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.
Выбор за клинкером. Использование материала расширяется
В настоящее время все активнее в облицовке зданий задействуется клинкерный кирпич. Однако еще более масштабное использование этого материала в строительстве тормозит сравнительно высокая цена.
Около 70% производства кирпича в России приходится на его керамическую разновидность. Этот материал задействуется, в частности, в отделке и облицовке зданий. Клинкерный фасадный кирпич является видом керамического и занимает долю в размере примерно 20% в его производстве.
До недавнего времени значительная часть клинкерного кирпича импортировалась. Сейчас же на высоком качественном уровне его делают и отечественные производители. Кроме того, российские компании выпускают и клинкерную плитку для внутренней отделки стен и для дорожного мощения, в том числе как элемент благоустройства городской среды.
Игроки рынка напоминают, что для производства клинкера применяют тугоплавкие глины, а также специальные режимы обжига с температурой до 1200 °С. Для этого требуются совершенно иные печи, чем при обжиге обычного керамического. В результате получается строительный материал с очень высокими физико-химическими свойствами. В частности, клинкерный кирпич более прочен, чем его классический керамический собрат, морозоустойчив, может иметь различную текстуру и форму. По стойкости к истиранию клинкер превосходит бетон высоких марок в несколько раз. Стены из клинкерного кирпича долгие годы остаются в первозданном виде.
Сделано в России
Из-за использования более дорогого сырья и технологий в производстве клинкерный кирпич дороже обычного в среднем в полтора-два раза. По некоторым видам продукта – цена еще выше. Потребление его может меняться в зависимости от региона.
Коммерческий директор ООО «ТД Маттоне» Сергей Аляпкин отмечает, что покупательная способность большинства потенциальных клиентов в отношении клинкера, к сожалению, в настоящее время невысока. «Если будущий домовладелец остановился при выборе стеновых материалов на керамическом кирпиче, это уже замечательно. В целом потребление облицовочного и клинкерного кирпича за последние два-три года не выросло, а скорее отвоевывает утерянные позиции докризисного периода. За последние несколько лет на волне импортозамещения на рынке появились отечественные производители клинкерного кирпича. В том числе, его производит и наша компания», – добавляет он.
По словам начальника отдела региональных продаж ООО «ЛСР. Стеновые» Сергея Фёдорова, отечественные производители этого строительного материала не только с каждым днем укрепляют свои позиции на российском рынке, но более того – становятся поставщиками для Западной Европы. На рынке недвижимости Москвы, а в последнее время и Санкт-Петербурга, сохраняется тренд на облицовку объектов премиального сегмента клинкерным кирпичом. При этом, чем выше класс объекта, тем более редкий и уникальный продукт используется в отделке фасадов. Яркий пример подобных объектов – флагманский проект бизнес-класса «Группы ЛСР» в Москве «ЗИЛАРТ».
«Потребление клинкера, безусловно, показывает положительную динамику, в первую очередь благодаря высоким эстетическим и прочностным характеристикам продукта. Простой пример для иллюстрации: летом прошлого года спрос на фасадный клинкер был настолько высок, что загруженность складов к началу августа снизилась более чем на 40% по сравнению с августом 2018 года», – добавляет Сергей Фёдоров.
Больше цвета
Эксперты подчеркивают, что клинкерный кирпич за счет возможности «играть» с оттенками позволяет архитекторам и дизайнерам воплощать в жизнь неповторимые, уникальные решения.
«Если говорить о цветовых предпочтениях в последнее время, то можно выделить серые оттенки, ярко-белый и графит, набирают популярность миксы из трех-четырех цветов в разной пропорции. При этом постепенно применение в облицовке гладкого красного, желтого и коричневого кирпича становится признаком отсутствия вкуса, как бы грубо это ни прозвучало», – считает Сергей Аляпкин.
