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.
Проникающая гидроизоляция может оказаться самой экономной
Все традиционные гидроизоляционные материалы, как правило, защищают основание своим слоем. От характеристик этого слоя зависят и эксплуатационные особенности материала. Проникающая гидроизоляция (сухая смесь на песко/цементной основе) работает только по бетону. И связано это с тем, что химия в составе после нанесения гидроизоляционного слоя на бетон, впитывается в тело этого бетона и реагирует с солями, всегда присутствующими в бетоне. При наличии влаги и положительной температуры в порах бетона вырастают нерастворимые кристаллы. Молекулы воды не могут пройти через такие поры, которые оказались перегорожены игольчатыми кристаллами. Таким образом, преградой для влаги становится не только сам гидроизоляционный слой, но и бетон, который благодаря кристаллам стал водонепроницаемым.
В связи с таким принципом работы для проникающей гидроизоляции неважно, как она будет нанесена - на бетонную поверхность со стороны действия воды (положительное давление) или с противоположной стороны бетона (отрицательное давление). Отсюда – уникальная возможность, которой не обладает ни один другой гидроизоляционный материал – проводить гидроизоляцию подвальных помещений изнутри подвала!
Гидроизоляция изнутри заглубленных парковок, подвалов, заглубленных сооружений, когда отсутствует возможность откопать фундаментную часть здания – основная фишка и особенность проникающих материалов. Такая необходимость возникает, когда здание уже возведено, но в процессе его эксплуатации выявляются ошибки. То есть, основная функция проникающих материалов – это ремонт.
Гидроизоляция гаражного подвала из ФБС блоков
Гидроизоляционный материал, нанесенный изнутри подвального помещения, испытывает колоссальные нагрузки. И самая главная из них - отрицательное давление грунтовых вод, которые работают на отрыв гидроизоляционного слоя от бетонной поверхности. Отсюда идут особенности и отличия его применения.
Во-первых, швы. Плотность раствора в швах, как правило, ниже плотности блоков или монолита, поэтому влага в первую очередь стремится проступить именно там. При работе изнутри помещения обязательна предварительная гидроизоляция швов. Шов штробится, удаляется кладочный раствор, зачищается, тщательно увлажняется и заделывается специальным проникающим составом для швов.
Во-вторых, зачистка и удаление цементной пленки. Любая бетонная поверхность в процессе созревания бетона покрывается цементной пленкой или бетонным «молочком». Эта пленка мешает проникновению химии в тело бетона, поэтому ее удаляют металлическими щетками или дисками. Чтобы цементная пыль после зачистки опять не забила поры, ее не только смахивают, но даже замывают водой под давлением или щетками. Поры должны быть открыты. Это главное.
В-третьих, увлажнение бетона. Химия из проникающих составов пойдет в тело бетона лишь на ту глубину, на которую смогли увлажнить бетон. Этот этап работы тоже имеет очень важное значение. Проигнорировать его – получить брак.
Гидроизоляция подвального помещения, которое будет использоваться для производства пищевой продукции
Нанесение материала похоже на нанесение штукатурки шпателем или кистью. Толщина гидроизоляционного слоя не велика – от 1 до 3 мм. Третья, очень важная часть работы – увлажнение гидроизоляционного слоя в течение трех дней. Когда химия проникает в бетон, для роста кристаллов ей требуется много воды. И химия начинает активно забирать влагу и из бетона, и из самого гидроизоляционного слоя. Если слой не увлажнять, воды может не хватить, и он потрескается.
По работам – все. Грунтовые воды в подвал перестанут проникать сразу, но работа по росту кристаллов внутри бетона будет идти еще 28 дней. И с каждым днем грунтовая вода будет все дальше отступать от внутренней поверхности подвальной стены.
Сильной стороной проникающих материалов, нанесенных изнутри помещения, является их способность держать отрицательное давление воды в 12 атмосфер, это 120 метров водяного столба.
Для дальнейшей отделки очень важна адгезия гидроизоляционного слоя к бетонной поверхности. Если она слабая, вся отделка рухнет вместе с гидроизоляционным слоем. Некоторые производители рекомендуют по прошествии 28 дней удалять гидроизоляционный слой и лишь потом проводить отделочные работы. К сожалению, данный процесс увеличивает трудозатраты, время, поэтому рекомендуем сразу выбирать материал с хорошей адгезией.
Расход материала при кистевом нанесении равен 1 кг/м2, при нанесении шпателем – до 3 кг/м2, если требуется ремонт бетона, расход бетона может составлять до 10 кг/м2. Цены производителей самые разные, Поэтому для выбора лучше сразу определиться со стоимостью материала, необходимого именно для 1 м2, а не ценой на мешок или 1 кг.
