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.
Оптимизируя процессы. Производители сэндвич-панелей подстраиваются под потребности рынка
Строительная производственная отрасль относительно безболезненно пережила пандемию коронавируса. Значительная часть предприятий продолжала работать, в том числе и производства по выпуску сэндвич-панелей (СП).
Тем не менее, перспективы ближайшего времени игроки рынка оценивают по-разному. С одной стороны, их тревожит растущий экономический кризис в стране и, как следствие, ожидаемое снижение числа инфраструктурных проектов. С другой стороны, есть понимание, что при таком раскладе будет расти спрос на технологичные, доступные и оптимальные решения, связанные со строительством. СП – это сравнительно недорогие и простые в монтаже конструкции. Их применение ускорит стройку и сделает ее более бюджетной.
Внешняя зависимость
Генеральный директор компании «РосСельПром» Алексей Побегус отмечает, что любое строительство по определению является основной и капитальной отраслью экономики и напрямую зависит от общей рыночной активности и состояния внутреннего спроса. «Принимая во внимание события 2020 года, ожидаемое падение доходов населения и рост безработицы, снижение корпоративных доходов компаний и сокращение бюджетных расходов на инфраструктурные проекты, рост спроса на сэндвич-панели представляется весьма сомнительным. Вероятнее всего, емкость рынка может сократиться на 20-50%, что неминуемо приведет к снижению цен, чтобы поддержать реализацию продукции»,- считает он.
Спрос на СП действительно во многом зависит от состояния экономики, соглашается с коллегой коммерческий директор ООО «ПТК «Техностиль» (входит в ГК «Техностиль») Светлана Галынская. Она также отмечает, что помимо этого и бум роста рынка давно позади. В том числе, из-за сокращения потребностей в новых торговых площадках. Но, тем не менее, на сегодняшний день сэндвич-панели остаются востребованным материалом. Сфера их применения постоянно расширяется. Большие перспективы развития отрасли в текущей ситуации связны с государственными проектами, которые, как меры поддержки строительной отрасли, было приято решение расширить российскими властями.
Достаточно позитивно рассматривают текущую ситуацию и ближайшие перспективы другие игроки рынка. «Сложно переоценить популярность сэндвич-панелей в секторе строительства быстровозводимых зданий. Можно с уверенностью говорить о том, что сектор АПК практически полностью перешёл именно на этот вид строительных материалов. Кроме сельского хозяйства, панели широко применяются в строительстве развлекательных и торговых центров, спортивных сооружений, логистических и распределительных центров, заводов и складов, и других промышленных объектов. В период недавней пандемии СП зарекомендовали себя как отличный вариант для строительства больниц, а во многих европейских странах этот материал всё активнее начинают использовать для возведения школ и детских садов. Таким образом, можно смело утверждать, что данный строительный материал с каждым годом будет становиться только популярнее»,- считает коммерческий директор ГК «ИЗОБУД» Александр Кулешов.
Спрос на сэндвич панели с каждым годом показывает уверенную динамику роста, отмечает директор по техническому развитию ООО «Венталл» Александр Беляев. «Наша компания более 20 лет в этом бизнесе и мы регулярно отслеживаем тенденции на строительном рынке. В среднем, ежегодно рост спроса на сэндвич-панели составляет величину до 5%, поэтому уверенно можно сказать, что данный материал остается популярным продуктом, занимая новые ниши на отечественном строительном рынке. Неоспоримо, основным потребителем панелей является коммерческое строительство, в частном домостроении, к сожалению, сэндвич панели пока не нашли свое широкое применение. Но, надеюсь, в будущем есть куда двигаться. Например, в Европе активно строятся частные дома по типовым проектам с применением сэндвич панелей», - подчеркнул он.
Ставка на качество
Рынок сэндвич-панелей высококонкурентен, отмечают эксперты. Несмотря на то, что сейчас на него почти не приходят новые серьезные игроки, борьба за клиента обостряется. При этом на рынке сохраняется доля производителей, выпускающих продукцию низкого качества.
По словам коммерческого директора ООО «Крафтспан» (завод «Крафтспан») Алексея Самойлова, производство сэндвич-панелей – это очень конкурентная отрасль, но немногие отечественные компании предлагают изделия, соответствующие мировым стандартам. «Мы держим марку в условиях жёсткой конкуренции. Для нас важно производить продукт, которым можно гордиться. Мы хотим быть одними из тех, кто выведет российское производство на новый уровень. В целом, сейчас рынок сэндвич-панелей склонен к масштабированию. Небольшие компании объединяются, чтобы занять более весомое положение на рынке»,- добавляет эксперт.
Действительно, отмечает генеральный директор «Завод Строительных Конструкций «Стройэлемент» Виталий Скуматов, конкуренция становится все более жесткой. Мы, являясь профессионалами в области производства СП, делаем ставку на дальнейшее повышение качества продукции, выпуск новых видов продукции, а также на повышение лояльности действующих и потенциальных клиентов. «Так, в конце прошлого - в начале текущего года мы освоили производство сэндвич-панелей с пенополиизоциануратом в качестве утеплителя. В целом, мы всегда стараемся подстраиваться под запросы рынка. Нашей продукцией заказчики довольны. Среди них есть строительные, торговые, сельскохозяйственные организации, а также такие известные всем организаци, как петербургский автомобильный завод Hyundai, предприятия «Ленэнерго»,«ИнтрРАО», «Новатэк»»,«Газпром»,структуры Минобороны и т.д», -сообщил он.
