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.
Под крышей дома моего. Спрос на натуральную черепицу растет
По мнению экспертов, в настоящее время производство натуральной черепицы удивительным образом сочетает в себе многовековой опыт строителей и передовые новейшие технологии. Сегодня мы видим, как эталонный кровельный материал переживает свое второе рождение и пользуется огромным спросом и популярностью.
В современной строительной практике под натуральной черепицей подразумевают две ее разновидности: керамическую и минеральную. Основой для производства того и другого вида продукции является природное сырье: глина и кварцевый песок. Незначительные внешние отличия готовых изделий связаны с различиями в технологии их производства.
Принцип производства керамической черепицы насчитывает не одно столетие: добыча глиняного сырья, формование отдельных элементов, сушка и обжиг. Производство же минеральной (цементно-песчаной, бетонной) черепицы основано на самых современных технологиях: качественный портландцемент, вода, кварцевый песок с точно подобранным фракционным составом. Как отмечают эксперты, на крыше дома неспециалисту практически невозможно определить, какой вариант натуральной черепицы на кровле — оба будут выглядеть одинаково респектабельно и красиво.
Слагаемые комфорта
По словам руководителя технического отдела BMI BRAAS Россия Андрея Миронова, в настоящее время спрос на натуральную черепицу растет. Минеральная и керамическая черепица БРААС – самая популярная черепица на кровельном рынке России и стран СНГ. В России она производится с 1996 года на современных предприятиях в Москве и Краснодаре. Черепицей БРААС покрыто 25 млн кв. метров крыш при строительстве и реконструкции более 125 тысяч объектов, а также памятников архитектуры во всех регионах России, от Владивостока до Калининграда.
Черепичная кровля, отмечает эксперт, стабилизирует крышу, гасит шум дождя, успешно противостоит ураганному ветру. Благодаря большой тепловой инерции, нагреваясь днем, долго отдает накопленное тепло ночью, создавая под кровлей воздушный поток, который проветривает и просушивает конструкцию крыши. Кроме того, такая черепица – это самый экологичный кровельный материал. В доме под такой крышей создается особая атмосфера уюта и комфорта, необходимая для счастья жильцов. Разнообразие цветов, форм, поверхностей создают гармоничную завершенную архитектуру. Материал не подвержен коррозии и не горюч. И, конечно же, он подчеркивает красоту и самобытность дома, создает комфортный микроклимат и домашний уют внутри.
«Не поспорить и с тем, что натуральная черепица является долгосрочной и выгодной инвестицией в строительство собственного дома, а ее применение существенно повышает рыночную стоимость самого здания. Срок службы черепицы БРААС при минимальных затратах на эксплуатацию превышает 100 лет, с гарантией от производителя - 30 лет. Ни один материал, исключая цветные металлы, не обладает подобной долговечностью. Кровля, сложенная из мелкоразмерных минеральных или керамических черепичных плиток, как чешуя покрывает несущую конструкцию крыши, без напряжения приспосабливается к ее деформациям при усадке здания, температурных перепадах, ветровых и снеговых нагрузках. В случае повреждения, такую крышу легко восстановить, заменив лишь несколько необходимых элементов»,- рассказывает Андрей Миронов.
Вопрос цены
Если керамическая кровля уверенно возглавляет парад элитных натуральных материалов, то минеральная черепица заняла прочные позиции в более бюджетных проектах. Поэтому, выбрав керамику, домовладелец приобретает крышу на 100 лет и более. Остановившись на минеральной черепице, он получает внешний вид и свойства керамики и длительный срок службы за приемлемые деньги. В частности, стоимость минеральной черепицы БРААС начинается от 500 руб./м2.
Также необходимо помнить, подчеркивает Андрей Миронов, что окончательная стоимость готовой крыши будет складываться не просто из «цены за квадратный метр» самого материала, но и всех ее составляющих (пиломатериалы, утепление, монтажные работы, транспорт и т.д.). Кроме того, нужно обратить внимание на срок службы - чем дольше служит крыша, не нуждаясь в ремонте, тем пропорционально ниже конечная цена готовой кровли на год эксплуатации. Анализ показал, что стоимость кровли из натуральной черепицы вполне сопоставима со стоимостью кровли из металлочерепицы и мягкой кровли.
Рецепт современной архитектуры
Совершенные кровельные системы на основе натуральной черепицы позволяют возводить двухскатные, вальмовые, щипцовые, шатровые, мансардные и любые другие крыши с возможными уклонами от 10º до 90º. Каждому конкретному случаю, в зависимости от уклона кровли, соответствует то или иное конструктивное решение.
