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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Instalaciones solares de calentamiento de agua. Eficiencia económica de los sistemas de calefacción solar. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Los valores óptimos de los parámetros de los sistemas de calefacción solar y sus áreas de uso dependen en gran medida de las inversiones de capital en estos sistemas, que se componen de los costos de los elementos individuales. En las instalaciones solares, únicamente el captador solar es un elemento no estándar, que, según diversas estimaciones, puede suponer hasta el 60% del coste de toda la instalación. Por lo tanto, la eficiencia económica del uso de la energía solar en los sistemas de suministro de calor está determinada en gran medida por el costo de un colector solar, que depende de la escala de producción, los materiales utilizados en la fabricación, las características de diseño y el área de uso. Para la fabricación de los colectores solares se utilizan materiales como acero, aluminio, plásticos y diversos tipos de aislamiento. Cada uno de estos materiales tiene ciertas ventajas y desventajas. Recientemente, para la fabricación de colectores, se han utilizado cada vez más materiales poliméricos (fibra de vidrio, poliacrilatos, cloruros de polivinilo, poliamidas, etc.), que son más livianos y económicos que los metales, más resistentes a la corrosión, no sujetos a destrucción durante la congelación y brindan grandes oportunidades de diseño. Estos materiales tienen suficiente estabilidad a las influencias térmicas y atmosféricas y la durabilidad (vida útil de hasta 15 años). También se está investigando el uso de caucho extruido y hormigón ligero. En condiciones de producción experimental, el costo específico del colector puede variar ampliamente hasta 100-300 rublos/m2. En este caso, al evaluar la eficiencia económica comparativa de una planta solar y una fuente de calor tradicional, se viola la comparabilidad de opciones según las condiciones de producción de los equipos. Por lo tanto, es de interés estimar el posible costo unitario de un colector solar en producción en serie en base a la tecnología existente para la fabricación de equipos similares (radiadores de calefacción de acero, intercambiadores de calor de placas). Los resultados de evaluar el costo unitario de un colector solar en condiciones de producción en serie utilizando varios materiales se presentan en la Tabla. 3.3. Como se puede ver en la tabla, el costo unitario de un colector solar de tipo plano, según el diseño y los materiales utilizados, varía de 10 a 40 rublos/m2. El costo más bajo es un colector solar hecho de plástico, el más alto es un colector en una caja de aluminio con un panel de aluminio absorbente. Cabe señalar la alta capacidad de fabricación del colector hecho de materiales poliméricos y costos de mano de obra 1,5-2 veces menores para su fabricación en comparación con las mismas características de las estructuras metálicas (costos de mano de obra para la fabricación de colectores solares de tipo plano, presentados en la Tabla 3.3, promedio 2-4 hombre*h/m2). La tabla muestra las masas de los colectores solares. La masa más grande tiene un colector de acero basado en un radiador de calefacción de acero del tipo RSG. Tabla 3.3. Costo unitario de los colectores solares
El uso de un recubrimiento de dos vidrios conduce a un aumento en el costo específico del colector de 1-2 rublos/m2 y un aumento en la masa del colector de 7-8 kg/m2 (con un espesor de vidrio de 3 mm). De gran importancia es la capacidad calorífica del colector, que determina la cantidad de calor utilizada para calentar el colector a la temperatura de funcionamiento después de enfriarlo durante la noche. Los colectores que contienen elementos plásticos tienen la capacidad calorífica más baja. También se caracterizan por su menor peso y coste. Para reducir la cantidad de calor utilizado para calentar el colector solar y crear instalaciones altamente eficientes, es necesario esforzarse en reducir las características de masa y utilizar elementos de materiales de baja capacidad calorífica. En mesa. En la figura 3.4 se muestra la estructura del costo unitario de un colector solar tipo plano, calculado por partidas de costo. Tabla 3.4. La estructura del costo unitario de un colector solar tipo plano.
