установленного усилителя – на солнце в 12.40 по киевскому времени

Ниже приведены замеры коэффициента усиления 11 июля 2011 (г. Миргород, 50 град северной широты):

 

Фокусная линия, т.е. 101 см от плоскости усилителя

91 см от плоскости усилителя

81 см от плоскости усилителя

20 см выше фокусной линии

0,5

0,8

15 см выше

0,3

0,5

1,6

10 см выше

0,5

1,1

2,0

5 см выше

2,0

2,3

1,2

Горизонталь фокусной линии

4,1

2,7

0,9

5 см ниже

2,9

2,9

2,4

10 см ниже

2,2

3,5

3,7

15 см ниже

0,9

1,5

1,9

20 см ниже

0,2

0,5

14 июля 2011 я произвел замеры коэффициента усиления на протяжении суток. Замеры делались относительно горизонтальной планки, расположенной в центре солнечного зайчика в 12.40 по киевскому времени (101 см от плоскости усилителя):

Киевское

время

замера

9.45

10.30

11.40

12.40

13.40

15.10

16.00

Горизонтальное смещение зайчика

80 см на запад

50 см на запад

20 см на запад

нет

20 см на восток

60 см на восток

95 см на восток

20 см выше планки

0,2

0,4

0,3

15 см выше

0,2

0,3

0,7

0,5

10 см выше

0,15

0,5

1,1

1,3

0,8

0,2

5 см выше

0,3

1,3

2,5

2,1

1,8

0,3

Планка

1,2

2,2

3,7

4,0

3,9

0,6

0,2

5 см ниже

2,3

2,6

3,5

3,1

4,1

1,9

0,3

10 см ниже

2,4

2,4

0,8

1,0

2,4

3,0

0,6

15 см ниже

2,5

0,9

0,2

0,3

0,7

2,7

1,5

20 см ниже

1,0

0,3

0,2

0,3

1,1

3,3

25 см ниже

0,2

0,2

0,4

2,8

30 см ниже

0,15

1,4

35 см ниже

0,4

40 см ниже

0,25

 

4) Приложение: технология наклеивания пленки 2 на пенополистирол 1

Я сделал более 20 наклеиваний пленки на пенополистирол на протяжении трех недель. В итоге я получил более-менее удовлетворительный результат, но с большим количеством недостатков. Если кто-то захочет научиться этому, то пусть он будет готов сделать аналогичную работу и постараться исправить часть моих недостатков

Итоговая технология наклейки проходит через следующий операции (На гладкой цилиндрической поверхности с ровной стороной 2 м и выпуклой стороной больше 1 м. Ее радиус в 1,5-2 раза меньше, чем радиус вогнутой поверхности листа 1 в усилителе): 

1) Положить пленку 2 на упомянутую поверхность (перед этим – брызнуть воду на углы этой поверхности для удержания углов пленки)

2) Нанести 12 шт. дорожек полиуретановой пены на лист 1 пенополистирола размером 1 м х 2 м: вдоль стороны «2 м» с интервалом 9 см

3) Брызнуть воду на пленку 2 (Вода нужна для затвердевания пены)

4) Положить лист 1 (с дорожками пены) на пленку 2

5) Положить грузы (20-50 кг) на лист 1

6) Ожидание 1 сутки

Несколько замечаний:

— Метализованная сторона пленки 2 кладется на упомянутую поверхность, т.е. другая сторона пленки 2 должна будет клеиться на лист 1

— Упомянутые дорожки пены должны расширяться при затвердевании до 2-4 см с высотой 2-5 мм. Таким образом 60-80 % поверхности пленки будут свободны от пены. Пленка на этих участках растянется во время установки листов 1 на планки 5  

— Приклеенные участки пленки должны иметь вид старого поцарапанного, но ровного зеркала. Однако усилитель может работать и с худшим качеством зеркала этих участков

— Я брал зимнюю пену и использовал ее при +25 град

Доклад 1: Очень дешевый солнечный коллектор (меньше 8 EUR за кв. м), способный работать зимой

 

Плоские солнечные коллекторы обычно изготавливаются из меди, алюминия, стекла и других дорогостоящих материалов. В результате этого их стоимость попадает в диапазон от 100-150 EUR за кв. метр активной поверхности (китайское производство) до 200-300 EUR / кв. м (Германия).