Гидроизоляция сухого фонтана при его возведении на Центральной площади города
Ну и очень важны отзывы. Хорошо, если вам посоветовал материал человек, который уже поработал с ним и видит результат на своем подвале или гараже. Если таких в вашем окружении нет, ищите отзывы в интернете. Их много. Мы, например, за 13 лет на рынке создали целый сайт-библиотеку с реальными отзывами как частных лиц, так и подрядчиков – kristallizol.club. На сайте можно вести поиск по объекту, например – колодцы, подвалы и пр., по региону. Многие из отзывов сопровождаются фотографиями, где можно наглядно увидеть этапы работы и как они проводились. Это своего рода «ликбез» по работе с новым, еще не опробованным материалом, хорошая возможность сравнить проблемы своего объекта и провести работу правильно, без ошибок.
Проникающие гидроизоляционные материалы успешно используются и для проведения работ снаружи фундамента, на этапе строительства. В результате того, что здесь не требуется предварительная гидроизоляция швов, это получается самая экономная гидроизоляция.
Оптимальный вариант. Какой внутрипольный конвектор выбрать?
В России растет спрос на внутрипольные конвекторы. Активно их задействуют в помещениях с большой площадью остекления, будь это офис, квартиры или загородные дома. За счет своей « невидимости» данные системы отопления гармонично вписываются в интерьер комнат. В сравнении с классическими радиаторами, они имеют более высокую теплоотдачу, причем – одновременную и равномерную по всей площади помещения.
Фактор пространства
Внутрипольные конвекторы подразделяются водяные или электрические. В первом случае теплоносителем является циркулирующая вода, во втором трубчатый электронагреватель. Также приборы разделяют по типу конвекции (передвижения) воздуха в помещении. Она может естественной или принудительной, за счет работы вентиляторов.
При выборе внутрипольного конвектора, отмечает коммерческий директор компании MOHLENHOFF Александр Батаев, изначально рассматриваются модели с естественной конвекцией. Если в силу габаритных ограничений при естественной конвекции не достигается требуемая теплоотдача, то уже тогда рассматриваются модели с вентиляторами.
Схожие выводы делает и генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова. По ее словам, конвекторы с естественной конвекцией идеальны для применения в качестве вспомогательных отопительных приборов в сочетании с системами теплого пола, воздушного или радиаторного водяного отопления. «При необходимости обогрева помещения большой площади или со значительной долей панорамного остекления, а также когда нежелателен дополнительный источник тепла, можно использовать конвектор с принудительной конвекцией. Он позволяет увеличить тепловую мощность в пять раз по сравнению с аналогичным прибором с естественной конвекцией»,- подчеркивает она.
Инженер по новой технике ООО "КЗТО "РАДИАТОР" Алексей Сведомцев рекомендует при высоте остекления помещений до 2,5 метров задействовать конвекторы с естественной конвекцией. При высоте остекления до 4 метров – с принудительной. По мнению эксперта, для большинства жилых помещений подходят приборы с естественной конвекцией. В общественных же можно применять как естественную, так и принудительную. «В случае выбора конвектора, оснащенного вентиляторами, конечно же, главное – определиться с напряжением в его источнике питания. Оно может составлять 220 В, а может быть безопасным, т.е. 12 и 24 В. Также важно изучить способ управления конвектором и условия эксплуатации. Энергопотребление этих приборов меняется в зависимости от длины (количества устанавливаемых вентиляторов), и с вентиляторами 220 В может составлять от 10 до 300 Вт/час. Более энергоэффективны конвекторы с установленными ЕС-вентиляторами постоянного тока и напряжением 24 В. Их диапазон энергопотребления составит от 3 до 30 Вт/час в зависимости от длины прибора»,- добавляет эксперт.
Невзирая на более высокую стоимость конвекторов с принудительной конвекцией в сравнении с естественной, добавляет технический специалист компании «Тепло-Арт» Леонид Закиров, стоимость кВт тепла у таких приборов много ниже за счет их существенно большей мощности. К тому же в случае их применения для отопления помещений больших площадей не требуется дополнительных источников тепла.
Стали тише
При выборе приборов с принудительной конвекцией, как правило, принимаются во внимание и их шумовые характеристики. Звук исходит от работы вентиляторов. В последние годы во многих качественных приборах задействуются двигатели с пониженным уровнем шума. Конвекторы работают не громче блока стационарного компьютера или кондиционера.
