Солнечные батареи
Солнечные батареи относятся к альтернативной энергетике, позволяющей получать дешевое электричество. Это очень перспективное направление из-за неисчерпаемости потока солнечных лучей. Батареи имеют вид плоских панелей, устанавливаемых в местах наиболее сильного падения лучей Солнца. Эффективность метода получения энергии позволяет вести ее использование во множестве сферах деятельности, что является серьезным заделом на будущее, поскольку стандартные ресурсы постепенно исчерпываются.
Устройство и принцип действия
Основу солнечной батареи составляют полупроводниковые устройства, способные преобразовывать падающие лучи в электрический ток. Производимые солнечные батареи бывают разных размеров, что зависит от места их установки. Масштабное оборудование крепится на крышах домов или автомобилей, а более мелкие приборы встраиваются в микрокалькуляторы. Обычно большие солнечные панели сверху покрываются стеклом. Это необходимо для защиты их от воздействия внешней среды и фотонов, которые обладают чересчур мощной энергетикой.
Устройство приборов
В состав солнечной батареи включены следующие элементы:
- Фотовольтаические ячейки. Данные компоненты выполняют основную функцию в батарее. Их задача состоит в преобразовании потока лучей в электричество с помощью фотовольтаического эффекта. Его суть заключается в формировании электрического заряда, что обеспечивается свойствами полупроводникового материала.
- Абсорбер. Это специально изготовленный из кремния слой, обладающий способностью поглощать солнечный свет с последующей передачей на фотовольтаическую ячейку для преобразования его в электричество.
- Покрытие. Оно необходимо для того, чтобы защищать фотовольтаические ячейки от влияния непогоды и механических повреждений.
- Стекло. Кроме защитной функции оно выполняет еще роль изоляции для сохранения внутри ячейки тепла.
- Контактные площадки. С помощью таких металлических элементов обеспечивается связь между фотовольтаические ячейками и проводами.
- Провода. Формируют связь между всеми элементами солнечной батареи.
- Инвертор. Проводит изменение постоянного напряжения в переменную величину. Это требуется для того, чтобы обеспечить питание электрических приборов.
- Аккумулятор. Является емкостью, где хранится избыток вырабатываемой энергии.
- Контроллер заряда. Устройство, необходимое для контроля величины заряда аккумулятора.
Чтобы солнечная батарея работала нормально, все компоненты должны работать в полном взаимодействии.
Принцип действия
Принцип работы солнечной батареи основывается на фотовольтаическом эффекте. Суть его заключается в том, что под воздействием света определенные материалы способны создавать на своей поверхности напряжение, что сопровождается выработкой электричества.
Происходит это за счет того, что световые фотоны выбивают из атомов отрицательные электроны, превращая их в положительно заряженные ионы. После этого формируется электрический ток, представляющий собой движение положительно и отрицательно заряженных частиц.
Работа солнечной батареи состоит в следующем:
- После попадания света на солнечную панель происходит его поглощение кремниевыми ячейками.
- Электроны выбиваются из атомов и становятся свободными. Одновременно они вместе с положительно заряженными ионами переходят в возбужденное состояние.
- Все образовавшиеся частицы начинают свое направленное движение между контактными пластинами через полупроводник. Как результат формируется электрический ток, перемещающийся в дальнейшем по электрическим сетям. При этом его излишки собираются в аккумуляторной батарее.
Что представляют собой электрические сети и как в них поступает электроэнергия, можно узнать из этой статьи.
Разновидности оборудования
Производителями выпускается несколько разновидности солнечных батареи, каждая из которых обладает своими особенностями:
- Монокристаллические. Изготавливаются такие батареи из чистого кремния. Сначала материал расплавляется, а после отвердевания разделяется на пластинки толщиной 300 мкм. Все ионы и электроны в таких батареях обладают хорошей эффективностью, что отражается на высоком КПД оборудования. В пластинках вставлены электроды, которые выглядят в виде сеток. Монокристаллическое оборудование обычно окрашивается в темно-синий или черный цвет. Это качественные изделие со сроком службы до 50 лет.
- Поликристаллические. Основу солнечной батареи составляет не цельный кристалл кремния, а множество его маленьких кусочков. Это значительно удешевляет оборудование, но и делает его работу менее эффективной, что выражается в пониженном КПД, равном 13-15%. За счет более низкой цены на такие панели присутствует увеличенный спрос.
