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.
Вячеслав Ганцев: «Double Silver: эволюция стекла в России»
Мультифункциональные стекла с нанопокрытием, произведенные по технологии Double Silver заводом Pilkington Glass Russia (входит в холдинг SP Glass), всё активнее используются в остеклении коммерческих и жилых объектов. Об уникальности этого продукта «Строительному Еженедельнику» рассказал продакт-менеджер компании SP Glass Вячеслав Ганцев.
– Когда началось производство стекол по технологии Double Silver?
– В 2006 году известная британская компания Pilkington запустила завод по изготовлению прозрачного флоат-стекла в России, в Раменском районе Московской области. В 2012 году он вошел в состав ГК SP Glass, инвесторами которой стали «РОСНАНО», NSG Group, Glasswall и Европейский банк реконструкции и развития. В 2014 году на предприятии мы начали производство стекла с нанопокрытием. Для этих целей была приобретена и установлена вакуумно-магнетронная установка, позволяющая наносить на стекло многослойное покрытие на молекулярном уровне. По такой технологии изготавливается современное стекло с энергоэффективными свойствами.
Энергоэффективность является основой рационального строительства и дальнейшей эксплуатации зданий, именно поэтому было принято решение о выпуске многофункционального стекла. Сейчас наши инновационные стекла востребованы по всему миру. Более 40% от всего объема продукции завода идет на экспорт.
– В чем преимущества такого стекла?
– Стекла, изготовленные по технологии Double Silver, имеют уникальные по сочетанию свойств качества. Два слоя серебра в составе мультифункционального покрытия позволяют стеклу обрести и высокое светопропускание, и отличную защиту от солнца, и выдающиеся теплосберегающие свойства. Соответственно, как в летний, так и в зимний период такие стекла создают комфортные условия для нахождения в помещениях, будь это офис или квартира.
Отмечу, что до использования технологии Double Silver на рынке России уже использовались мультифункциональные стекла, но их светопропускающие свойства были несколько ниже, что было особенно заметно в помещениях, не выходящих на солнечную сторону. Стекла с покрытием Double Silver такого недостатка не имеют. По сути, данная технология стала новым витком в развитии российского рынка стекла с магнетронными напылениями.
– Каков объем производства стекла с покрытием Double Silver?
– В настоящее время стекла, произведенные по технологии Double Silver, мы реализуем под торговыми марками Suncool, Lifeglass. Приблизительный объем изготовления составляет около 10 млн кв. м продукции в год. Производственная линия загружена на 100%. Мы уходим от простых видов продукции к более технологичным.
Кстати, в этом году у нас вышло новое стекло. Его уже сертифицировали в Европе. На российский рынок пока поставок нет, но скоро оно появится и у нас.
– В целом, растет ли в России спрос на энергоэффективное остекление?
– Безусловно. Оно все активнее задействуется как в коммерческих, так и жилых объектах. Очень позитивно, что и производители оконной продукции в настоящее время все чаще используют многофункциональные стекла. С учетом того, что требования к энергоэффективности зданий ужесточаются, полагаю, что продукция, которую мы выпускаем, вытеснит с рынка России обычные низкоэмиссионные стекла.
На фото: Бизнес-центр Fort Tower в Санкт-Петербурге (стекло Pilkington Suncool 66/33 Pro T)
Государственный настрой
По мнению игроков строительного рынка, государственные органы должны стимулировать бизнес к использованию энергоэффективных решений.
Российские власти за последние несколько лет утвердили ряд законодательных и нормативных документов, направленных на повышение энергоэффективности и энергосбережения, в том числе в строительной сфере и ЖКХ. В частности, уже вступили в силу требования энергетической эффективности к новым зданиям.
Положительная тенденция
По словам директора по маркетингу и коммуникациям компании PAROC Таисии Селедковой, энергоэффективные технологии, как любые инновации, внедряются не сразу. «С одной стороны, чтобы подобные новшества стали массовыми или обязательными, нужны соответствующие изменения законодательного и нормативного характера. Например, Закон «Об энергосбережении» действует в России уже 10 лет. Но тренд на применение энергоэффективных технологий начал усиливаться только сейчас, в том числе из-за запуска программ реновации. Эту тенденцию отмечают и производители теплоизоляционных материалов, поскольку данные продукты выполняют сразу несколько ключевых функций: обеспечивают высокую звукоизоляцию, гарантируют высокую пожаробезопасность и долговечность», – отмечает специалист.
