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.
BetON conf: эффективная площадка для обмена опытом
На VIII Международной конференции BetON conf, проведенной компанией «Полипласт» в Москве, эксперты обсудили актуальные вопросы внедрения современных технологий в производстве бетона и химических добавок.
Форум собрал более двухсот специалистов из России, Германии, Украины, Казахстана и Белоруссии. Среди них – представители ведущих производителей товарного бетона и ЖБИ, отраслевых общественных организаций и вузов.
Стоит отметить, что с этого года данное мероприятие (ранее оно называлось Всероссийская конференция производителей бетона) обрело новое название: BetON conf. Оно подчеркивает его новый международный уровень, еще более объемное и насыщенное содержание.
Открыла конференцию заместитель генерального директора по сбыту и маркетингу ООО «Полипласт Новомосковск» Юлия Кабанова. Она подробно рассказала о текущей деятельности компании, новых продуктах и задействованных технологиях. Юлия Кабанова подчеркнула, что в настоящее время «Полипласт» является лидером в производстве химических добавок для бетона.
Начальник строительной лаборатории НТЦ АО «ГК Полипласт» Ирина Вовк выступила с докладом о последних изменениях в ГОСТ для бетонной отрасли. Информация о нормативных новшествах вызвала большой интерес как производителей, так и потребителей бетонной продукции. Директор НТЦ АО «ГК Полипласт» Анатолий Вовк рассказал о работе возглавляемого им Научно-технического центра компании, особенностях применения добавок в бетон на объектах и площадках. Заместитель руководителя НТЦ ООО «Полипласт Северо-Запад» Наталья Калиновская продолжила тему новых разработок компании. В своем докладе она презентовала решения для дорожного и аэродромного бетона.
С большим интересом все участники конференции выслушали сообщение профессора, директора Института органической химии Мюнхенского технического университета Йохана Планка. Он рассказал о современных технологиях производства бетона и химических добавок в него, которые сейчас применяются за границей. Некоторые технологические решения, задействованные в зарубежных странах, стали открытием для российских компаний. Исполнительный секретарь НП «Союз производителей бетона» Олег Сухарев в своем докладе представил новые вводные о порядке декларирования бетона. Они должны помочь повышению качества строительных материалов.
Отдельный блок конференции был посвящен цементу. В его рамках выступили представители компаний «Евроцемент Групп», «Хайдельберг Цемент», «ЛафаржХолсим». Они рассказали о перспективах развития отрасли и презентовали свои новинки.
Все участники BetON conf высоко оценили прошедшее мероприятие. Они выразили надежду встретиться на этой площадке и в следующем году.
Стоит добавить, что в течение всего года компания «Полипласт», в том числе и в Санкт-Петербурге, проводила для представителей строительной отрасли семинары. Благодаря этим мероприятиям удалось очертить круг проблем, интересующих строителей, и подобрать соответствующую базу для выступлений экспертов.
Мнение
Александр Сурков, начальник отдела качества ООО «ЛСР. Бетон»:
– Хочется отметить выступление каждого докладчика. Было интересно и полезно узнать о последних изменениях в ГОСТ бетонной отрасли, разработках в области дорожного строительства, тонкостях производства самоуплотняющихся бетонов, что позволило проанализировать и свой подход к этому сегменту рынка. Также спикеры подняли наиболее актуальную тему для российского рынка бетона – проект ГОСТ Р «Оценка соответствия. Правила декларирования соответствия смесей и растворов строительных».
Можно точно сказать, что такие мероприятия необходимы, ведь они дают возможность пообщаться с коллегами из самых разных уголков нашей страны и зарубежья, перенять опыт и насытиться актуальной информацией.
Факторы энергоэффективности
Российские предприятия все активнее занимаются выпуском энергоэффективной продукции, при этом оптимизируют свои технологические решения для снижения потребления энергоресурсов.
По данным Минэкономразвития РФ, за последние три года объемы производства энергоэффективной продукции, применяемой в строительстве, ЖКХ и других отраслях, в стране выросли более чем на треть. В ведомстве, с февраля 2019 года курирующего сферы энергосбережения и энергоэффективности, тенденцию объясняют несколькими факторами. По мнению чиновников, объемы производства энергоэффективной продукции выросли благодаря действию федеральных и региональных программ, направленных на стимулирование ее выпуска, в том числе на уровне госзаказа. Второй фактор – технологический. Изготовление энергоэффективных продуктов способствует оптимизации на предприятиях самих производственных процессов, снижению потреблению ресурсов.
Компании, занимающиеся выпуском энергоэффективных материалов, также отмечают растущий спрос рынка на такую продукцию. Ориентируясь на потребителя, они расширяют линейку таких продуктов, наращивают их объемы производства.
Заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia Дмитрий Бернт сообщает, что в настоящее время предприятие выпускает крупноформатное листовое стекло с энергоэффективными покрытиями различного функционала. Они имеют сниженный коэффициент излучательной способности. Такие покрытия придают стеклу теплосберегающие свойства – контролируют теплопотери в холодное время года и снижают необходимость кондиционирования помещений в жаркие солнечные дни. «Другой возможный функционал стекол с покрытиями – контроль инсоляции (интенсивности светопритока). Линейка стекол Pilkington Suncool, к примеру, позволяет подобрать остекление с оптимальным для конкретного региона балансом светопропускания и солнечного фактора. В результате можно прилично сэкономить на искусственном освещении помещений, так как максимально эффективно используется естественное. Данная продукция используется при фасадном остеклении зданий», – отмечает он.