- Тонкопленочные. В состав данного типа оборудования входит множество разных элементов, среди которых кадмий и одна из разновидностей кремния. Оборудование значительно уступает предыдущим двум видам, но имеете хорошую гибкость, и может быть установлено на любой поверхности. Популярность таких батарей выражается в том, что они могут функционировать при любой погоде, включая облачность или низкое освещение.
- Органические. Здесь исходными составляющими могут быть различные полимеры, а также углерод. Оборудование обладает эффективностью, но имеет невысокий срок службы и пока не получило широкого распространения.
- Нанокристаллические. Для изготовления этого типа батарей применяется новаторская технология. В качестве основы используются наночастицы элемента кремний. Полученные фотоэлементы характеризуются качеством, что отражается на их долговечности и эффективности, но данный метод еще не совершен для полноценной эксплуатации.
Из всех видов солнечных батарей наибольшей непопулярностью пользуется поликристаллический вариант и в первую очередь это связано с его доступностью по цене.
Характеристики солнечной батареи
Все солнечные батареи характеризуются следующими параметрами:
- Мощность. Это основной показатель солнечной батареи. Он измеряется в ваттах и указывает, сколько электроэнергии производит данная солнечная панель за единицу времени.
- Напряжение. Данная величина, измеряемая в вольтах. Она фиксирует разность потенциалов между точками батареи и может равняться 12, 24 или 48 В.
- Ток. Здесь говорит о количестве электричества, которое в течение единицы времени протекает через панель.
- Эффективность преобразования. Определяется отношением полученной на выходе электрической энергии к количеству поглощенных батареей солнечных лучей. Диапазон может составлять 5-25%.
- Размер. В зависимости от типа батареи он может составлять от 1 м² до 6 м².
- Вес. Масса солнечных батарей достигает 10-50 кг.
- Рабочая температура. Чтобы солнечная панель работала эффективно, данный интервал должен составлять от (-40)° до (+85)°. При увеличении этого параметра отдача панелей может снижаться
- Срок эксплуатация. При хорошем обслуживании в среднем солнечная батарея используется на протяжении 30 лет. При этом у лучших вариантов это срок увеличивается до 50 лет.
Также важным параметрам является тип ячейки. Он зависит от вида панели.
Правила выбора
При желании установить солнечную батарею необходимо принимать во внимание следующие факторы:
- Потребность в электроэнергии. После определения этой величины необходимо добавить еще до 30% на случай потерь.
- Тип батареи. Здесь в первую очередь нужно ориентироваться на размер финансов. Наиболее эффективные монокристаллические панели, но они и стоят дорого. Если средств недостаточно, то стоит обратить внимание на поликристаллический или тонкопленочный вариант.
- Мощность. Это основной параметр, на основании которого выбирается солнечная батарея. Мощности должно быть достаточно, чтобы панель обеспечивала выработку нужного количества электричества для дома.
- Место установки. Обычно солнечные батареи устанавливают на крыше, поскольку данная территория максимально освещенная. При этом нужно ориентироваться на такой параметр как угол наклона поверхности, который должен составлять в районе 35-45°.
- Площадь панелей. Данная величина определяется расчетным способом. Для этого нужно взять отношение всех потребностей в электричестве к выработке энергии единицы панели за сутки.
Обязательно необходимо обратить внимание на производителя. Это должна быть авторитетная компания с большим количеством положительных отзывов.
Эксплуатация и обслуживание
После установки солнечных батарей, чтобы они прослужила долго, необходимо уделять внимание их обслуживанию:
- Постоянно исследовать панели на предмет наличия загрязнений. Поверхность должна быть очищена от пыли и осевших насекомых. Эффективность работы батарей увеличивается в том случае, когда их поверхность чистая.
- Во время очищения панелей от грязи следует использовать только теплую воду и мягкую ткань.
- Регулярно следить за качеством работы инвертора, который преобразовывает выработанный постоянный ток в переменную величину.
- Периодически вести проверку надежности работы всех систем.
- С течением времени менять отдельные вышедшие из строя элементы для обеспечения высокой производительности системы.
При правильной эксплуатации и хорошем обслуживании солнечных батарей они прослужат несколько десятков лет и обеспечат дом дешевой электроэнергией.
