Предельное значение удельной себестоимости солнеч­ного коллектора определяется по формуле

Кск=гСкЕпТСт’ (ЗЛЗ)

где Кск — удельная себестоимость солнечного коллектора, руб.; г|ск — КПД солнечного коллектора; Е — интенсивность суммарной солнечной радиации в плоскости коллектора, кВт/м2; п — число часов работы в течение года, ч/год; Т — срок окупаемости, год; Ст — стоимость замещаемой тепло­вой энергии, руб./кВт-ч. При этом КПД солнечного кол­лектора выражается уравнением Даффи-Бекмана

где Fr — коэффициент отвода тепла из коллектора; х — про — пускательная способность прозрачного ограждения по от­ношению к солнечному излучению; а — поглощательная способность панели коллектора по отношению к солнечно­му излучению; UL — полный коэффициент тепловых потерь коллектора, Вт/(м2°С); t. — температура жидкости на входе в коллектор, °С; to — температура окружающей среды, °С.

Из формулы (3.13) следует, что предельное значение удельной себестоимости солнечного коллектора зависит от его КПД, интенсивности суммарной солнечной радиации, количества часов работы в течение года, заданного срока окупаемости и стоимости замещаемой энергии.

Для условий Краснодарского края установлена предель­ная себестоимость солнечного коллектора — 100 дол./м2, с учетом стоимости замещаемой энергии, сезонной эксплуа­тации для горячего водоснабжения и срока окупаемости 5 лет. В структуре себестоимости основная составляю­щая — приобретение энергоемких материалов (цветных металлов). Цена этих материалов в России сравнялась со средней мировой. В то же время стоимость замещаемой энергии в несколько раз ниже зарубежной.

Таким образом, стоимостный анализ конструкций сол­нечного коллектора дополнен показателем энергетической окупаемости:

Та=Ъ(тр)ск/гскЕп, (3.15)

где Тд — срок энергетической окупаемости, год; Ц/тг, Э;) ск — сумма произведений масс и энергоемкостей ма­териалов коллектора, кВт ч/м2.

В результате расчетных исследований в соответствии с формулами (3.14-3.15) и последующих стендовых испыта­ний совместно с Ковровским механическим заводом трех конструкций солнечного коллектора: 1) поглощающая па-

не ль из стального листа и латунных труб, прозрачная изо­ляция из оконного стекла, тепловая изоляция из воздуш­ной пергаминовой подушки; 2) такая же поглощающая панель и прозрачная изоляция, тепловая изоляция из пе­нополиуретана; 3) поглощающая панель из алюминиевого листа и латунных труб, такая же прозрачная изоляция и тепловая изоляция, установлено, что при увеличении КПД последней конструкции на 7-10 % по сравнению с осталь­ными ее удельная энергоемкость возросла на 57 %.

С 1996 г. Ковровским механическим заводом серийно выпускается новая конструкция солнечного коллектора, в которой для снижения удельной себестоимости теплоизо­ляция из пенополиуретана заменена на воздушную короб­ку из пергамина. При сравнительных испытаниях ранее выпускавшейся конструкции солнечного коллектора (по­глощающая панель из латунных трубок и алюминиевых ребер, тепловая изоляция из листового пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке толщиной 50 мм, стекло окон­ное 3 мм, корпус стальной) и новой, отличающийся только конструкцией тепловой изоляции (в следующих вариан­тах: без тепловой изоляции; коробка из пергамина с одной перегородкой; коробка из пергамина с двумя перегородка­ми, вкладыши в полости коробки из пергамина), установ­лено, что при замене пенополиуретана коробкой из перга­мина показатель тепловых потерь увеличился на 18,6 %, а удельная стоимость тепловой изоляции уменьшилась в три раза.

Прозрачная изоляция является конструктивным эле­ментом, в котором теряется наибольшее количество энер­гии солнечной радиации (от 40 до 60 %). Вопросы расчета и подбора материалов прозрачной изоляции, как показа­но ранее, достаточно полно исследованы. Имеющиеся ме­тодики с большей или меньшей степенью достоверности описывают сложные процессы теплообмена в прозрачной изоляции. Выбор определенного варианта конструкции и материалов прозрачной изоляции производится при сопоставлении стоимости изоляции и недополученной те­пловой энергии, теряемой в ней за расчетный срок службы. Совместно с КМЗ была изменена конструкция крепления стекла в корпусе с уменьшением количества болтовых со­единений в 7 раз, что позволило сократить на 50 % себе­стоимость данного узла и уменьшить количество повреж­дений стекла при эксплуатации на 30 %. Вышеуказанные технические решения прозрачной изоляции защищены патентом [102]. Для снижения стоимости корпуса тыльная сторона теплоизоляции из стального листа заменена окра­шенным ДВП. Данное решение также защищено патентом [103].

На основании расчетов с использованием формул (3.Із — S. 14) и результатов испытаний совместно с Ковровским механическим заводом была разработана и запущена в производство конструкция солнечного коллектора с опти­мальным соотношением для российского рынка цены и энергетической эффективности. При ее изготовлении энер­гоемкие материалы применялись в минимальном количе­стве. На январь 2005 г. выпущено и установлено на объ­ектах Краснодарского края 3000 шт. таких коллекторов. Разработанная конструкция имеет существенно меньшую цену и стоимость вырабатываемой тепловой энергии по сравнению с солнечными коллекторами зарубежных про­изводителей (см. рис. 3.19).