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.
Александр Круглов: «Стекла с нанопокрытием помогают экономить энергию и деньги»
Курс на энергоэффективность, взятый в строительстве и ЖКХ, невозможен без внедрения в эти отрасли современных технологий производства стекла. В этом уверен специалист по архитектурным проектам компании SP Glass Александр Круглов. Он рассказал «Строительному Еженедельнику» о том, как стекла с нанопокрытием, производимые заводом Pilkington Glass Russia (входит в холдинг SP Glass), помогают повысить комфорт в помещениях и экономить денежные средства.
– В чем особенности стекла с напылением, которые выпускает Pilkington Glass Russia? Более ли затратно его производить, чем обычное?
– Стекла с напылением мы начали выпускать в 2014 году. Суть в том, что на стекло наносится специальное покрытие, которое придает ему дополнительные характеристики и свойства. В Pilkington Glass Russia с помощью специальной вакуумно-магнетронной установки на стекло, среди десятка других функциональных слоев, наносится и серебро толщиной в 12 нанометров. Его можно назвать нанонапылением, такие слои не видны человеческому глазу.
На фото: Магнетронная установка для нанесения энергоэффективных покрытий на заводе Pilkington Glass Russia
Серебро позволяет придать обычному стеклу уникальные энергоэффективные свойства. Благодаря минимальному расходу сравнительно недешевого металла производство мультифункционального стекла не намного затратнее обычного.
– А отличается ли стоимость стеклопакетов с нанопокрытием от более стандартных?
– Они стоят немного дороже, но не в разы. Вместе с тем, в отличие от стандартных стеклопакетов, они позволяют экономить. К примеру, эксплуатация кондиционеров в летний период, батареи с повышенной температурой в холодное время приводят к тому, что собственник несет дополнительные финансовые расходы на оплату электроэнергии, теплоснабжения. Стекла с покрытием имеют уникальные защитные свойства и позволяют без дополнительных затрат создавать комфортный микроклимат в помещениях и зимой, и летом. Стеклопакеты с таким стеклом будут долгие годы радовать своим качеством потребителей, экономя их денежные средства.
На фото: Лофт-квартал Docklands, Санкт-Петербург (стекло Pilkington Suncool® 66/33 Pro T)
– Есть ли какие-то внешние отличия энергоэффективного стекла?
– Неспециалисту отличить энергоэффективное стекло с нейтральным оттенком от обычного будет непросто. Необходимо понимать, как отражается свет. Специалист же всегда сможет определить наличие функционального покрытия на стекле. Для определения может использоваться специальный прибор, который оценивает проводимость тока на поверхности стекла. Отдельные же виды покрытий сразу себя выдают, любой наблюдатель сможет определить их, даже без специальной подготовки.
У всех стекол, выпускаемых по современным технологиям, есть сертификаты соответствия и необходимая сопроводительная документация.
Добавлю, что Pilkington Glass Russia выпускает большой ассортимент стекла, как с видимыми, так и внешне не видимыми отличиями. В частности, сейчас при строительстве офисных центров востребованы и зеркальные энергоэффективные витражи, и стекла, внешний вид которых особых свойств «не выдает».
На фото: Штаб-квартира компании «Новатэк» (стекло Pilkington Suncool® 70/40 Pro T)
– На Ваш взгляд, в связи со взятым курсом на энергоэффективность в строительстве и ЖКХ станут ли стекла с покрытием еще более востребованными?
– Безусловно. Мы уже сейчас видим повышенный интерес к такой продукции от застройщиков, управляющих компаний, частных лиц. С учетом того, что требования к энергоэффективности зданий каждые три-четыре года будут ужесточаться, можно предположить, что мультифункциональные стекла через определенное время полностью займут рынок.
Алексей Емельянов: «Востребованность добавок в бетон растет»
Рынок химических добавок в бетон продолжает расти. Такие выводы делает генеральный директор ООО «Полипласт Северо-Запад» Алексей Емельянов. В интервью «Строительному Еженедельнику» он рассказал о текущей деятельности предприятия, входящего в крупный российский химический концерн, и сложившейся ситуации на рынке производства и потребления добавок в бетон.
– Алексей Валерьевич, какие предварительные итоги работы ООО «Полипласт Северо-Запад» за первое полугодие можно подвести?
– В целом итоги можно назвать удовлетворительными. Программу-минимум мы смогли выполнить. В начале I квартала наблюдалась просадка, но она была отыграна во II квартале. На предприятии развиваем новые направления, вошли в ряд крупных федеральных проектов, вырос объем продаж. Поэтому прошедшее полугодие считаю положительным, но нам есть куда еще расти.
– Отражаются ли на рынке добавок в бетон нынешние объемы строительства зданий и сооружений в стране?
