1.2. Сравнение показателей плоских солнечных коллекторов различных производителей
В условиях наличия на внутреннем рынке большого выбора солнечных коллекторов, в том числе зарубежных производителей, важно определить тенденции технического развития и объективно оценить соответствуют или не соответствуют выпускаемые в России солнечные коллекторы мировому техническому уровню.
Это можно установить, сравнив их конструктивные и теплотехнические параметры с характеристиками зарубежных аналогов. Такое сравнение впервые было выполнено 10 лет тому назад в работе [10]. Аналогичные исследования проведены на базе данных Института солнечных технологий SPF (Швейцария) - одного из европейских сертификационных центров по солнечным установкам [11].По данным на начало 2004 г. в SPF было испытано 203 солнечных коллектора, из них плоских СК с остеклением (именно они обычно используются в солнечных водонагревательных установках) - 174. На рис. 1.2 (а) и 1.3 (а) представлены распределения значений габаритной площади и удельной массы рассматриваемых солнечных коллекторов по количеству образцов. В целом, оба распределения качественно похожи на результаты [10] (рис. 1.2 (б) и 1.3 (б)). Вместе с тем, за прошедшее десятилетие наметилась тенденция освоения производства солнечных коллекторов большей единичной площади: абсолютное большинство СК сегодня имеют габаритную площадь 2 и более квадратных метра. Начато производство СК с единичной площадью 6 м2 (второй максимум на гистограмме рис. 1.2 (а)) и даже 8 м2. Такие крупногабаритные СК предназначены для монтажа на
кровле и могут также применяться как "строительные" элементы, интегрируемые в конструкции зданий (крыш и стен).
Рис. 1.2. Распределение габаритной площади солнечных коллекторов, испытанных в SPF - (а), и приведенное в [10] - (б) по количеству образцов
0 5 10 15 202530354045 Удэгъная маоса, кг/ivf
70 п
о 50Н т
& "н
о
о
а &
ш
| 20Н с;
* 10^
30-
10 20 30 40 50 Удельная масса коллектора, кг/м2
б)
а) Рис.
1.3. Распределение удельной массы солнечных коллекторов, испытанных в SPF - (а) и приведенное в [10] - (б) по количеству образцовМаксимум гистограммы удельной массы коллекторов сдвинулся влево, что соответствует снижению удельной массы примерно на 5 кг/м2. Сегодня лучшие СК с металлическими тепловоспринимающими
панелями и стеклянным прозрачным ограждением имеют удельную массу 15-20 кг/м2 (максимум распределения на рис. 1.3 (а)).
Именно снижение удельной массы способствовало увеличению единичной площади СК. Так, СК площадью 6 м2 весит, как правило, 100 - 150 кг, что не создает серьезных трудностей при выполнении монтажных работ с применением несложных вспомогательных средств.
Распределения по количеству образцов показателей теплотехнического совершенства солнечного коллектора: оптического КПД коллектора, F\ra), и приведенного коэффициента тепловых потерь, F'UL, испытанных в SPF, приведены на рис. 1.4 (а), 1.5 (а) (при их определении использована апертурная площадь коллектора, которая несколько меньше габаритной).
Рис. 1.4. Распределение оптического КПД солнечных коллекторов, испытанных в SPF - (а) и приведенное в [10] - (б) по количеству образцов
Рис. 1.5. Распределение приведенного коэффициента потерь солнечных коллекторов, испытанных в SPF - (а) и приведенное в [10] - (б) по
количеству образцов
Средние значения параметров теплотехнического совершенства коллекторов, испытанных в SPF, составляют: F\ та) = 0.70, F'UL = 3.41-3.84 Вт/(м2К). Сравнение с результатами [10] показывает, что как оптические свойства, так и типичные тепловые потери солнечных коллекторов за последние годы практически не изменились. Этот факт говорит о достаточной отработанности конструкций и технологий производства плоских СК с металлическими теплопоглощающими панелями и стеклянным прозрачным ограждением.