En la estructura del costo unitario de un colector solar, el 40-60% del costo recae en el costo de un panel absorbente (un valor mayor se aplica a un panel de aluminio), alrededor del 10% - en acristalamiento, aislamiento, montaje, el resto - en el cuerpo del colector. La eficiencia térmica de un colector solar está determinada por su eficiencia, que puede variar ampliamente según el diseño y las condiciones de operación. Un aumento en la eficiencia del colector, especialmente a una diferencia de temperatura significativa entre el líquido calentado y el medio ambiente, como se mencionó anteriormente, rara vez se puede lograr sin complicar su diseño, lo que conduce a un aumento en el costo unitario. Una de las formas de mejorar las características de los colectores de placa plana es el procesamiento de la superficie absorbente, la creación de una superficie selectiva para reducir su emisividad en la parte del espectro de longitud de onda larga sin una disminución significativa de la absorbencia en el rango de longitud de onda corta. Como recubrimientos selectivos, se utilizan con mayor frecuencia cobre oxidado, níquel negro, cromo negro, cuyo uso se justifica solo para colectores que funcionan a temperaturas superiores a 333 K. Según algunos autores, el uso de recubrimientos selectivos provoca un aumento en el costo de recubrir la superficie absorbente del colector en 3-4 veces, en comparación con un recubrimiento a base de pintura negra. Por lo tanto, se puede esperar que el uso de recubrimiento selectivo basado en las tecnologías de bajo costo existentes conduzca a un aumento en el costo unitario del colector de 2 a 4 rublos/m2. El uso de recubrimientos selectivos a base de níquel negro, cromo y otros elementos puede provocar un aumento del costo unitario de 20 a 30 rublos/m2. Otra forma de aumentar la eficiencia térmica de un colector de placa plana es utilizar colectores de vacío. Usando la tecnología de fabricación de lámparas fluorescentes de vacío del tipo LB con una capa reflectante para crear dichos colectores, se puede esperar que el costo específico del colector sea de 50 a 70 rublos/m2 (en condiciones de producción en serie). La perfección termotécnica del colector solar está determinada por el valor de la relación En el futuro, con la mejora de la tecnología de fabricación de colectores solares de varios tipos, una disminución de su costo unitario y un aumento en los costos de cierre para combustible orgánico, se ampliarán las áreas de eficiencia económica del uso de diseños más avanzados. Con un costo de colector específico de 18-22 rublos / m2 (esto corresponde al nivel de costo del tipo más común de colector solar, basado en un radiador de calefacción de CC), la estructura de costos,%, en el sistema de suministro de calor solar en promedio para edificios residenciales se muestra en la Tabla. 3.5. Tabla 3.5. Estructura de costo,%
Nota. Numerador: valores para instalaciones de agua caliente, denominador: para instalaciones combinadas (calefacción y suministro de agua caliente). El aumento del coste de una instalación de suministro de calor debido a la construcción de una planta solar puede variar para los sistemas de agua caliente entre un 5-15 %, con un valor inferior para edificios con un mayor número de plantas. Para los sistemas combinados, la subida media del precio es del 20-30%. El costo de los trabajos de construcción incluye la preparación de un territorio o una plataforma en el techo de un edificio para colectores solares, una sala de calderas, tanques, intercambiadores de calor, la construcción de estructuras de soporte, aislamiento térmico de equipos y otros trabajos. El costo de crear estructuras de soporte promedia el 8-15% del costo de toda la instalación y está incluido en el costo del trabajo de construcción. En general, alrededor del 40-50% del costo total de los sistemas de calefacción solar corresponde a trabajos de construcción y plomería. Esto indica reservas significativas para reducir los costos de capital, que se pueden realizar en la etapa de diseño e instalación de los elementos de la planta solar. Los sistemas de suministro de calor solar tendrán las inversiones de capital más pequeñas cuando los colectores solares se combinen con las estructuras de los techos y paredes del edificio, se simplifique el sistema de automatización, se reduzcan las comunicaciones al transportar el refrigerante, etc. Autor: Magomedov A.M.
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Cuanto menor sea esta relación, mayor será la eficiencia del colector. Sin embargo, un aumento en la eficiencia, y por lo tanto una disminución 
más a menudo asociado con la complicación del diseño y el aumento en su costo específico.
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