На фото: Штаб-квартира «Новатэк»
По словам начальника технического отдела ООО «ИВАПЕР» Сергея Молоткова, профильные системы компании предназначены для изготовления энергоэффективных окон и дверей, способствующих сокращению теплопотерь, созданию здорового климата и повышению шумоизоляции жилых и нежилых помещений. Только за последние 5 лет системы IVAPER были установлены более, чем в ста жилых комплексах Петербурга. По сравнению с обычными, энергосберегающие окна, например, из морозостойкого профиля «ИВАПЕР 70» позволяют экономить до 10 тыс. рублей за отопительный сезон в трехкомнатной квартире.
«Еще одно энергоэффективное решение, которое мы продвигаем, но которое пока находит применение только в частном строительстве – это встроенные рольставни. Во-первых, использование этих конструкций позволяет на треть увеличить энергоэффективные характеристики окна. Во-вторых, короб рольставень полностью скрыт за внешней отделкой здания, поэтому они не портят фасад и не уменьшают световой проем. Также рольставни надежно ограждают дом от уличного шума, взлома и посторонних взглядов. А в нашем регионе обеспечат комфортный сон в период белых ночей», – отмечает Сергей Молотков.
Согласно формуле
Руководитель направления «Энергоэффективность зданий» компании ТЕХНОНИКОЛЬ Станислав Щеглов рассказывает, что компания производит теплоизоляционные материалы на основе каменной ваты, экструзионного пенополистирола (XPS) и жесткого пенополиизоцианурата (PIR). Каждый из этих видов теплоизоляции активно применяется при строительстве энергоэффективных зданий и сооружений, поскольку обладает целым рядом преимуществ. Эксперт считает, что термин «энергоэффективность» как в России, так и в остальном мире в 99% случаев используется некорректно. Чаще всего он подразумевает только энергосбережение, что неполно и, соответственно, неверно.
На фото: Лофт-квартал Docklands, Петербург
Для того, чтобы говорить об энергоэффективности, собственнику необходимо располагать как минимум двумя показателями, отмечает Станислав Щеглов. Первый – величина энергосберегающего эффекта, который та или иная мера обеспечивает. Он может выражаться в кВтч, МДж, Гкал. Обозначается, как правило, в виде символа ∆Э. Это величина физической экономии энергии, численно равная разнице между расходом энергии при эксплуатации до внедрения энергосберегающего мероприятия и после. Второй показатель – размер единовременных капитальных затрат на внедрение новой энергосберегающей меры.
Располагая двумя этими показателями, можно рассчитать величину простой окупаемости мерероприятия, как отношение ∆К.З./∆Э (капитальные затраты / энергосберегающий эффект). Решение, продукция или технология, речь может идти о чем угодно – то, что будет иметь наименьшее значение разницы ∆К.З./∆Э, как раз и можно назвать особо энергоэффективным.
Станислав Щеглов добавил также, что приемлемый для собственника эффект зависит от большого числа факторов. Ключевой из них – выбор в пользу минимального из всех возможных вариантов размера отношения показателей капитальных затрат и энергоэффективности, а также фактор физической готовности инвестора выдержать минимальный срок окупаемости, который получается по расчету.
Снижая расходы
По мнению экспертов, энергоэффективная продукция не может производиться на устаревшем оборудовании и высоком потреблении энергетических ресурсов. В частности, как отмечает директор департамента стратегического развития компании EKF Дмитрий Кучеров, на практике часто на предприятиях основные средства уходят на замену обычных лампочек энергосберегающими. Тогда как большая часть электроэнергии, порядка 60%, обычно расходуется на вращение асинхронных электродвигателей – приводов насосов, вентиляторов, воздушных и холодильных компрессоров, подъемных машин. Поэтому насосное оборудование – тот сектор, где следует повышать энергоэффективность в первую очередь.
«Одним из наиболее перспективных способов энергосбережения в этой области является переход на частотно регулируемый электропривод. Он состоит из двигателя, работающего на электроэнергии, и преобразователя частот. Коэффициент полезного действия последнего может достигать 98%. Для повышения энергоэффективности промышленных предприятий предназначена наша собственная разработка – преобразователи частоты Vector. Внедрение такого продукта на насосной станции заводоуправления в одном из российских городов позволило ощутимо повысить ее экономическую и эксплуатационную эффективность», – подчеркнул Дмитрий Кучеров.
Мнение
Дмитрий Бернт, заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia:
– Отдельно, как особо качественную энергоэффективную продукцию, я бы выделил, например, сравнительно недавно выпущенное на рынок всесезонное стекло Pilkington Lifeglass Plus. Его главная особенность – в высоком уровне светопропускания и высокой селективности, характерной для более темных на просвет стекол с покрытиями. Другими словами, Pilkington Lifeglass Plus пропускает в помещение максимум естественного света, сохраняет тепло в холодное время года и защищает дом от перегрева в жаркие солнечные дни, что особенно актуально для южных и юго-восточных регионов РФ и стран СНГ.
Сергей Молотков, начальник технического отдела ООО «ИВАПЕР»:
– Производственный комплекс «IVAPER оконные системы» оснащен собственным автономным энергоблоком нового поколения с повышенным КПД, что позволило в три раза минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. На производстве внедрены энергосберегающие технологии, в частности, гильотинная резка готового профиля. Освещение производственных и офисных помещений осуществляется исключительно с использованием светодиодных и энергосберегающих осветительных приборов. Отработанные энергосберегающие лампы обязательно утилизируются. Современное производственное оборудование с частотными преобразователями позволяет выбирать наиболее оптимальный режим производительности и энергопотребления.