В России наиболее известными являются солнечные коллекторы Ковровского механического завода (г. Ковров) и НПО "Машиностроения" (г. Реутов Московской обл.), для которых более или менее достоверно известны параметры теплотехнического совершенства (рис. 1.6 и 1.7).
Рис.
1.6. Плоский солнечный коллектор Ковровского механическогозавода
Рис. 1.7. Плоский солнечный коллектор "Сокол" НПО "Машиностроения"
ОАО "Ковровский механический завод" выпускает солнечный коллектор КМЗ с габаритной площадью 1 м2, массой 27 кг, Р'(та) = 0.72 и FVL = 5.4 Вт/м2К. НПО "Машиностроения" - солнечный коллектор "Сокол" площадью 2 м2, массой 54 кг, F\та) = 0.75 и F'UL = 4.2 Вт/м2К. На производственной базе НПО "Машиностроения" изготавливаются также коллекторы ОАО "Альтэн" (солнечный коллектор "Альтэн-1" площадью 2.6 м2, массой 34 кг, Р'(та) = 0.65 и FVL = 3,6 Вт/м2К).
Оптические КПД коллекторов КМЗ и "Сокол" в целом соответствуют техническому уровню зарубежных СК. Несколько завышенный приведенный коэффициент потерь солнечного коллектора КМЗ объясняется, по-видимому, неселективностью его поглощающей панели, поскольку практически все выпускаемые в настоящее время солнечные коллекторы за рубежом имеют поглощающую панель с селективным оптическим покрытием [11].
Коллектор "Альтен-1" имеет низкий коэффициент тепловых потерь, но одновременно и довольно низкий оптический КПД, что объясняется применением толстого (8 мм) сотового поликарбоната в качестве прозрачного ограждения вместо стекла. Этим же объясняется и относительно низкое значение удельной массы этого коллектора.
Удельная масса СК КМЗ и "Сокол" заметно больше массы большинства зарубежных солнечных коллекторов, что свидетельствует
потенциальных возможностях совершенствования конструкции. СК с единичной площадью около 1 м2 за рубежом сегодня практически не выпускаются.
СК отечественных производителей, как правило, можно приобрести по существенно более низким ценам, чем зарубежных. По данным производителей стоимость коллектора КМЗ сегодня составляет около 100 долларов, коллектора "Сокол" - около 170 долларов за 1 м2. Зарубежные коллекторы стоят, как правило, около 300 долларов за
м2 и дороже, что определяется более высокой себестоимостью, дополнительными транспортными затратами и "наценками" поставщиков [12].
Оценки показывают что, солнечные водонагревательные установки оказываются привлекательными с экономической точки зрения, прежде всего, при замещении ими электрических водонагревателей.
Следует отметить, что часто движущими мотивами для использования солнечных установок оказываются не только и не столько экономические соображения, сколько экологические причины.
Для вновь создаваемых объектов в ряде случаев затраты на подключение к централизованным системам теплоснабжения оказываются чрезмерно высокими, и задачу приходится решать за счет автономного энергоснабжения, при котором солнечные установкистановятся более привлекательными. Солнечные установки представляют первостепенный интерес и для потребителей, расположенных вдали от систем централизованного энергоснабжения (горные и другие отдаленные районы), где солнечная энергия может служить одним из основных источников получения тепла.
Вместе с тем развитие этого рынка в России сдерживается рядом факторов, среди которых высокая стоимость СК, их недостаточная надежность и долговечность. Многолетние наблюдения за эксплуатационной надежностью солнечных коллекторов, изготовленных заводами СССР и выпускаемых сегодня российскими предприятиями, выполненные в Краснодарском крае [13], показали, что большинство конструкций не обеспечивают установленного российским стандартом [4] минимального срока службы 10 лет.
Таким образом, задача совершенствования конструкции солнечных коллекторов, снижения их стоимости при одновременном увеличении срока надежной эксплуатации является чрезвычайно актуальной.
Замена металла в солнечных коллекторах пластмассами является на сегодняшний день перспективным направлением разработок солнечных коллекторов. Наличие широкого спектра пластиков на современном рынке позволяет, поставленную задачу решить [15].