Применение батарей
Солнечные батареи применяются в широких сферах деятельности:
- В системах электроснабжения автономного типа. Чаще всего устанавливаются в частных домах или дачах. Это часто делается в тех случаях, когда объекты удалены от центрального электроснабжения.
- Для освещения территорий. Сюда включаются уличные фонари, размещаемые в парках или вдоль улиц.
- В автомобилях. Обычно они крепится на крышах транспортных средств, и используются для зарядки аккумуляторов.
- Как возобновляемая энергетика. Оборудование устанавливается в ветросолнечных электростанциях и используется как источник энергии.
- В системах связи. Небольшого размера панели, встроенные в приборы, используются как источники питания.
- В бытовых приборах. Сюда относятся холодильники, вентиляторы и другие агрегаты, которые в качестве источника питания используют солнечную энергию. С этой целью в них встраиваются небольшие панели.
- В качестве источника питания при установке видеонаблюдения.
Кроме того, солнечные батареи уже начинают использоваться в глобальном плане. Они стали применяться в космонавтике и самолетостроении, что позволяет существенно экономить топливо.
Преимущества и некоторые недостатки
Солнечные батареи с течением времени становится все доступнее, поскольку цена на них постоянно снижается. Однако, покупая такие изделия, необходимо предварительно хорошо ознакомиться с преимуществами и недостатками панелей. К достоинствам солнечных батарей относятся:
- Экологическая безопасность. Работа солнечных батарей не приносит окружающей среде никакого вреда. Это является очень важным моментом, поскольку экология в современном мире играет решающую роль. Подробная информация об экономическом аспекте хорошо изложена в этой работе.
- Быстрая окупаемость. Рост стоимость электроэнергии наблюдается непрерывно. Что касается солнечных батарей, то здесь затраты присутствуют только в момент покупки и установки оборудования. Поскольку солнечная энергия является бесплатной, вложенный капитал очень быстро окупается.
- Простота использования. После окончания монтажа оборудования требуется только следить за его исправностью и вовремя устранять поломки. Это не несет больших затрат сил и времени.
Если обратить внимание на недостатки, то здесь стоит отметить большую стоимость оборудования. При этом следует помнить, что его окупаемость наступает очень быстро.
Солнечные батареи выгодно ставить только в регионах с продолжительным световым днем. При большой длительности ночи такое оборудование можно использовать только в качестве дополнительного источника электроэнергии.
Обследования: прорывы и тупики
Реконструкция и реставрация существующих объектов требуют предварительного обследования состояния существующих конструкций. Опрошенные «Строительным Еженедельником» эксперты рассказали о том, что нового в этой сфере и с какими проблемами приходится сталкиваться.
Что новенького
Эксперты отмечают, что за последние годы в обиход вошло немало новых технологий, которые продолжают совершенствоваться. «Появились много новых приборов неразрушающего контроля. Они стали легче, компактнее и удобнее для применения, и главное — дешевле. В нашем музее есть дисковый склерометр весом около 10 кг для испытания бетона. А сегодня электронный аналог весит 300 гр. Очень давно, наверное, одни из первых в городе мы купили электронный склерометр Шмидта и гордились этим. Это было дорогое удовольствие. А сегодня этот прибор есть почти у всех», — рассказывает генеральный директор ООО «БЭСКИТ» Сергей Пичугин.
«Ранее созданные методы инструментального обследования строительных конструкций, в том числе по обследованию скрытых параметров, стали совершеннее. Мы максимально применяем неразрушающие методы, используем видеоэндоскопы, приборы радиоволнового метода, сейсмоакустику и другое оборудование, прямо или косвенно позволяющее выполнить исследования и определить скрытые конструкции и элементы. Еще десять лет назад было практически невозможно исследовать глубину свайных фундаментов, сегодня при помощи сейсмоакустического метода это стало возможным. Наша лаборатория является первой в Петербурге аккредитованной на данные испытания в Национальной системе Росаккредитация», — отмечает генеральный директор ООО «ГЛЭСК» Сергей Салтыков.
Сергей Пичугин говорит, что, для того чтобы участвовать в больших конкурсах, компания также сертифицировала две свои лаборатории неразрушающего контроля. «Ежегодно проходим проверку и подтверждаем свою квалификацию», — добавляет эксперт.
