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.
Никита Тарбин: «Российское высокотехнологичное стекло востребовано на мировом рынке»
Российский завод Pilkington Glass Russia (холдинг SP Glass) в настоящее время до 40% производимого стекла отправляет на мировые рынки. Об особенностях международных поставок высокотехнологичной продукции «Строительному Еженедельнику» рассказал директор по экспортным продажам SP Glass Никита Тарбин.
– Какова география поставок стекла Pilkington, выпускаемого в России?
– Продукция Pilkington Glass Russia сейчас представлена во множестве стран. Если брать ближнее зарубежье, то поставки стекла идут в страны СНГ, Балтии. В Центральной Европе – в Польшу, Румынию. Активно работаем со странами балканского региона. Большой объем поставок осуществляется на Ближний Восток (Объединенные Арабские Эмираты, Израиль), в Южную Азию (Индия), в Юго-Восточную Азию (Вьетнам). Из совсем дальних мест, куда осуществляются поставки стекла, могу отметить Мексику, Коста-Рику в Центральной Америке, а также Австралию и Новую Зеландию.
– По сути, вы представлены почти во всем мире. Чем это можно объяснить?
– Большая часть поставляемой нами продукции — это высокотехнологичные мультифункциональные стекла с нанонапылением, изготовленные по технологии Double Silver. Благодаря выдающимся характеристикам по светопропусканию, теплосбережению и солнцезащите они идеально подходят для стран как с холодным, так и жарким климатом. К примеру, в странах Балтии, Скандинавии пользуются спросом стекла с нейтральным оттенком, высоким светопропусканием, которые хорошо сохраняют тепло. В южных странах – стекла с более темными оттенками, которые отражают солнечную тепловую энергию и снижают прогрев помещений, давая тем самым возможность снизить расходы потребления электроэнергии на охлаждение помещений.
В основном стекла с напылением, изготовленные на заводе Pilkington Glass Russia, используются при строительстве коммерческих объектов: бизнес-центров, торговых и спортивных комплексов. Но при этом во многих регионах наша продукция применяется и при строительстве жилых комплексов, так как стекла Pilkington помогают обеспечить оптимальный микроклимат в помещениях и улучшить комфортность жизни людей.
Безусловно, свою роль играет и экономический фактор. На фоне относительно слабого рубля растет спрос на российскую продукцию. Приобретать наши стекла, которые уже подтвердили свое качество, зарубежным клиентам стало финансово очень выгодно, чем они активно в настоящее время и пользуются.
– Какова сейчас доля экспорта вашей продукции?
– Мы начинали в 2016 году с доли экспорта в 10–15%. Сейчас мы экспортируем до 40% продукции. При условии, что курс рубля в ближайшее время останется приблизительно таким же, в обозримом будущем поставки за рубеж мы можем довести до 50–60% от общего производства стекла.
Добавлю, что в этом году SP Glass создала экспортное подразделение, которое будет отвечать за международные поставки не только стекла, но и продукции из него, в том числе и наших оконных решений, над которыми мы активно работаем.
На фото: Бизнес-центр «Академия», Минск (стекло Pilkington Suncool® 30/16 Pro T)
– Есть ли особенности перевозки вашей продукции?
– Стекло – продукт «нежный». Если оно отправляется на сравнительно небольшие расстояния (до 2–3 тыс. км при перевозке автотранспортом), то обклеивается специальной пленкой, которая защищает его от возможных повреждений, а по периметру используется силикагель, который убирает лишнюю влагу.
На дальние расстояния перевозка, как правило, осуществляется мультимодальным способом с использованием различных видов транспорта – наземного и морского. К конечному потребителю стекло приходит в морских контейнерах – открытых или закрытых, зависит от размера стекла. Поэтому кроме защитной пленки используются специальные деревянные контейнеры, которые помогают довезти груз в целости.
– Отличаются ли международные стандарты производства стекла от российских?
– Стекла с нанонапылением, изготовленные Pilkington Glass Russia по технологии Double Silver, выпускаются в полном соответствии с требованиями европейских стандартов серии EN1096. Кроме того, компания получила сертификат и постоянно подтверждает соответствие деятельности требованиям международного стандарта ISO 9001:2015, в область сертификации которого входит и система контроля качества продукции.
В России отсутствуют обязательные к применению стандарты на многофункциональные стекла. Но так как даже на российском рынке присутствуют международные компании, которые предъявляют высокие требования к продукции, нами было принято решение поставлять на российский рынок продукцию, выпущенную в соответствии с европейскими стандартами.
Требования нормативов других стран, как правило, мягче или гармонизированы с европейскими стандартами. В случае, если в какой-либо стране (например, в Белоруссии или Малайзии) присутствуют дополнительные обязательные требования, наши специалисты готовы оценить и дополнить систему контроля качества необходимыми испытаниями и подтвердить соответствие нашей продукции этим нормам.