– Конечно, да. Производство строительной химии коррелируется под ситуацию в отрасли, в целом же востребованность данной продукции растет. В том числе именно потому, что добавки в бетон помогают повысить эффективность строительства, а именно ускорить сроки возведения объектов, снизить трудозатраты и финансовые расходы при реализации проекта. Согласитесь, это очень важно, когда девелопер пытается оптимизировать весь процесс строительства.
Сами добавки, в зависимости от вида, позволяют улучшить качество бетона, сделать его более прочным, водонепроницаемым, морозоустойчивым и т. д. При этом область применения строительной химии постоянно расширяется. Сейчас данная продукция используется как застройщиками, так и гражданами в индивидуальном строительстве. Понимание важности использования добавок в бетон у большинства потенциальных потребителей уже есть.
– А какие добавки в бетон в настоящее время наиболее востребованы?
– Стабильно работающие универсальные добавки и при этом по более низкой цене. Они сейчас вытесняют из ассортимента другие виды продукции, которые можно отнести к среднему и премиальному сегменту. Такие запросы рынка понятны, все хотят сэкономить. Но иногда целесообразнее использовать не универсальные, а специализированные добавки. Кроме того, не всегда дешевое бывает качественным. Потребитель должен об этом всегда помнить. Тем не менее, добросовестные производители, к которым мы относим и себя, выпускают качественную продукцию и в бюджетном формате.
– Какой объем продукции в настоящее время вы производите?
– Завод «Полипласт Северо-Запад» ежемесячно выпускает около 4 тыс. т продукции по стопроцентному весу. Сюда входят сухие добавки в бетон и в виде раствора, а также другие виды продукции, в том числе сопутствующие к основному. Заказчики, особенно крупные, чаще всего выбирают жидкие добавки. Они более практичны в использовании, транспортировке. Большая часть нашей продукции сейчас идет на экспорт.
– И какова международная география?
– Очень широка. Продукция, в основном нафталинсульфонатная, поставляется в Южную Америку, страны Персидского залива, Юго-Восточную Азию, где наш конкурент Китай. Также сейчас пробуем отправлять на международный рынок поликарбоксилатные добавки. Сейчас нашу продукцию, кроме непосредственно потребителей, закупают и иностранные производители добавок, а затем используют их в выпуске своей продукции. В рамках сотрудничества с каждым контрагентом отправляем на экспорт 100–500 т продукции.
– Чем можно объяснить закупки вашей продукции другими, западными игроками рынка?
– Ну, наверное, экономической конъюнктурой. Многим зарубежным производителям более выгодно приобретать материалы в нашей стране, чем закупать их у себя.
– В целом какова цена добавок бетон по отношению ко всему строительству?
– Очень незначительная. Так же, как по отношению к самому бетону, который в общестроительных работах занимает долю в 10–15%. Проектные, изыскательские работы, установка монолитного каркаса, отделка в совокупности требуют гораздо больших расходов. Тем не менее, повторюсь, использование добавок в бетон позволяет существенно экономить в строительстве, при этом улучшая его качество.
– Высока ли на рынке производителей конкуренция? Встречается ли контрафакт?
– Производителей на российском рынке достаточно много, в том числе из зарубежных стран. Соответственно, и конкуренция очень высока. Компании стараются конкурировать не только в цене, но и в качестве материала, области его применения. По моим наблюдениям, как мелкие, так и крупные игроки рынка могут производить продукцию как высококачественную, так и не очень.
Также, конечно, в нашем сегменте встречается и контрафакт, подделка под известные бренды. Кроме того, есть и так называемые «гаражные» производители, которые мешают ранее приобретенные компоненты чуть ли не в тазике.
Добавлю, что «Полипласт Северо-Запад» старается выстраивать со своими клиентами долгосрочные партнерские отношения. Наши специалисты постоянно информируют потребителей о новых добавках, рассказывают о том, как и где ту или иную добавку наиболее эффективно применять.
– А где и как происходит разработка новых добавок?
– При заводе у нас действует свой научно-технический центр. Он сотрудничает с глобальным НТЦ всего нашего холдинга. Наши специалисты постоянно ведут разработки новых материалов, относящихся как к основам, так и композитам. Регулярно улучшая потребительские свойства нашей продукции, выпуская новую, мы уверены что она будет востребована на рынке.
– Сколько человек работает в настоящее время в ООО «Полипласт Северо-Запад»?
– На нашем заводе в Кингисеппе с учетом торгового подразделения в Петербурге сейчас работает чуть более 200 человек. При существенном росте производства и потребления продукции мы, конечно, готовы будем расширяться, увеличивать свой штат специалистов.
– В преддверии Дня строителя что можете пожелать всем тем, кто имеет отношение к данной отрасли?
– Строительство сопровождало человечество всегда. Издревле профессия строителя была важна, почетна и уважаема. Такой же она осталась. От всей души поздравляю всех людей, имеющих отношение к строительной отрасли, с праздником, желаю хороших строек, заказов, крепкого здоровья и всего самого наилучшего!