Оптимальные значения параметров систем солнечного теплоснабжения и области их использования в большой степени зависят от капитальных вложений в эти системы, которые складываются из стоимостей отдельных элементов. В гелиоустановках нестандартным элементом является только солнечный коллектор, на долю которого по различным оценкам может приходиться до 60% стоимости всей установки. Поэтому экономическая эффективность использования солнечной энергии в системах теплоснабжения во многом определяется стоимостью солнечного коллектора, которая зависит от масштаба выпуска, материалов, используемых при изготовлении, конструктивных особенностей и области использования.

Для изготовления солнечных коллекторов применяются такие материалы, как сталь, алюминий, пластмассы, различные виды изоляции. Каждый из этих материалов обладает определенными преимуществами и недостатками.

В последнее время для изготовления коллекторов все большее применение находят полимерные материалы (стеклопластики, поли - акрилаты, поливинилхлориды, полиамиды и т. д.), которые легче и дешевле металлов, более устойчивы к коррозии, не подвержены разрушению при замерзании, дают большие возможности при конструировании. Эти материалы обладают достаточной устойчивостью к тепловым и атмосферным воздействиям и долговечностью (срок службы до 15 лет). Ведутся также исследования по использованию экструдированной резины и облегченных бетонов.

В условиях экспериментального производства удельная стоимость коллектора может меняться в широких пределах до 100-300 руб/м2. В этом случае при оценке сравнительной экономической эффективности гелиоустановки и традиционного источника теплоты нарушается сопоставимость вариантов по условиям производства оборудования. Поэтому представляет интерес оценка возможной удельной стоимости солнечного коллектора при серийном производстве на основе существующей технологии изготовления аналогичного оборудования (стальных отопительных радиаторов, пластинчатых теплообменников). Результаты оценки удельной стоимости солнечного коллектора в условиях серийного производства при использовании различных материалов представлены в табл. 3.3. Как видно из таблицы, удельная стоимость солнечного коллектора плоского типа в зависимости от конструкции и применяемых материалов меняется от 10 до 40 руб/м2. Наименьшую стоимость имеет солнечный коллектор, изготовленный из пластмассы, наибольшую - коллектор в алюминиевом корпусе с поглощающей панелью из алюминия.

Следует отметить высокую технологичность коллектора из полимерных материалов и меньшие в 1,5-2 раза трудовые затраты на его изготовление по сравнению с теми же характеристиками конструкций из металла (трудозатраты на изготовление солнечных коллекторов плоского типа, представленных в табл. 3.3, в среднем составляют 2-4 чел*ч/м2).

В таблице приведены массы солнечных коллекторов. Наибольшую массу имеет коллектор, выполненный из стали на основе стального отопительного радиатора типа РСГ.

Таблица 3.3. Удельная стоимость солнечных коллекторов

Использование двухстекольного покрытия приводит к увеличению удельной стоимости коллектора в пределах 1-2 руб/м2 и увеличению массы коллектора на 7-8 кг/м2 (при толщине стекла 3 мм). Большое значение имеет теплоемкость коллектора, которая определяет количество теплоты, идущей на прогрев коллектора до рабочей температуры после охлаждения за ночь. Наименьшую теплоемкость имеют коллекторы, содержащие пластмассовые элементы. Они же характеризуются меньшей массой и стоимостью. Для уменьшения количества теплоты, идущей на прогрев солнечного коллектора, и создания высокоэффективных установок необходимо стремиться к уменьшению массовых характеристик и применению элементов из малотеплоемких материалов.

В табл. 3.4 показана структура удельной стоимости солнечного коллектора плоского типа, рассчитанная по калькуляционным статьям затрат.

Таблица 3.4. Структура удельной стоимости солнечного коллектора плоского типа

В структуре удельной стоимости солнечного коллектора 40-60% стоимости приходится на стоимость поглощающей панели (большее значение относится к панели, выполненной из алюминия), около 10% - на остекление, изоляцию, сборку, остальное - на корпус коллектора.

Тепловая эффективность солнечного коллектора определяется его КПД, который может изменяться в широких пределах в зависимости от конструкции и условий эксплуатации. Повышение эффективности коллектора, особенно при значительной разности температур нагреваемой жидкости и окружающей среды, как указывалось ранее, редко может быть достигнуто без усложнения его конструкции, что приводит к увеличению удельной стоимости.

Одним из путей улучшения характеристик плоских коллекторов является обработка поглощающей поверхности, создание селективной поверхности с целью снижения ее степени черноты в длинноволновой части спектра без существенного уменьшения поглощательнои способности в коротковолновом диапазоне. В качестве селективных покрытий, чаще всего используют оксидированную медь, черный никель, черный хром, применение которых оправдано только для коллекторов, работающих при температурах выше 333 К. По данным некоторых авторов применение селективных покрытий вызывает увеличение стоимости покрытия поглощающей поверхности коллектора в 3-4 раза, по сравнению с покрытием на основе черной краски. Поэтому можно ожидать, что использование селективного покрытия на основе существующих недорогих технологий приведет к увеличению удельной стоимости коллектора на 2-4 руб/м2. Использование селективных покрытий на основе черного никеля, хрома и других элементов может привести к увеличению удельной стоимости на 20-30 руб /м2.

Другим путем повышения тепловой эффективности плоского коллектора является применение вакуумированных коллекторов. Используя для создания таких коллекторов технологию изготовления вакуумированных люминесцентных ламп типа ЛБ с рефлекторным слоем, можно ожидать, что удельная стоимость коллектора составит 50-70 руб/м2 (в условиях серийного производства).

Теплотехническое совершенство солнечного коллектора определяется значением отношения Чем меньше это отношение, тем выше КПД коллектора. Однако повышение КПД, следовательно, уменьшение связано чаще всего с усложнением конструкции и увеличением его удельной стоимости.

В дальнейшем при совершенствовании технологии изготовления солнечных коллекторов различных типов, уменьшении их удельной стоимости и повышении замыкающих затрат на органическое топливо области экономической эффективности применения более совершенных конструкций будут расширяться.

При удельной стоимости коллектора 18-22 руб /м2 (это соответствует уровню стоимости солнечного коллектора наиболее распространенного типа - на основе отопительного радиатора РСГ) структура затрат,%, в системе солнечного теплоснабжения в среднем по жилым домам приведена в табл. 3.5.

Таблица 3.5. Структура затрат,%

Примечание. Числитель - значения для установок горячего водоснабжения, знаменатель - для комбинированных установок (отопление и горячее водоснабжение).

Удорожание объекта теплоснабжения за счет строительства гелиоустановки может изменяться для систем горячего водоснабжения в пределах 5-15%, причем меньшее значение относится к зданиям большей этажности. Для комбинированных систем удорожание в среднем составляет 20-30%.

В стоимость строительных работ входит подготовка территории или площадки на крыше здания под солнечные коллекторы, бойлерную, баки, теплообменники, возведение опорных конструкций, теплоизоляция оборудования и другие работы. Затраты на создание опорных конструкций составляют в среднем 8-15% стоимости всей установки и входят в стоимость строительных работ.

В целом, около 40-50% общей стоимости систем солнечного теплоснабжения приходится на строительные и санитарно-технические работы. Это указывает на значительные резервы снижения капитальных затрат, которые могут быть реализованы на стадии проектирования и монтажа элементов гелиоустановки. Наименьшие капитальные вложения будут иметь системы солнечного теплоснабжения при совмещении солнечных коллекторов с конструкциями крыш и стен здания, упрощении системы автоматики, сокращении коммуникаций при транспортировке теплоносителя и т. д.

Автор: Магомедов А.М.