Пионеры технологий
Игроки строительной отрасли все активнее используют в работе новые технологии. Тем не менее, более глубокому внедрению инноваций мешает несовершенство нормативно-законодательной базы.
За последние 10-15 лет в России существенно изменились как технологии строительства, так и применяемые при возведении зданий, дорог материалы. Появились IT-решения, позволяющие ускорить строительство. Также ряд российских производителей начал выпуск современной продукции, на которую обратили внимание даже за рубежом.
Вице-президент корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Евгений Войлов отмечает, что инновационный продукт отличается в первую очередь тем, что он выгоднее, эффективнее, полезнее в долгосрочной перспективе, чем существующие аналоги. В любом случае инновационные материалы обладают весомыми преимуществами – это либо способность на порядок лучше остальных справляться со своими задачами, либо привлекательная стоимость. По этой причине они быстро находят дорогу к потребителю.
Если на этом пути будет меньше нормативных препятствий, то все только выиграют. С этой точки зрения, основная поддержка государства состоит в адаптации существующей законодательной базы к современным условиям, считает он.
«Каждый год наша продуктовая линейка пополняется новыми материалами. Так, на рынок была выведена базальтовая теплоизоляция GreenGuard. При ее производстве применяется биополимерное связующее органического происхождения. Оно абсолютно безопасно для здоровья человека и активно используется в детских средствах гигиены», – отмечает Евгений Войлов.
Руководитель отдела маркетинга подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF Марица Закржевская также полагает, что нужна поддержка производителей инновационных продуктов. По ее мнению, несмотря на то, что многие американские и европейские стандарты берутся за основу и внедряются в нашей стране, необходимо активнее стимулировать развитие нормативной базы во всех сегментах и внедрять инновации во всех областях, имеющих отношение к строительству: в проектировании, управлении процессами, производстве материалов, культуре работ, оборудовании, контроле качества и экспертизе. «Из последних выпускаемых нами новинок можно назвать состав MasterFlow 648 – эпоксидную подливку под оборудование. Продукт позволяет повысить скорость и надежность монтажа компрессоров, генераторов, турбин, прокатных и волочильных станов, рельсовых кранов и любых других механизмов, которые требуют оптимизированной передачи нагрузки, демпфирования вибраций для защиты от износа», – рассказывает специалист.
Прямая финансовая поддержка производителей уникальной продукции – скорее всего, не самое актуальное пожелание рынка, продолжает тему специалист по архитектурным проектам компании SP Glass Александр Круглов. «Важнее, чтобы государство создало возможности эффективной работы таких компаний. В частности, стекольная отрасль остро нуждается в корректировке нормативной базы. В этом плане можно ориентироваться на стандарты, принятые в европейских странах. Кроме того, конечно же, важна информированность потенциальных потребителей о новых продуктах, в том числе через форумы, конференции, ориентированные на строительный рынок», – добавил он.
Директор по продажам H+H Сергей Терехов напоминает, что компания в этом году отмечает десятилетие работы на российском рынке и всегда была одним из пионеров в области инноваций в сфере производства газобетона. «Мы занимаем 36% регионального рынка, постоянно разрабатываем новые продукты, ищем интересные технические решения, которые ускоряют и облегчают строительный процесс. Так, опираясь на пожелания наших клиентов и партнеров, мы начали производство блоков для устройства перегородок высотой 250 мм и толщиной 75 мм. Это самый тонкий перегородочный блок на рынке Северо-Запада. Благодаря такой небольшой толщине перегородки удается обеспечить больше свободного и полезного пространства в помещении при перепланировке, проведении ремонта или дополнительном утеплении стен», – отметил он.
Мнение
Михаил Голубев, генеральный директор ЗАО «Северо-Западная Строительная Корпорация»:
– Так как ЖК «Прибрежный Квартал» является интегратором различных технологий в области урбанизма, архитектуры и строительства, мы используем множество новаций. Это касается и производства, и так называемых soft-технологий социально-коммуникационного характера. Мы начали сотрудничество с первым городским цифровым акселератором (CDA), созданным «Клубом лидеров» при поддержке Администрации Санкт-Петербурга. Там работаем со стартап-компаниями VITEX (пленочные системы нагрева для экстремальных условий эксплуатации), LEGO 2035 (конструкции для мобильного жилья и коммерческого характера), а также с компанией «Импульс: Интернет машин» (IoT-технологии в эксплуатации жилья). Широко используем композитную арматуру и передовые марки бетона с добавками, который нам поставляет компания, заливавшая бетон на небоскребе «Лахта Центр». В коммуникационных технологиях работаем над приемами тактического урбанизма, которые дают возможности объединения личных и общественных запросов при развитии территории, ландшафтного дизайна и благоустройства. Также думаем над программами арендного жилья с использованием коливингов и флэтшэринга.