По словам Сергея Салтыкова, помимо технических, конструктивных исследований, каждое обследование зданий и сооружений включает и обмерные работы. «Тахеометры, активно используемые сегодня, существовали и пятнадцать лет назад. Но если для современного строительства они являются лучшими помощниками, то возможность создания 3D-моделей при помощи сканеров или фотографий оказывает значительную помощь при выполнении обследования объектов наследия», — отмечает он.
Впрочем, эксперт считает, что, как и прежде, кадры решают все. «Показания большинства приборов, испытывающих скрытые параметры строительных конструкций, все равно приходится градуировать на основании вскрытий шурфов, зондажей», — констатирует Сергей Салтыков.
Не все гладко
Хронической проблемой в сфере обследований, как, впрочем, и в других, является система госконтрактования, которая отнюдь не способствует качеству осуществления работ. «Наличие аттестатов лаборатории и большого количества приборов сегодня не является преимуществом перед конкурентами. Побеждают в конкурсе в основном компании, предложившие наименьшую стоимость. Сегодня практически никто не проводит квалификационный отбор. Редко включается в конкурсную документацию требование о наличии собственной лабораторной базы. Главный критерий — наименьшая цена, а лучше, чтобы обследование провели "за еду"», — говорит Сергей Пичугин.
Внимание: наследие!
Зоной особой ответственности является работа на объектах наследия (ОКН), отмечают специалисты. «Обследование любого здания требует деликатного подхода, а исторических зданий в особенности. И большое количество вскрытий и разрушений не только затягивает срок выполнения работ, влияет на дальнейшие качественные характеристики объекта и нежелательно для заказчика, но и может подпадать под уголовную ответственность (в случае работы с ОКН)», — говорит Сергей Салтыков.
По словам Сергея Пичугина, к требованиям по составу обследования и испытаниям материалов, прописанным в ГОСТ 31937-2011, при работе на ОКН добавляются также нормы ГОСТ 55567-2013 и задание территориального органа по охране памятников.
«К сожалению, получение разрешения на обследование и согласование программы — это длительный процесс. Причем непонятно вообще, зачем это нужно. Все эти задания пишутся под копирку. А за работу на ОКН без разрешения предусмотрены штрафы до 1 млн рублей за каждое нарушение. В Пскове мы отрыли два шурфа и получили 2 млн штрафа, хорошо еще что суд уменьшил платеж до 1 млн. А вся работа стоила 400 тысяч рублей. В Йошкар-Оле на аварийной стене Дома культуры сталинского периода (ОКН) мы сделали вскрытие штукатурки 100 на 100 мм на участке с трещиной и получили протокол о грубом нарушении Закона 73-ФЗ, поскольку производили вскрытие без разрешения», — отмечает эксперт.
Областная индустрия стройматериалов чувствует себя уверенно
Вопреки пандемии коронавируса индустрия производства строительных материалов в Ленобласти развивается вполне уверенно. Регион практически полностью покрывает свои потребности, а многие виды продукции поставляются в другие субъекты РФ.
«С» — значит «стабильность»
Статистические данные свидетельствуют, что производство стройматериалов в Ленобласти, несмотря на пандемию, не пошло на спад. Примечательно, что пока эксперты анализируют еще результаты первого полугодия 2020 года, а, как известно, самый сильный удар строительная отрасль получила весной — в апреле-мае, когда коронавирусная инфекция уже бушевала, но страна еще не адаптировалась к «новой реальности».
Тем не менее, по данным Петростата, в первом полугодии наблюдалась разнонаправленная динамика выпуска стройматериалов и общий тренд никак нельзя назвать негативным. Так, производство нерудных материалов, песка составило 6,8 млн куб. м, что соответствует показателям аналогичного периода 2019 года. Изготовление некоторых стройматериалов снизилось, но незначительно. Так, изготовление портландцемента и иных видов цемента упало на 2,4% — до 1,4 млн тонн, керамических плит и плиток — на 10,1%, до 7,7 млн кв. м, товарного бетона — на 16,1%, до 530,4 тыс. куб. м. В то же время производство других материалов выросло: керамического кирпича — на 9,8%, до 115,1 млн усл. кирпичей, гальки, гравия и пр. — на 11,6%, до 10,5 млн куб. м, железобетонных изделий — на 25,4%, до 487,1 тыс. куб. м.