В компании «ЛСР. Стеновые» отмечают, что совсем недавно в предпочтении архитекторов был красный и коричневый клинкерный кирпич. Сейчас же они все чаще используют темно-бордовые, серые и черные цвета. В частности, фасадный клинкер черного цвета «Рейкьявик» (производства «ЛСР») стал хитом прошлого года. «Своим клиентам мы предлагаем широкую цветовую палитру готового клинкера, а под заказ возможно произвести практически любой оттенок. В этом году мы приготовили новинки для покупателей – более двенадцати цветов. Уже вышли три. Ассортиментная линейка будет продолжать расширяться», – заверили представители компании.
Мнение
Сергей Аляпкин, коммерческий директор ООО «ТД Маттоне»:
– Все больше клиентов делают свой выбор в пользу фактурного кирпича, не только клинкерного, но и облицовочного. Мы предлагаем, пожалуй, один из самых широких ассортиментов среди отечественных производителей. В прошлом году была выпущена первая производственная партия полнотелого фактурного кирпича ручной формовки WDF формата 215Х102Х65 мм в семи цветах. Он очень хорошо зарекомендовал себя, в 2020 году мы планируем наращивать его производство.
Положительный настрой. Развитие рынка стройматериалов
Производство и потребление многих отечественных строительных материалов продолжает расти. Российские продукты все активнее вытесняют с рынка иностранные аналоги и совершенствуют свои качественные характеристики.
По данным Росстата, по итогам 2019 года индекс промышленного производства в стране составил 102,4%, в сравнении с 2018-м. При этом данные по выпуску строительных материалов показали разнонаправленную динамику. В частности, за минувший год производство товарного бетона, согласно статистическим данным, выросло на 12%, ЖБИ – на 5,5%, фасадных керамических изделий – на 10,3% и т. д. При этом выпуск керамики для внутренней облицовки помещений снизился на 11,7%. Также в минус ушло производство шифера (–11%), силикатного кирпича (–2,7%) и т. д.
О разнонаправленной динамике производства и потребления стройматериалов говорят и игроки строительной отрасли. По словам генерального директора корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Владимира Маркова, в целом для рынка гидроизоляции в России был характерен рост доли продукции современного типа. В частности, сегмент битумно-полимерных материалов демонстрировал устойчивый рост – на 4,5% к 2018 году. При этом продолжилось падение спроса на рубероид (–15%).
Рынок теплоизоляционных материалов в 2019 году показал снижение на 1%. Но некоторые сегменты этого направления показали рост. Так, XPS (вспененный пенополистирол) вырос за счет замещения EPS (экструдированный пенополистирол), утеплитель PIR – за счет увеличения доли на на объектах с плоскими кровлями.
По оценке экспертов, по итогам 2019 года рынок сухих строительных смесей в целом будет в плюсе. Однако, как считает заместитель генерального директора по развитию ООО «Корпорация «КРЕПС» Мария Зборовская, в 2020 году этот продукт покажет прирост продаж не более 3-4%. «Это связано в большей степени со стагнацией рынка жилой и коммерческой недвижимости. По экспертным оценкам, только в 2021 – начале 2022 года будет четкое понимание по вопросам перехода на проектное финансирование. Также важным фактором является всеобщее снижение рентабельности девелоперских проектов. Как показал конец 2019 года, много мелких застройщиков признало себя банкротами и ушло с рынка», – отмечает она.
Результаты импортозамещения
В 2019 году сохранился и усилился тренд последних лет на вытеснение с рынка продукции зарубежного производства, замену ее отечественными аналогами. При этом иностранные игроки, не желающие покидать Россию, продолжали работу по локализации работы дочерних предприятий.
«Если говорить об общестроительных материалах, то можно уверенно утверждать, что доля импорта крайне мала. Первый скачок в сторону уменьшения в данном сегменте произошел еще в 1998 году, когда была первая девальвация рубля. До этого времени доля западных материалов была очень велика, однако после кризиса 1998 года она снизилась примерно до 10%. Импорт остался лишь в некоторых консервативных областях. Волна кризиса 2008 года и нынешняя ситуация свели к минимуму присутствие иностранных материалов на российском рынке. Если говорить о сохранившемся импорте в строительстве, то это прежде всего отделочные материалы: плитка, обои, некоторые виды красок. Чаще всего западные товары представлены в дорогом, так называемом элитном сегменте. Важно понимать, что импорт зарубежной продукции в Россию сейчас просто экономически не оправдан. С учетом логистических расходов они становятся супердорогими», – подчеркивает Владимир Марков.