Однако, в 2011 мною был сделан и испытан самодельный коллектор стоимостью от 8 EUR (сейчас) до 4 EUR (в перспективе) за кв. метр активной поверхности.

 

1) Конструкция

Мой коллектор состоит из (на рисунке – вид сбоку):

— Пенополистирол 1 общей толщиной 7 см

— Прозрачная полиэтиленовая пленка 2

— Черная ткань 3

— Три ленты 4, которые продаются в магазинах как «ленты для капельного полива». Интервал их дырок – по 10 см. Они расположены так, чтобы образовать единую систему дырок с интервалом 3,3 см

-Две прозрачных полиэтиленовых пленки 5 и 6

  

Коллектор работает следующим образом.

Солнечный свет проходит через пленки 5, 6, 2 и поглощается поверхностью черной ткани 3. В результате этого она нагревается и передает тепло воде, которая вытекает из дырок лент 4 и течет вниз по пространству между тканью 3 и пленкой 2. Затем эта вода собирается в кармане 7 и вытекает из коллектора через стальную трубку 8. Пленки 5 и 6 создают «парниковый эффект».

Коллектор имеет также:

— Лист 9 метализованного пенополиэтилена толщиной 4 мм (в магазинах его называют «подкладка под ламинат»). Он осуществляет теплоизоляцию низа коллектора. Кроме этого его метализованная поверхность отражает солнечную радиацию на ткань 3.

— Полиэтиленовая пленка 9. Это дополнительная теплоизоляция низа коллектора 

— Пенополистирол 11 толщиной 5 см и высотой 9-12 см

— Две деревянные ножки 12. Они должны забиваться в землю (или опускаться в ямки) на 10-20 см и опираются на поверхность земли деревянными упорами 13

— Деревянная планка 14. Ее край закапывается в землю и фиксируется стальными стержнями 15

— Деревянные планки 16, 17 для упрочнения пенополистирола 1 и крепления деталей 5, 6, 2, 10, 9, 3

— Деревянные планки 18, 19 для крепления деталей 5, 6, 9

— Две деревянные планки 20 для удержания планки 19 в нужном положении

 

2) Стоимость

Коллектор с активной площадью 3,98 кв. м (130 см активной высоты и 306 см активной ширины) требует следующих материалов (Цены – средний опт, апрель 2011, Украина, с НДС 20 %):

 

Кол-во

Цена

Итого

Пенополистирольные листы толщиной 5 см и 2 см

0,28 куб. м

25 E / куб. м

7 E

Прозрачная полиэтиленовая пленка

27,3 кв. м

0,15 E / кв. м

4,1 E

Деревянные планки сечений 20х20, 20х30, 20х50, 30х30, 30х40

0,02 куб. м

180 E / куб. м

3,6 E

Дешевая черная ткань

4,7 кв м

0,4 E / кв. м

1,9 E

Металлизированный пенополиэтилен толщиной 4 мм

2,4 кв. м

0,4 E / кв. м

1 E

Лента капельного полива

9,5 м

0,1 E / м

1 E

Сталь: трубка 8, стержни 15

0,5 кг

1 E / кг

0,5 E

С У М М А

 

 

19,1 E

Эти материалы используются для изготовления 15 шт. деревянных деталей, 6 шт. деталей из пенополистирола, 4 шт. деталей из полиэтиленовой пленки и 12 шт. деталей из других материалов. Расход времени на изготовление этих деталей – 12 человеко-минут, если имеются несложные самодельные приспособления.

Основные технологии сборки этих деталей в коллектор:

— Использование полиуретановой пены для склеивания пенополистирольных листов друг с другом и с деревянными планками

— Использование строительного степлера для крепления пленок и ткани на деревянных планках

Расход времени на сборку деталей в коллектор – 33 человеко-минут, если имеются несколько самодельных приспособлений

Таким образом:

— Стоимость материалов – 19,1 EUR на коллектор, т.е. 4,8 EUR за кв. м активной поверхности

— Затраты времени (12 мин + 33 мин =) 45 человеко-минут на коллектор. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 11,25 EUR, т.е. 2,8 EUR за кв. м активной поверхности

— Таким образом, стоимость кв. метра активной поверхности коллектора – 7,6 EUR (= 4,8 EUR + 2,8 EUR)

Перспективы снижения стоимости:

