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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Solaranlagen zur Warmwasserbereitung. Wirtschaftlichkeit von Solarheizsystemen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Die optimalen Parameterwerte von Solaranlagen und deren Einsatzgebiete hängen maßgeblich von den Kapitalinvestitionen in diese Anlagen ab, die sich aus den Kosten einzelner Elemente zusammensetzen. Das einzige nicht standardmäßige Element bei Solaranlagen ist der Solarkollektor, der verschiedenen Schätzungen zufolge bis zu 60 % der Kosten der gesamten Anlage ausmachen kann. Daher wird die Wirtschaftlichkeit der Nutzung von Solarenergie in Wärmeversorgungssystemen maßgeblich von den Kosten des Solarkollektors bestimmt, die vom Produktionsumfang, den bei der Herstellung verwendeten Materialien, den Konstruktionsmerkmalen und dem Einsatzbereich abhängen. Für die Herstellung von Solarkollektoren werden Materialien wie Stahl, Aluminium, Kunststoffe und verschiedene Arten von Isolierungen verwendet. Jedes dieser Materialien hat bestimmte Vor- und Nachteile. In letzter Zeit werden für die Herstellung von Kollektoren zunehmend Polymermaterialien (Glasfaser, Polyacrylate, Polyvinylchloride, Polyamide usw.) verwendet, die leichter und billiger als Metalle sind, korrosionsbeständiger sind, beim Einfrieren nicht zerstört werden und bieten größere Gestaltungsmöglichkeiten. Diese Materialien sind ausreichend beständig gegen thermische und atmosphärische Einflüsse und langlebig (Lebensdauer bis zu 15 Jahre). Auch der Einsatz von extrudiertem Gummi und Leichtbeton wird erforscht. Unter experimentellen Produktionsbedingungen können die spezifischen Kosten eines Kollektors stark variieren und bis zu 100–300 Rubel/m2 betragen. In diesem Fall wird bei der Beurteilung der vergleichenden Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage und einer herkömmlichen Wärmequelle die Vergleichbarkeit der Optionen entsprechend den Produktionsbedingungen der Geräte verletzt. Daher ist es von Interesse, die möglichen Stückkosten eines Solarkollektors in Massenproduktion auf der Grundlage der bestehenden Fertigungstechnologie ähnlicher Geräte (Stahlheizkörper, Plattenwärmetauscher) abzuschätzen. Die Ergebnisse der Bewertung der Stückkosten eines Solarkollektors unter Massenproduktionsbedingungen unter Verwendung verschiedener Materialien sind in der Tabelle dargestellt. 3.3. Wie aus der Tabelle hervorgeht, liegen die spezifischen Kosten eines flachen Solarkollektors je nach Design und verwendeten Materialien zwischen 10 und 40 Rubel/m2. Am niedrigsten ist ein Solarkollektor aus Kunststoff, am höchsten ist ein Kollektor in einem Aluminiumgehäuse mit einer absorbierenden Aluminiumplatte. Es ist zu beachten, dass ein Kollektor aus Polymermaterialien gut herstellbar ist und die Arbeitskosten für seine Herstellung im Vergleich zu den gleichen Eigenschaften von Metallstrukturen um das 1,5- bis 2-fache niedriger sind (Arbeitskosten für die Herstellung von Flachkollektoren in Tabelle 3.3). durchschnittlich 2 -4 Personen*h/m2). Die Tabelle zeigt die Massen von Solarkollektoren. Die größte Masse hat der Verteiler aus Stahl auf Basis eines Stahlheizkörpers vom Typ RSG. Tabelle 3.3. Spezifische Kosten für Solarkollektoren
Die Verwendung einer Doppelglasbeschichtung führt zu einer Erhöhung der spezifischen Kosten des Kollektors um 1–2 Rubel/m2 und einer Erhöhung der Masse des Kollektors um 7–8 kg/m2 (bei einer Glasdicke von 3 mm). ). Von großer Bedeutung ist die Wärmekapazität des Kollektors, die die Wärmemenge bestimmt, die benötigt wird, um den Kollektor nach der Abkühlung über Nacht auf Betriebstemperatur zu erwärmen. Die geringste Wärmekapazität haben Kollektoren mit Kunststoffelementen. Sie zeichnen sich außerdem durch geringeres Gewicht und geringere Kosten aus. Um die zum Aufwärmen des Sonnenkollektors verwendete Wärmemenge zu reduzieren und hocheffiziente Anlagen zu schaffen, ist es notwendig, die Masseneigenschaften zu reduzieren und Elemente aus Materialien mit geringer Wärmekapazität zu verwenden. In der Tabelle Abbildung 3.4 zeigt die Struktur der Stückkosten eines Flachkollektors, berechnet anhand von Kostenpositionen. Tabelle 3.4. Struktur der Stückkosten eines Flachkollektors