Декоративные свойства черепицы открывают практически безграничные возможности для творческих воплощений архитектора и самых изысканных пожеланий владельца дома. Например, отмечает Андрей Миронов, классические модели - «Франкфурт» и «Янтарь» - удачно применяются во многих архитектурных стилях, отличаясь в то же время лаконичной красотой и практичностью. Современный тренд - плоская черепица, и модели «ЭВО», «Тевива», «Турмалин» создают необычный дизайн крыш с четкими линиями и геометрией. Они безупречно подходят для домов в стиле хай-тек, а также для популярного эклектичного стиля, который сочетает в себе различные архитектурные направления. Выразительный профиль черепицы «Таунус» с широкой волной безукоризненно подчеркивает форму и красоту крыши дома. Впечатляющий эффект создает модель «Адриа», с высокой волной и гранулированной поверхностью, она передает атмосферу жизни в красивом средиземноморском городке с теплым ярким солнцем и ласковым морем. Потрясающая модель «Изумруд», ромбовидной формы, не имеющая аналогов на кровельном рынке, для тех, кто предпочитает эксклюзивность и необычный дизайн.
«Мировой шедевр и самая популярная модель керамической черепицы в Европе «Рубин» -лауреат престижных международных наград и премий за выдающийся дизайн и инновационные решения. В данной модели самая широкая цветовая гамма, разнообразие поверхностей и уникальные инженерные решения: черепица с переменным шагом, что обозначается буквой V- variable. Благодаря особой конструкции замка, можно скорректировать до 30 мм в стыке каждой пары черепиц и избежать необходимости подрезать материал, чтобы уместить его на скате. Кроме рядовой черепицы, призванной укрывать основную площадь ската, в ассортименте БРААС имеются элементы различных форм, требуемые для качественного и аккуратного оформления любого узла кровли. В целом, все наши модели черепицы отражают современный тренд, направленный на использование только безопасных, природных и экологически чистых материалов и технологий в строительстве», - добавляет Андрей Миронов.
ПЕНОПЛЭКС®: оптимальный утеплитель при повышенной влажности
Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® успешно применяется для защиты от потерь тепловой энергии в нижней части зданий и сооружений, где экструзионный пенополистирол является, по сути, безальтернативным материалом среди всех широко распространенных утеплителей.
Цоколь многоквартирного дома в Челябинске на ул. Ижевской, 56 защищен от потерь тепла с помощью теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС®. Из всех ходовых теплоизоляционных материалов только экструзионный пенополистирол, из которого изготовлены плиты ПЕНОПЛЭКС®, способен предоставить надежную теплозащиту строительным конструкциям в нижней части зданий и сооружений. Это объясняется высокой влагостойкостью материала — водопоглощение теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® не превышает 0,5% по объему. Данная характеристика не присуща ни минеральной вате, ни беспрессовому пенополистиролу (ПСБ). Эти материалы имеют, соответственно, волокнистую и зернистую структуру, и вода легко проникает в пространство между волокнами минваты и зернами ПСБ. Закрытая мелкоячеистая структура ПЕНОПЛЭКС® этого не позволяет.
Минвата и ПСБ (который в разговорной речи еще называют пенопластом) не могут надежно защитить цоколь здания, поскольку эта конструкция подвергается рискам повышенного увлажнения. Перечислим основные факторы риска:
— капиллярное всасывание воды из грунта;
— впитывание влаги от снежного покрова зимой;
— длительное погружение конструкции в воду вследствие возможных подтоплений.
На качественном уровне обязательное применение материала с нулевым водопоглощением для теплозащиты цоколя очевидно. На количественном уровне это было доказано компанией «ПЕНОПЛЭКС» путем расчета приращения теплопроводности (т.е. ухудшения теплозащитных свойств) для различных утеплителей в условиях влажности. Расчеты были выполнены для трех видов самых распространенных утеплителей: минеральной ваты, пенопласта и экструзионного пенополистирола в пяти регионах страны (Москва, Санкт-Петербург, Краснодар, Екатеринбург, Новосибирск, Владивосток). Наиболее сильное увеличение теплопроводности получилось у ПСБ в Новосибирске — на 13,48%. У минеральной ваты наибольший показатель максимального приращения теплопроводности составил 4,4% в этом же регионе.
Подробнее результаты данной исследовательской работы представлены в СТО 54349294-001-2015 «Стандарт организации по применению ПЕНОПЛЭКС® в ограждающих конструкциях первых и цокольных этажей». Документ разработан силами компании совместно с НИИ Строительной физики РААСН, его может скачать с нашего сайта любой желающий.
Следует отметить, что теплозащитные свойства экструзионного пенополистирола лучше, чем у упомянутых утеплителей и в обычных условиях без повышенной влажности. ПЕНОПЛЭКС® имеет более низкий коэффициент теплопроводности — максимум 0,034 Вт/м∙°С. В числе его преимуществ перед другими теплоизоляционными материалами также можно отметить более высокую прочность на сжатие, экологическую безопасность, биостойкость, долговечность, удобство и всепогодность монтажа.