1) К сожалению я не смог найти (в розничной торговле) капельные ленты с интервалом дырок меньше 10 см. В то время как коллектор нуждается в интервале 2-4 см. Поэтому сейчас коллектор снабжен тремя лентами с интервалом дырок по 10 см. Если коллектор будет снабжен одной лентой с интервалом 2-4 см и с внутренним сечением 16-30 мм, то себестоимость уменьшится на 0,3-0,5 EUR / кв. м. Вследствие следующего: уменьшение расходов на ленту, более простое ее крепление, увеличение активной высоты коллектора, отказ от пенополистирола 11 и еще нескольких деталей 

2) К сожалению я не смог найти клей для крепления края пленки 2 к пенополистиролу 1 (по линии 21). Поэтому сейчас пленка 1 (после разворота под карманом 7) идет снова к планке 16 между пенополистиролом 1 и тканью 3 (т.е. ткань 3 располагается между двумя пленками). Кроме этого, я использовал пенополистирольный лист толщиной 2 см (между задней половиной пленки 2 и тканью 3) и деревянную планку вдоль линии 21. Переход на упомянутый клей снижает себестоимость на 0,5-0,7 EUR / кв. м

3) Другие изменения конструкции и оптимизация геометрических размеров коллектора и его деталей

4) Переход от закупок к самостоятельному производству материалов: деревянные планки, пенополистирольные листы, полиэтиленовая пленка. Кроме снижения издержек на материалы это также упрощает изготовление многих деталей коллектора. Например, сейчас пенополистирольный лист 1 изготовляется из стандартных листов 1 м х 2 м, которые обрезаются и склеиваются до трех заготовок по 1 м х 1,37 м, которые затем склеиваются в лист 3 м х 1,37 м. Самостоятельное изготовление пенополистирольных листов позволит сразу делать листы 1 м х 1,37 м или 3 м х 1,37 м

5) Более глубокая автоматизация изготовления деталей и сборки коллектора

Оптимистическая оценка стоимости коллекторов – меньше 4-5 EUR за кв. метр активной поверхности

 

3) Свойства

В феврале 2011 я изготовил коллектор с активной высотой 56,5 см и активной шириной 187 см (активная площадь – 1,06 кв. м). Ориентация на солнце (т.е. вертикальный угол поверхности пленки 5) с высотой 35,5 град над горизонтом. Горизонтальная ориентация коллектора – на солнце в 13.20 по киевскому времени (в апреле).

Коллектор стоял в г. Миргород, Украина (50 град северной широты) с начала февраля до конца апреля 2011. В том числе во время сильных ветров с запада и севера. 15 февраля коллектор был запущен при морозе -15 град: никаких проблем не было (и возможно бы не было при морозе 20-30 град)

Окончательный замер характеристик на холодной воде был сделан 26 апреля 2011 (максимальная высота солнца – 53 град над горизонтом в 13.00 по киевскому времени; до 12.00 – небо чистое, после 12.00 – тучи с просветами до 5-20 минут):

Время за-мера (по Кие-ву)

Яркость солнеч-ной ра-диации / Макси-мальная яркость в это время в этот период

Темпе-ратура воздуха в тени

Водный поток через коллектор

Темпе-ратура входя-щей в коллек-тор воды

Темпера-тура выходя-щей воды

Итого реальная мощность коллектора

Мощность на 1 кв. м активной поверхности

Апроксимация мощности 1 кв. м  в стандартных условиях

9.25

450 / 480

15 град

62 л / час

9,5 град

13,3 град

236 ккал / ч (275 Вт)

259 Вт / кв. м

254 Вт / кв. м

10.50

505 / 540

19

99

16,2

19,9

366 ккал / ч (427 Вт)

345 Вт / кв. м

370 Вт / кв. м

12.05

560 / 570

21

99

19,8

24,0

416 ккал / ч (485 Вт)

458 Вт / кв. м

488 Вт / кв. м

13.20

540 / 580

21

99

21,0

25,1

406 ккал / ч (474 Вт)

447 Вт / кв. м

518 Вт / кв. м

14.15

515 / 600

22

99

22,5

26,3

372 ккал / ч (434 Вт)

409 Вт / кв. м

514 Вт / кв. м

15.55

510 / 530

24

98

25,1

28,0

284 ккал / ч (332 Вт)

313 Вт / кв. м

348 Вт / кв. м

17.00

380 / 470

24

71

25,4

27,4

142 ккал / ч (166 Вт)

157 Вт / кв. м

213 Вт / кв. м

Упомянутые стандартные условия – максимальная яркость солнца, равенство температур наружного воздуха и воды в коллекторе, равенство высоты солнца и вертикальной ориентации коллектора.