«Не секрет, что на рынке сэндвич-панелей иногда встречаются фирмы, которые не имеют в своём арсенале профессионального оборудования, зачастую используют не очень качественные материалы для производства панелей. При сотрудничестве с такими поставщиками можно в получить некачественные сэндвич-панели. У серьёзных компаний дело обстоит совсем наоборот – это и профессиональное оборудование, и качественное сырьё для производства панелей, и, что немаловажно, высококвалифицированные специалисты. Выбрав в качестве поставщика сэндвич-панелей профессиональную компанию можно с уверенностью сказать, что изготовленная продукция будет соответствовать всем ГОСТам и другим нормативным документам», - подчеркивает руководитель департамента маркетинга и рекламы ГК «Мосстрой-31» Михаил Волконский.
По мнению Светланы Галынской, некомпетентные заказчики и недобросовестные подрядчики создают предпосылки для вытеснения с рынка качественной продукции. «Поэтому крупные компании вынуждены запускать две или три линейки продукции: премиум, стандарт, эконом. Но есть и оборотная сторона медали этого решения. Экономичная продукция снижает общую рентабельность бизнеса и не исключает в будущем прецедентов, которые могут повлиять на репутацию компании. В последние годы ведущие игроки рынка предпринимают ряд мер по защите своих интересов. Ведется работа с проектными организациями для того, чтобы в проекты закладывались определенные требования к данному продукту. Разработан ГОСТ, соответствовать которому могут только добросовестные производители. Ведется просветительская работа с заказчиками. И практика показывает, что это более правильная стратегия защиты рынка от продукции низкого качества»,- считает представитель рынка.
Внутри себя
Отметим, что происходящие события в стране заставляют производителей СП не только усилить конкуренцию друг с другом, но и оптимизировать внутренние рабочие процессы, повысить их эффективность.
Директор по продажам департамента Компонентных продаж ООО «ДИ ФЕРРО» Иван Трунов считает, что непосредственного его компанию карантин заставил многое переоценить в работе, изменить взгляд на организацию труда и формирование затрат. «Сейчас, во многих случаях ключевым становится оперативное выполнение обязательств по поставке. Принимая во внимание эти критерии, нами реализовывается ряд программ по повышению производительности во всех процессах. Налаживая взаимодействие подразделений внутри компании и сокращая их продолжительность нам удалось сократить не только затраты на исполнение одного заказа, но и обеспечить устойчивый тренд по снижению запасов, как сырья, так и не завершенного производства, при этом увеличивая их оборачиваемость»,- отметил он.
С необходимостью оптимизации процессов согласен и Алексей Побегус. По его словам, сам по себе сегмент рынка, в силу своей специфики является очень консервативным и требует не столько инновационности, сколько высокоорганизованной технологии, высокой производительности труда, стабильного качества материала. Однако это вовсе не означает, что усилия в части разработке нестандартных индивидуальных решений, как архитектуры фасадов, так и организации внутренних технологий бесперспективны.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ
Алексей Побегус: «Несмотря на влияние внешних факторов, «РосСельПром» продолжает развиваться»
Ученые СПбГАСУ нашли эффективный способ определения водонепроницаемости бетона
Водонепроницаемость бетона – одна из его важнейших характеристик, от которой зависит долговечность создаваемых из него конструкций. Для определения этой характеристики существует ряд прямых и косвенных методов, однако, трудоемких и недостаточно точных. Ученые Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета создали новый, альтернативный способ измерения водонепроницаемости бетона.
Разработка принадлежит заведующему кафедрой технологии строительных материалов и метрологии члену-корреспонденту РААСН, доктору технических наук, профессору Юрию Пухаренко и аспирантам кафедры Максиму Кострикину и Георгию Хренову. Согласно их методике, чтобы наиболее точно и просто определить водонепроницаемость бетона, необходимо измерить скорость фильтрации воды без учета поверхностного слоя образца, то есть а в толще материала, куда вода под давлением подается через предварительно выбуренное тупиковое отверстие (шпур).
Изобретение имеет большой потенциал: позволяет проводить испытания и определять водонепроницаемость не только образцов бетона, но и непосредственно конструкции, что еще больше повышает достоверность результата. Кроме того, его планируется внедрить в деятельность научно-исследовательских и строительных лабораторий, для которых это представляет технико-экономический интерес. Все это выгодно отличает методику от других известных методов.
Для практической реализации методики изготовлено переносное устройство, позволяющее подавать воду под давлением в шпур при помощи специального металлического анкера и измерять скорость фильтрации.
Измерение водонепроницаемости происходит следующим образом: фильтруемая через стенки шпура вода проникает в глубь бетона, в результате чего ее количество в гидросистеме устройства уменьшается, что вызывает снижение давления. При этом, чем меньше водонепроницаемость бетона, тем быстрее фильтруется вода и, соответственно, быстрее наступает снижение давления в системе, которое замеряется при помощи манометра и секундомера. Для практической реализации методики разработана таблица, по которой значение скорости можно перевести в марку бетона по водонепроницаемости.
Авторы получили на свое изобретение патент № 2728727.