Руководитель направления «Энергоэффективность зданий» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Станислав Щеглов считает, что когда речь заходит об энергоэффективном строительстве, очень важно разделять его на сегменты. Строительство жилья, административных или производственных зданий – каждая из этих сфер имеет свои особенности и методы решения вопросов повышения энергоэффективности. «То, что является эффективным в одном сегменте, может вовсе не работать в другом. В целом же по набору представленных технологий энергосбережения в строительстве ситуация в России находится на достойном уровне. Развивается нормативная база – вступил в силу Приказ Минстроя РФ №1550/пр от 17 ноября 2017 года. Согласно нормативу, все проектируемые, возводимые и вводящиеся в эксплуатацию здания уже сейчас должны демонстрировать снижение потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию на 20%. При строительстве жилья эффективно и надежно себя зарекомендовали системы теплоизоляции внешних стен, кровли, перекрытий первого этажа, фундаментов и полов по грунту. Помимо этого, серьезно развит рынок энергосберегающих окон», – отмечает он.
Продакт-менеджер компании SP Glass Вячеслав Ганцев добавляет, что в западных странах энергоэффективные технологии уже давно задействованы в стекольной индустрии. Развивать их помогают как сам рынок, так и различные государственные меры поддержки такого производства. «В России энергоэффективные технологии в стекольной индустрии пока только начинают развиваться. В частности, сейчас вступают в силу новые требования к теплопередаче светопрозрачных конструкций – на них должны ориентироваться производители стекла и стеклопакетов, а также строители. Отмечу, что наш завод Pilkington Glass (входит в холдинг в SP Glass) с 2014 года выпускает стекла по технологии Double Silver. Они обладают отличными энергосберегающими и солнцезащитными свойствами и востребованы заказчиками», – подчеркнул специалист.
Необходима поддержка
Между тем производители строительной продукции единодушно уверены, что поддержка государства может ускорить внедрение энергоэффективных решений в отрасли.
Директор по продажам компании H+H Сергей Терехов отмечает, что со стороны государства стимуляцией энергосберегающих технологий сегодня пока что является рост тарифов на коммунальные услуги. Данная не самая приятная тенденция заставляет потенциальных застройщиков и эксплуатирующие организации задумываться над применением новых материалов, способствующих сохранению в помещениях, где присутствует человек, тепла в осенне-весенний период, а прохлады, соответственно, летом.
Государство как регулятор рынка, считает Таисия Селедкова, должно не только устанавливать «правила игры», но и способствовать внедрению новых технологий. «Сейчас такие механизмы доступны – это и налоговые льготы, специальные госпрограммы, в рамках которых ответственные застройщики могут получать кредиты по более низким ставкам. Можно проработать и механизм субсидирования строительства таких энергоэффективных объектов. Вариантов много, выбрать подходящий поможет реальная практика», – полагает она.
С этими доводами согласен и Станислав Щеглов. По его словам, государство – главный бенефициар программы энергосбережения, поэтому оно должно помогать активистам экономически. Кроме снижения налогов, можно было бы задействовать льготные тарифы на поставку энергии для владельцев энергоэффективных зданий, преференции и поддержку предприятий, производящих энергосберегающую продукцию, и др.
Мнение
Сергей Терехов, директор по продажам компании H+H:
– Как показывает наша практика, все больше потенциальных владельцев загородной недвижимости, а также часть застройщиков многоэтажных жилых домов понимает, что важен не только бюджет строительства, но и затраты на эксплуатацию дома в будущем. Понятие энергоэффективности становится вполне практическим. Пример тому – трехкратное увеличение продаж блока H+H Severin D300 (300 кг/куб. м), единственным производителем которого в СЗФО является компания H+H. Это самый теплый блок как в нашем ассортименте, так и на всем региональном рынке. Стены из данного материала без какого-либо утепления сохраняют больше тепла, чем из газобетона более высоких марок по плотности и других каменных материалов (разница может доходить до 30%), в то время как прочности этих блоков достаточно для возведения полноценного двухэтажного дома с железобетонным перекрытием.