Замер характеристик на теплой воде был сделан 24 апреля 1011 (до 13.00 – редкие тучи, после 13.00 – тучи с просветами до 5-15 минут):

Время за-мера (по Кие-ву)

Яркость солнечной радиации / Максималь-ная яркость в это время в этот период

Темпе-ратура воздуха в тени

Водный поток через коллектор

Темпе-ратура входящей в коллек-тор воды

Темпера-тура выходя-щей воды

Итого реальная мощность коллектора

Экстрапо-ляция температуры T воды при нулевой мощности 

Аппроксимация Т в стандартных условиях

9.30

485 / 485

12 град

60 л / час

23,9 град

25,7 град

126 Вт

+ 38 град

+ 38 град

10.35

515 / 530

14

60

40,3

41,2

63 Вт

+ 46

+ 47

11.40

545 / 560

17

62

42,2

43,9

123 Вт

+ 53

+ 56

13.15

570 / 580

18

60

44,8

46,8

140 Вт

+ 57

+ 60

14.35

560 / 600

21

60

44,0

45,7

119 Вт

+ 53

+ 57

15.40

515 / 550

22

60

43,0

43,8

56 Вт

+ 48

+ 50

16.50

430 / 480

23

60

41,2

41,4

14 Вт

+ 43

+ 45

Некоторые особенности моего коллектора по сравнению с обычными плоскими коллекторами:

А) Обычный коллектор может быть снабжен одним насосом, который создает давление, достаточное и для подачи воды в коллектор и для ее отвода. Мой коллектор должен иметь насос для подачи воды (в ленты 4), а отведение воды (из трубки 8) может делаться следующими двумя методами:

— Вода течет после трубок 8 без насосов под действием гравитации

— Вода течет под действием гравитации в емкость с поплавком, который включает насос, отводящий воду из этой емкости

Б) Мой коллектор может работать на коротких просветах между облаками. Подача воды в коллектор прекращается после захода солнца за облако и через 10-30 секунд почти вся вода вытекает из коллектора (через трубку 8). Подача воды возобновляется после появления солнца и коллектор быстро (за 10-40 секунд) полностью восстанавливает рабочее состояние

В) Мой коллектор имеет небольшие потери воды:

— утечка воды через стык трубки 8 и пленки 2

— утечка воды и пара через стык краев лент 4 с пленкой 2

— утечка пара через стыки пленки 2 с пенополистиролом 1

Г) Мой коллектор имеет интересную самозащиту от перегрева: если подача воды в коллектор прекращается во время солнца, то внутренняя поверхность пленки 2 покрывается паром и коллектор прекращает нагреваться солнечной радиацией

Д) Мой коллектор нуждается в смене пленок 5 и 6 раз в несколько лет. Старые пленки срезаются ножом, а затем крепятся  (строительным степлером) новые пленки к планкам 16, 18, 19, 12.

Е) Вес обычных плоских коллекторов – 10-20 кг на кв. метр. Вес моего коллектора – 4-6 кг на кв. метр (с перспективами снижения до 2-3 кг)

Мой коллектор нуждается в двух наклонах:

— Наклон пенополистирола 1 вперед на 2-5 градусов: чтобы вода стекала по внутренней поверхности пленки 2. Этот наклон управляется установкой стержней 15

— Наклон одного из боков коллектора на 0,3-1,5 градуса: чтобы вода текла по карману 7 к трубке 8. Этот наклон управляется упорами 13

Несколько коллекторов (до 10-30) штук устанавливаются в плотный ряд вдоль линии восток-запад и:

— соединить их ленты 4 и использовать один насос для подачи воды

— соединять карманы 7 соседних коллекторов одной трубкой 8

— наклонять все коллекторы в одну сторону: вода будет протекать через карманы 7 всех коллекторов ряда

— использовать одну планку 14 на каждый стык соседних коллекторов

Коллектор может быть сжат до толщины 12-15 см во время транспортировки (планки 20 поднимаются вверх вместе с листом 9 и пленкой 10). Планка 14 транспортируется отдельно и крепится к коллектору уже на месте установки. Вместимость полуприцепа площадью 2,4 м х 22 м – 112 коллекторов (7 рядов по 16 шт.), т.е. 440 кв. метров активной поверхности. Их вес – 2,5 тонн.