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.
ROSSTRO-VELOX: экономия и энергоэффективность
Технология ROSSTRO-VELOX обеспечивает высокое качество и скорость строительства при значительном снижении затрат, а также повышает энергоэффективность возведенных объектов.
ROSSTRO-VELOX – это технология монолитного строительства с утепленной несъемной опалубкой из щепоцементной плиты. Может применяться при возведении как высотных, так и малоэтажных жилых домов, офисных, производственных зданий, торговых комплексов и т. д. В соответствии с ней, при строительстве дома в ходе одного производственного процесса проводится монтаж опалубки и утепление здания. Благодаря совмещению существенно сокращаются сроки, трудозатраты и стоимость строительства.
Комплексное производство
Технология была разработана в середине прошлого века австрийской семейной фирмой VELOX WERK GmbH. Затем она распространилась в ряде других европейских стран под брендом VELOX. В 1999 году ФПГ «РОССТРО» получила подряд на строительство коттеджного поселка в Сосновом Бору (Ленобласть), где впервые применила данную технологию. Она оказалась настолько эффективной, что в 2003 году компания открыла в Кингисеппе первый завод по выпуску щепоцементных плит VELOX. Также «РОССТРО» совместно с австрийскими партнерами стала патентообладателем и совладельцем этой строительной системы, которая получила название ROSSTRO-VELOX.
В настоящее время на трех производствах ФПГ «РОССТРО» в Кингисеппе производится полная номенклатура данной продукции. Все плиты имеют стандартный размер 2000х500 мм. Их толщина составляет 25, 35, 50, 75 мм. Они легко комбинируются с металлическими, деревянными, кирпичными и панельными конструкциями. Материал опалубки позволяет воплощать сложные архитектурные формы и декоративные элементы фасада.
Кроме того, с 2016 года «РОССТРО» выпускает щепоцементные блоки. Они предназначены для устройства ограждающих строительных конструкций. Производится четыре вида продукции. Это полнотелый блок с размерами 190х190х390 мм (ширина / длина / высота), пустотный с аналогичными параметрами, а также пустотные с размерами 120х190х390 и 90х190х390 мм.
Щепоцементные плиты и блоки имеют поверхность различной степени шероховатости, открытую пористую структуру, способствующую хорошему сцеплению с кладочным раствором и нанесению штукатурного слоя на поверхность стен.
Стоит отметить, что в домах, построенных по технологии ROSSTRO-VELOX, очень часто делается ребристое монолитное перекрытие. В качестве несъемной опалубки применяются пустотные короба перекрытия, которые также выпускаются «РОССТРО». Их размер определен размером плит и составляет 200х50 см. В зависимости от пролета и нагрузки на перекрытия короба выпускаются стандартной высотой 170, 220, 260 мм для пролетов до 7,7 м. При пролетах до 14 м высота коробов определяется дополнительным расчетом.
Кроме того, для крепления щепоцементных плит «РОССТРО» наладило производство металлических стяжек. Выпускаются пять их видов: односторонние, двухсторонние, для перекрытия, промежуточные, для ростверка. Размеры стяжек зависят от проектных данных конструкций. Таким образом, компания может обеспечить подрядные организации и граждан, занимающихся индивидуальным строительством, полным комплектом материалов, необходимых в работе.
Фактор экономии
Специалисты отмечают, что в настоящее время технология ROSSTRO-VELOX сохраняет свою популярность и востребованность. Это связано с тем, что она обеспечивает высокое качество и скорость строительства, при экономии финансовых и трудовых затрат. Данный фактор очень важен как для массового, так и индивидуального домостроения.
В частности, для Петербурга и Ленобласти себестоимость строительства коробки дома площадью до 200 кв. м с использованием этой технологии у подрядчика составляет около 9145 рублей за 1 кв. м; если работать собственными силами – 6804 рублей. Это существенно дешевле по сравнению с другими вариантами, подчеркивают представители «РОССТРО». Проведенные расчеты показывают, что себестоимость строительства домов по технологиям монолитного строительства в несъемных опалубках других производителей получается дороже на 8–24%, из газобетона – на 43%, из пенополистиролбетона – на 35%, а из кирпича – на 85%.
Работы по технологии ROSSTRO-VELOX позволяют достичь экономии как при проектировании и возведении объектов, так и на стадии их эксплуатации. В частности, отсутствие мощной крупногабаритной подъемной техники, незначительная по размеру стройплощадка – существенно снижают себестоимость строительства. Компактность и низкий вес материала позволяют значительно экономить на транспорте, фундаментах и меньшем армировании конструкций. Стена ROSSTRO-VELOX толщиной 340 мм полноценно заменяет метровую стену из эффективного кирпича, увеличивая полезную площадь здания. На стройплощадке не надо организовывать складирование материала. Все, что поступает на стройку, тут же идет в работу.
Кроме того, при использовании щепоцементных плит можно сэкономить время при внешней отделке дома. При соблюдении аккуратности построенная коробка максимально подготовлена под чистовые работы. Штукатурка крепко схватывается с поверхностью плит, что значительно увеличивает сроки между ремонтами.
Сохранить тепло
Другие немаловажные преимущества технологии ROSSTRO-VELOX – это экологичность и энергоэффективность. Основа щепоцементных плит – еловая щепа. Пористая структура обеспечивает отличный воздухообмен, в помещениях создается микроклимат, как в деревянном доме. В процессе эксплуатации здание не выделяет в окружающую среду никаких вредных, загрязняющих веществ.