«Сейчас во внутрипольных конвекторах с принудительной конвекцией применяются современные европейские ЕС-двигатели с пониженным уровнем шума. Уровень звукового давления при максимальной скорости вращения вентиляторов не превышает предельно допустимых значений в жилых помещениях в 40…55 дБА, регламентированных стандартом СП 51.13330.2011 «Защита от шума». При этом в постоянном режиме рекомендована работа на средних оборотах, а в ночное время вентиляторы в конвекторах переводятся на пониженные обороты, либо вообще отключаются. Советуем подбирать мощность конвектора исходя из минимальной или средней скорости вращения вентилятора. Она должна находиться в пределах 2,6…25 Вт»,- отмечает Виктория Нестерова.
В новом формате
В настоящее время появились дополнительные подвиды внутрипольных конвекторов. В том числе, системы с присоединением к системе вентиляции здания. В таких случаях, помимо обогрева, прибор также обеспечивает приток свежего воздуха в помещение. За счет интенсивного обдува теплообменника приточным воздухом, конвектор имеет повышенную мощность по сравнению с аналогичным прибором с естественной конвекцией.
Также на рынке начали выпускать конвекторы отопления и с опцией охлаждения помещений. Как правило, рассказывает торговый директор компании MINIB в РФ и Белоруссии Константин Витальев, такие приборы применяются в дорогих проектах, где уровню комфорта отводится отдельное место. «В первую очередь надо учитывать, что если есть охлаждение, значит - есть и конденсат. Такие конвекторы обязательно должны иметь влагозащищённую автоматику и специальные электродвигатели, а их короб нужно выполнять из качественной нержавеющей стали. В конструкции ванны должен быть предусмотрены патрубок для отвода конденсата и уклон дна в сторону этого патрубка. Кроме того, модели с охлаждением могут быть одноконтурными и двухконтурными. У первых всего один теплообменник и 2 патрубка – подающий и обратный. В зависимости от сезона, в теплообменник подается теплоноситель или холодоноситель. В двухконтурном конвекторе в теплообменнике предусмотрен отдельный контур для теплоносителя и отдельный - для холодоносителя»,- объясняет он.
Между тем, Леонид Закиров несколько скептически оценивает данные приборы. «Нюанс их работы состоит в том, что их холодопроизводительность много меньше теплопроизводительности, поэтому они не способны одинаково эффективно решить как проблему отопления, так и охлаждения. Обычно их используют для полного покрытия теплопотерь в отопительный сезон, а в режиме охлаждения они позволяют сэкономить порядка 30-40% нагрузки от необходимого уровня холода»,- делает выводы он.
Монтаж и эксплуатация
Периодически потребитель сталкивается с тем, что установленный прибор не обеспечивает заявленных показателей. Причин тут множество, среди них и неправильная подборка прибора по теплоотдаче, и приобретение в целях экономии несертифицированной продукции. По словам Виктории Нестеровой, распространенной причиной неэффективности работы конвектора является неправильный монтаж всей отопительной системы, отсутствие необходимой гидравлической балансировки, экономия на терморегулирующем оборудовании. Все это приводит к недостаточной температуре в помещении, т.к. прибор не выдает требуемой мощности.
Александр Батаев отмечает, что при монтаже внутрипольных конвекторов следует учитывать особенности застывания бетонной стяжки пола. Во избежание давления на корпус и возможной его деформации необходимо заблаговременно подготовить в полу нишу для прибора. При установке конвектора в нише рекомендуется обмотать его корпус тепло-звукоизоляционным материалом. «Элементом невнимательного и непредусмотрительного отношения монтажников к своей работе является попадание строительного мусора внутрь приборов. Особенно опасно загрязнение движущихся частей вентиляторных моделей. Если во время эксплуатации не производится системная чистка приборов – это может привести к распространению вредных бактерий в помещении. При эксплуатации внутрипольных приборов отопления необходимо также учитывать, что их расположение в нише способствует попаданию внутрь пыли, волос домашних животных и т.п., поэтому необходимо системно производить чистку приборов пылесосом или влажной тряпкой при выключенном двигателе. В качестве дополнительной опции в конвекторах Möhlenhoff под решёткой возможна установка гигиенического фильтра по всей длине прибора»,- отмечает эксперт.
При выборе внутрипольного конвектора, кроме тепловых характеристик, важно также обратить внимание на его решетку, подчеркивает Алексей Сведомцев. «Это фактически единственный элемент конвектора, который будет постоянно попадаться на глаза при длительной эксплуатации. И чтобы ее вид сохранялся со временем, необходимо правильно выбрать тип решетки. Решетки рулонного и линейного типа из стандартного алюминиевого профиля выдерживают спокойное по ним хождение. Но бегать по ним, ставить туда решетки стремянки, стулья, столы и т.п. нельзя. Это может привести к деформации конструкции. Если предполагается нечто подобное при их эксплуатации, следует заказать более подходящие решетки, например, из стального профиля»,- резюмирует представитель "КЗТО "РАДИАТОР".