Заместитель председателя Правительства Ленобласти Михаил Москвин подчеркивает, что стабильное положение индустрии стройматериалов — признак здоровья всего стройкомплекса региона. «Производство стройматериалов и комплектующих напрямую зависит от самой отрасли — объемов возведения дорог, домов, промышленных предприятий. Ленобласть обслуживает себя и Петербург — два региона, которые входят в пятерку лидеров по жилью в РФ. Поэтому производители в основном не испытывают сложностей со сбытом. Производители материалов всегда считались крепкими предприятиями с очень разнообразной продукцией», — говорит он.
Чиновник напоминает, что пандемия не остановила стройку в обоих регионах. «Поэтому мы не видим серьезного сокращения поставок. Конечно, завершение строительства стадиона на Крестовском острове, МДЦ "Лахта Центр" и скоростной дороги М11 повлияло на объемы производства цемента, песка, щебня, но спрос на жилье стабилен, объемы не падают, мы ждем начала реализации крупных дорожных проектов в агломерации», — подчеркивает Михаил Москвин.
Точки роста
Примечательно при этом, что индустрия стройматериалов региона продолжает развиваться и в области реализуется ряд инвестпроектов по созданию новых мощностей в разных сегментах рынка. По данным Комитета по строительству Ленобласти, в 2020–2021 годах планируется запуск ряда новых производств.
Так, намечено строительство промышленного комплекса по обработке и переработке кварцито-песчаников ООО «Ровское» в Подпорожском районе общей мощностью 500 тыс. куб. м в год. ЗАО «МАПЕИ» ведет в Волосовском районе реконструкцию завода по производству сухих строительных смесей общей мощностью 48,7 тыс. тонн. Продолжается модернизация Киришского ДСК (входит в СК «ЛенРусСтрой»).
Кроме того, в пос. Аврово Волховского района реализуется интересный инвестпроект ЗАО «Ладожский ДСК» по созданию завода по производству объектов жилого и промышленного назначения на основе нового конструкционного материала — массивных монолитных деревянных панелей и клееных деревянных конструкций. Мощность предприятия должна составить 167 тыс. куб. м, что позволит обеспечить возведение более 500 тыс. кв. м недвижимости в год. Планируемый срок завершения строительства завода — 2023 год.
Не только для себя
Михаил Москвин подчеркивает, что индустрия стройматериалов Ленобласти практически полностью обеспечивает потребности региона. «На 100% закрываем свои нужды по нерудным ископаемым, по базовым и стеновым. Наши застройщики предпочитают пользоваться местными изделиями. Это значительно сокращает стоимость и сроки транспортировки стройматериалов до площадки. В регион могут завозить металлические конструкции, как правило, из Череповца и, конечно, электронику — из-за рубежа. Но в целом мы самодостаточны», — говорит он.
При этом, как отмечает начальник сектора информационно-аналитического обеспечения стройкомплекса Комитета по строительству Ленобласти Дарья Федорова, достаточно большие партии различной продукции поставляются в другие регионы. «Объем производства стройматериалов имеет прямую зависимость от темпов строительства не только на территории Ленобласти, но и в регионах — крупнейших потребителях, в первую очередь — в Санкт-Петербурге. Ежегодно предприятия области поставляют на объекты города до 100 тыс. куб. м ЖБИ, до 200 млн усл. кирпичей мелкоштучных стеновых материалов, до 20 млн куб. м нерудных материалов, до 2,7 млн тонн цемента», — рассказывает она.
По данным Петростата, за 2019 год из Ленобласти в другие субъекты РФ было вывезено: 2,47 млн тонн портландцемента (79,8% от всего объема производства), 557,5 тыс. куб. м ЖБИ (59,3%), 6,89 млн кв. м керамической плитки (39,6%).
Мнение
Михаил Москвин, заместитель председателя Правительства Ленобласти: — Производство строительных материалов и добыча нерудных ископаемых находится на стыке строительного блока, ведомств, занимающихся недропользованием, и экономического сектора. Мы считаем, что эта сфера достаточно отрегулирована и важно не мешать игрокам рынка. Об этом говорит отсутствие дефицита стройматериалов в регионе. Мы находились в дискуссиях с разработчиками карьеров по поводу содержания дорог, по которым самосвалы возят песок и щебень, — эти дороги разбивались большегрузами. Но сейчас эта проблема решена, карьерщики или сами содержат дороги и восстанавливают полотно, или финансируют содержание.