Bei der Strukturierung der Stückkosten eines Solarkollektors entfallen 40-60 % der Kosten auf die Kosten des Absorberpaneels (der größere Wert gilt für ein Paneel aus Aluminium), etwa 10 % auf die Verglasung, Isolierung, Montage und der Rest - auf dem Kollektorkörper. Der thermische Wirkungsgrad eines Solarkollektors wird durch seinen Wirkungsgrad bestimmt, der je nach Konstruktion und Betriebsbedingungen stark variieren kann. Eine Steigerung der Effizienz des Kollektors, insbesondere bei einem erheblichen Temperaturunterschied zwischen der erhitzten Flüssigkeit und der Umgebung, kann, wie bereits erwähnt, selten erreicht werden, ohne seine Konstruktion zu komplizieren, was zu einer Erhöhung der Stückkosten führt. Eine Möglichkeit, die Eigenschaften von Flachkollektoren zu verbessern, besteht darin, die absorbierende Oberfläche zu behandeln und eine selektive Oberfläche zu schaffen, um deren Emissionsvermögen im langwelligen Teil des Spektrums zu verringern, ohne die Absorptionsfähigkeit im kurzwelligen Bereich wesentlich zu verringern. Als selektive Beschichtungen werden am häufigsten oxidiertes Kupfer, schwarzes Nickel und schwarzes Chrom verwendet, deren Verwendung nur für Kollektoren gerechtfertigt ist, die bei Temperaturen über 333 K betrieben werden. Nach Ansicht einiger Autoren erhöht die Verwendung selektiver Beschichtungen die Kosten für die Beschichtung des Absorbers Die Oberfläche des Kollektors um das 3- bis 4-fache im Vergleich zu einer Beschichtung auf Basis schwarzer Farbe. Daher können wir davon ausgehen, dass der Einsatz einer selektiven Beschichtung auf der Grundlage bestehender kostengünstiger Technologien zu einer Erhöhung der spezifischen Kosten des Kollektors um 2–4 Rubel/m2 führen wird. Die Verwendung selektiver Beschichtungen auf Basis von Schwarznickel, Chrom und anderen Elementen kann zu einer Erhöhung der Stückkosten um 20-30 Rubel/m2 führen. Eine weitere Möglichkeit, den thermischen Wirkungsgrad eines Flachkollektors zu steigern, ist der Einsatz von Vakuumkollektoren. Wenn man zur Herstellung solcher Kollektoren die Technologie zur Herstellung von evakuierten Leuchtstofflampen vom Typ LB mit einer reflektierenden Schicht verwendet, kann man damit rechnen, dass die spezifischen Kosten des Kollektors 50–70 Rubel/m2 betragen (unter Massenproduktionsbedingungen). Die wärmetechnische Perfektion eines Solarkollektors wird durch den Wert des Verhältnisses bestimmt Mit der Verbesserung der Herstellungstechnologie verschiedener Solarkollektorentypen, der Reduzierung ihrer Stückkosten und der Erhöhung der Abschlusskosten für organische Brennstoffe werden sich in Zukunft die Bereiche der Wirtschaftlichkeit beim Einsatz fortschrittlicherer Designs erweitern. Bei spezifischen Kosten des Kollektors von 18-22 Rubel/m2 (dies entspricht dem Kostenniveau des Solarkollektors des gängigsten Typs - basierend auf dem RSG-Heizkörper) beträgt die Kostenstruktur in der Solaranlage in % im Durchschnitt für Wohngebäude ist in der Tabelle aufgeführt. 3.5. Tabelle 3.5. Kostenstruktur,%
Notiz. Zähler – Werte für Warmwasserversorgungsanlagen, Nenner – für kombinierte Anlagen (Heizung und Warmwasserversorgung). Die Kostensteigerung einer Wärmeversorgungsanlage durch den Bau einer Solaranlage kann bei Warmwasserversorgungsanlagen im Bereich von 5-15 % liegen, wobei der Wert bei Gebäuden mit höheren Stockwerken geringer ausfällt. Bei kombinierten Systemen beträgt die durchschnittliche Kostensteigerung 20–30 %. Die Kosten für Bauarbeiten umfassen die Vorbereitung der Fläche oder des Standorts auf dem Dach des Gebäudes für Sonnenkollektoren, einen Heizraum, Tanks, Wärmetauscher, den Bau von Tragkonstruktionen, die Wärmedämmung von Geräten und andere Arbeiten. Die Kosten für die Erstellung von Tragkonstruktionen betragen durchschnittlich 8-15 % der Kosten der gesamten Anlage und sind in den Baukosten enthalten. Im Allgemeinen entfallen etwa 40–50 % der Gesamtkosten von Solarthermieanlagen auf Bau- und Sanitärarbeiten. Dies weist auf erhebliche Reserven zur Reduzierung der Kapitalkosten hin, die bereits in der Phase der Planung und Installation von Solaranlagenelementen realisiert werden können. Solarheizsysteme erfordern die geringsten Kapitalinvestitionen, wenn sie Solarkollektoren mit den Dach- und Wandstrukturen des Gebäudes kombinieren, das Automatisierungssystem vereinfachen, die Kommunikation während des Kühlmitteltransports reduzieren usw. Autor: Magomedov A.M.
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Je kleiner dieses Verhältnis ist, desto höher ist der Wirkungsgrad des Kollektors. Allerdings eine Steigerung der Effizienz, also eine Abnahme 
ist am häufigsten mit einer Komplikation des Designs und einer Erhöhung der Stückkosten verbunden.
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