Кроме того, высокое сопротивление теплопередаче наружных щепоцементных стен ROSSTRO-VELOX позволяет на 40% снизить расходы на отопление домов. Эта особенность подтверждена исследованиями специалистов. За счет своего состава плита и утеплитель не пропускают внутрь дома холод или жару с улицы. Также монолитная структура без швов и стыков исключает появление «мостиков холода», образующихся при строительстве из блочных материалов. Стоит добавить, что толщина теплоизоляционного слоя легко варьируется в зависимости от нормативных требований по теплотехнике и пожеланий заказчика. Причем при изменении толщины утеплителя можно существенно уменьшить теплопотери, при незначительном удорожании материала.
Таким образом, объекты, построенные по данной технологии, можно считать соответствующими всем требованиям «зеленого» строительства и внедряемым стандартам энергоэффективности. Кстати, в настоящий момент материалы ROSSTRO-VELOX все активнее задействуют и в капитальном ремонте многоквартирных домов. Сформировавшийся тренд свидетельствует о действительно положительном эффекте применения этой технологии.
Мнение
Владимир Мамсуров, президент ООО «Велокс-Лайф»:
– Для ответа на главный вопрос – о соответствии домов VELOX нормативу энергосберегающего здания – несколько лет назад мы провели эксперимент. В построенном нами в Подмосковье одноэтажном жилом доме с мансардой, общей площадью 165 кв. м, до заселения людей в помещениях установили контрольное оборудование и электрические нагреватели с автоматическим режимом. Также мы рассчитали немецкий норматив энергосбережения для такого объекта. Показания снимались бесперебойно в течение месяца (а это был февраль) два раза в день: в 10:00 и в 22:00. В итоге фактическое потребление электроэнергии за месяц превысило немецкий норматив в 8480 кВт всего на 1%, что лежит в зоне погрешности подобных измерений. Учитывая то, что эксперимент и замеры проходили в отсутствие жильцов, данной погрешностью можно пренебречь, поскольку известно, что проживание семьи в доме автоматически приводит к повышению температуры на 3-4 градуса, давая соответствующую экономию отопления.
Игорь Коваль: «Действующие ГОСТы для добавок в бетон серьезно устарели»
Существующая нормативная база по разработке и применению добавок в бетон требует коррекции. Такие выводы делает руководитель научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. По его мнению, устаревшие ГОСТы не только не позволяют оценивать фактическую эффективность современных добавок, но и тормозят развитие рынка.
– Игорь Валерьевич, действительно ли действующая нормативная документация, а именно ГОСТы на химические и минеральные добавки в бетон, не отвечает запросам производителей?
– К сожалению, это так. Поэтому коррекция нормативов, касающихся применения добавок в бетоне, необходима. Один из важных отраслевых ГОСТ 30459-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности» не пересматривается уже 12 лет. Ряд методик уже не соответствует реальности, они устарели по номенклатуре типов добавок, технологиям производства конструкций, применения бетонов в холодный период года.
В частности, ГОСТ 30459-2008 при оценке эффективности добавок для ЖБИ использует режим прогрева +80 °С. При этом сравнение ведут на контрольном бездобавочном бетоне с величиной осадки конуса ОК = 1–4 см (марка смеси П1) и бетонах с суперпластификатором с ОК = 21 см (марка смеси П5). Техническая проблема в том, что в бетонах с абсолютно разными марками смеси П1 и П5 и неизменной величиной водоцементного отношения в 95% случаев результаты не покажут идентичную прочность – в частности, за счет действия расслоения смеси и погрешности испытаний.
Кроме того, температура +80 °С практически не используется в ЖБИ, КПД, ДСК и отрицательно влияет на физико-механические характеристики бетона по прочности и особенно на параметр качества – долговечность. Производственные режимы на современных продуктах и технологических линиях ограничены +50–60 °С. В связи с этим методика с оценкой при +80 °С и марках смеси П1 против П5 (ОК = 21 см и более), которая в реальности также не используется на заводах ЖБИ (за исключением СУБ или «кассет»), не позволяет оценивать эффективность добавок, т. е. нарушены смысл и цели, декларируемые в данном ГОСТ.
– Какие еще есть несоответствия?
– Серьезные проблемы с методикой оценки эффективности противоморозных добавок по «теплому» и «холодному» методам. Если первый метод используется на практике, то по второму, «холодному», оценить противоморозный эффект добавок почти невозможно. Даже обычные добавки-пластификаторы и просто бездобавочный бетон часто оказываются противоморозными. «Секрет Полишинеля» заключается во времени выдерживания бетона при оттаивании в нормальной температуре (+20 °С). Причем разрешенное время оттаивания до испытаний – от 24 до 48 часов – принимается согласно ТУ производителя добавок. На практике при температуре в теле бетона –12-15 °С не существует химических компонентов, обеспечивающих гидратацию цемента при условии использования добавок в разрешенном нормативами количестве не более 5% от массы цемента. Из этого следует, что бетоны, выдерживаемые по «холодному» методу, не твердеют на проверяемой минусовой температуре и прочность набирают из пластичного состояния смеси сразу после оттаивания за 24 или 48 часов. Ряд технических возможностей и адекватная оценка поликарбоксилатных добавок, несмотря на их активное применение, остались «за бортом» нормативов.
– Помогает ли сертификация добавок в бетон качественному развитию рынка стройматериалов?
– Сертификация – это важно и нужно! Вопрос заключается в квалификации и опыте оценивающих продукцию (бетон). Это скорее вопрос доверия к проверяющим и контролирующим органам, чем к самой процедуре, которая введена правильно.