Расширение ассортимента отечественных строительных материалов отмечают и ритэйлеры. Директор по сорсингу «Леруа Мерлен» Руслан Хакало сообщил, что на данный момент торговая сеть сотрудничает более чем с 1600 поставщиками – и доля российских, включая дистрибьюторские компании, составляет 77%, увеличившись за последние три года на 6%. «В ближайшие годы мы планируем довести долю отечественных компаний до уровня не менее 80%. Число локальных поставщиков должно превысить 300. Долю российских товаров рассчитываем увеличить до 70%», – отметил он.
Выбирая качество
Еще один тренд – улучшение качественных характеристик многих отечественных стройматериалов. Это связано со внедрением в ряде сегментов новых норм и стандартов. В частности, по мнению Марии Зборовской, большое влияние на рост качества сухих строительных смесей оказало событие 2018 года – введение обязательного декларирования соответствия продукции ГОСТам. В результате некоторые производители отказались от продаж некачественного продукта.
Кроме того, многие предприятия, выпускающие стройматериалы, за последние два-три года провели модернизацию. Это также положительно отразилось на качестве продукции. Правда, очень часто из-за экономии средств как застройщики, так и физлица используют в строительстве самые бюджетные варианты.
В настоящее время многие российские продукты, как рассказывает Владимир Марков, уже соответствуют мировым требованиям. Ярким подтверждением этому служит экспорт отечественных стройматериалов не только в страны СНГ, но и в Европу, Азию. В целом же развитие всегда подразумевает обмен опытом. А это значит, что российские компании могут учиться у мировых лидеров производства, совершенствовать технологии и сами материалы.
Сейчас отечественная продукция, как добавляет Руслан Хакало, хорошо представлена в сегментах общестроительных материалов, столярных изделий, керамической плитки, лакокрасочной продукции, мебели, продукции из дерева, сантехники, товаров для сада. «По уровню качества сейчас российские производители не уступают китайским и европейским. Причем, если возникают замечания, компании РФ готовы вносить изменения и дорабатывать продукцию, с тем чтобы повысить уровень качества. Однако хотелось бы большей гибкости, какую, например, демонстрируют китайские производители. Они готовы на одном предприятии выпускать продукцию разного качества и с разными свойствами, в зависимости от требований клиентов. Это позволяет им изготавливать товары для самого широкого круга покупателей», – резюмирует специалист.
Мнение
Владимир Марков, генеральный директор корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Повышение качества – это беспрерывный процесс. Мир меняется, вместе с ним меняются, в частности, и строительные материалы. Производство постоянно изучает потребности потребителей, так на рынке появляются новые технологии и решения – более удобные в монтаже, с большим сроком службы. Яркий пример – самоклеящиеся материалы для гидроизоляции. Они отлично справляются с функцией защиты от влаги, но при этом с их монтажом может справиться абсолютно любой человек. Ведь чтобы снять защитную пленку с самоклеящегося слоя и приклеить полотно к поверхности, специальные навыки не нужны. Долговечность становится приоритетом. Преждевременные ремонты и реконструкции никому не нужны.
Александр Кисилёв, заместитель главного инженера АО «ПО «Баррикада»:
– Наше предприятие полностью ушло от применения агрегатно-поточной технологии в сторону более экономичных и совершенных – конвейерных и стендовых, позволяющих максимально повысить эффективность производства. Результатом проведенной к настоящему времени модернизации стало увеличение выпуска готовых изделий с единицы площади в два раза, сопровождающееся сокращением общезаводских расходов. Применение таких материалов, как современные химические добавки в бетон, новые классы арматурных сталей, в сочетании с новым оборудованием, – обеспечивает положительный экономический эффект, а также повышает технологичность производственного процесса. Это в конечном итоге положительно сказывается на качестве готового продукта и позволяет предприятию не только уверенно чувствовать себя на высококонкурентном рынке строительных материалов, но и соответствовать высокому статусу предприятия, допущенного к поставке своей продукции в Вооруженные силы России.