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.
Максим Лазуткин: «Умные» стекла защитят от холода и солнечного света»
Директор по техническому регулированию и поддержке клиентов компании Pilkington Glass (холдинг SP Glass) Максим Лазуткин рассказал «Строительному Еженедельнику» об особенностях выпускаемого на предприятии энергосберегающего стекла с напылением. Такое стекло сейчас используется во всем мире.
– Расскажите о вашем предприятии. Каковы ассортимент выпускаемой вами продукции и объем производства?
– Прежде всего хочу отметить, что наше предприятие является частью всемирно известной британской компании Pilkington. Начала она свою деятельность в 1826-м, а сегодня активно работает в 49 странах мира. В 2006 году компания Pilkington запустила завод по изготовлению прозрачного листового стекла в России. Расположен он в Подмосковье, в Раменском районе. В 2012 году владельцем завода стала группа компаний SP Glass, чьими акционерами выступили «РОСНАНО», NSG Group, Glasswall и Европейский банк реконструкции и развития. В 2014 году был открыт цех по нанесению нанопокрытий магнетронным способом. В настоящее время наш завод выпускает плоское прозрачное листовое стекло с размерами до 3210 на 6000 мм и толщиной от 4 до 12 мм – и объемы производства достигают 250 тыс. т в год. Выпускаем также стекла c нанопокрытиями – солнцезащитные и энергосберегающие – под торговыми марками Suncool, Optitherm, Lifeglass, всего около 10 млн кв. м в год.
– В чем технологическая особенность выпускаемой вами продукции?
– В уникальности технологии напыления. Магнетронный способ напыления позволяет наносить покрытие на стекло в несколько слоев на молекулярном уровне. Покрытие такое тонкое, что оно незаметно человеческому глазу, в тысячу раз тоньше листа бумаги. Кстати, в 2014 году наша продукция первой в строительной области получила знак «Российская нанотехнологическая продукция».
Состав и комбинация слоев напыления позволяют из обычного стекла получить стекло, обладающее удивительными способностями: препятствовать охлаждению и сберегать тепло помещений в холодное время года, защищать от теплового излучения солнца в летний период.
Наши флагманские продукты с покрытием Double Silver (два слоя серебра в напылении) являются высокоселективными, то есть деликатно и избирательно работают с солнечными излучением, пропуская внутрь помещения только видимый свет, препятствуя проникновению остального солнечного излучения, которое негативно влияет на микроклимат в помещении.
– Ваши стекла задействуются в архитектурных решениях при строительстве офисных, развлекательных центров, других объектов. Можете ли привести примеры объектов, где использовано ваше стекло?
– В портфолио Pilkington Glass Russia – более 4,5 тыс. объектов по всему миру. Стекло с покрытием Double Silver отправляется в Австралию, Катар, Мексику и Индию. Сейчас заканчивается строительство госпиталя Al Ain в Абу-Даби и бизнес-центра Nuevos Horizontes в Гондурасе, для них было выбрано «прохладное» стекло Pilkington Suncool 40/22. Продукт пропускает лишь 22% солнечного жара, что значительно снижает нагрузку на кондиционирование.
Высокое светопропускание и высокую защиту от солнца пассажирам аэропорта «Платов» в Ростове-на-Дону обеспечивает стекло Pilkington Suncool 70/35.
Наша продукция задействована в ЖК «Воробьев Дом», ЖК «Донской Олимп» и ЖК «Лица» в Москве. Если говорить о Санкт-Петербурге, то наших рук дело – лофт-квартал Docklands, бизнес-центр Fort Tower и МФК «М-1 Арена».
– Кто является вашим партнером из компаний, занимающихся жилищным строительством?
– Политика нашей компании – долгосрочные партнерские отношения. Сложно выделить кого-то из партнеров, учитывая географию наших поставок. Количество деловых партнеров превышает сотни компаний по всему миру.
– Как выбрать остекление? На какие характеристики следует обратить внимание?
– Лучшая рекомендация – обратиться к профессионалам. Правильно выбранные стекла с «умным» напылением позволяют решить вопросы сохранения тепла, защиты от солнца и шума.
Сотрудники нашей компании выясняют малейшие нюансы будущего здания, чтобы предложить оптимальный баланс наиболее важных характеристик остекления (пропускание света, энергосберегающие и солнцезащитные параметры, показатели защиты от шума), которые отличаются от региона установки, длительности теплых и холодных периодов времени, интенсивности солнечного излучения.
При этом мы не забываем о надежности и помогаем выбрать оптимальную толщину стекол, которые будут выдерживать порывы ветра, перепады давления и температур в течение длительного срока эксплуатации.
Андрей Брук: «Инновации CAREL делают жизнь лучше»
Локализация производства CAREL в России – закономерный шаг в политике компании, а системы мониторинга и диспетчеризации скоро станут неотъемлемой частью любого серьезного проекта. Об этом и многом другом «Строительному Еженедельнику» рассказал Андрей Брук, генеральный директор ООО «Карел Рус» – представительства итальянской компании CAREL Industries S. p. A. в России и странах Таможенного союза.
– Андрей Павлович, бренд CAREL в России уже довольно известен, однако хотелось бы получше узнать историю этой фирмы.
– Компания CAREL была создана в 1973 году в небольшом итальянском городке Бруджине, в 40 км от знаменитой Венеции и в 20 км от не менее знаменитой Падуи. Первое время фирма занималась изготовлением щитов автоматики, специализируясь на прецизионных кондиционерах и другой климатической и холодильной технике. Позднее к этому добавилось производство увлажнителей воздуха, контроллеров и датчиков. Компания одной из первых применила специализированный электронный контроллер для управления климатической и холодильной техникой. Производство и внедрение в практику первых электронных регистраторов температуры и влажности воздуха – также одна из вех на пути развития CAREL.
К настоящему времени компания подошла с солидным багажом передовых разработок в своей области. Важным событием стало первичное размещение акций CAREL на итальянской бирже летом 2018 года. К настоящему времени стоимость акций компании существенно выросла, что является свидетельством ее заслуженного признания как технологического лидера в своей нише рынка. За последние годы компания CAREL получила несколько наград за инновационные разработки в различных областях климатической техники, а 10 мая 2019 года была отмечена премией «100 примеров итальянского мастерства».
Еще одной вехой в развитии CAREL стало приобретение в конце 2018 года компаний HygroMatik (Германия) и Recuperator (Италия), производящих промышленные увлажнители воздуха и рекуператоры тепла для вентиляционных агрегатов.
Результатом всех этих достижений стал почти 20-процентный рост продаж CAREL Industries S. p. A. по итогам I квартала 2019 года в сравнении с аналогичным периодом прошлого года.
– Когда компания CAREL пришла в нашу страну?
– Регулярные поставки оборудования CAREL в Россию начались в конце 1990-х годов. К середине «нулевых» потребность в более структурированной технической и маркетинговой поддержке стала очевидной, и в мае 2009 года было образовано представительство CAREL в России. Его работа сразу же существенно повлияла на объем продаж – уже в 2009 году он вырос почти вдвое по сравнению с предыдущим. Тенденция роста сохранилась и в последующие годы.
В настоящее время офисы представительства CAREL находятся в Москве и Санкт-Петербурге. Мы обеспечиваем техническую поддержку наших клиентов, проводим семинары для проектировщиков, продавцов, специалистов сервисных служб. Помимо этого, в последние годы важным направлением нашей работы стала локализация производства увлажнителей и контроллеров в России.
Поставки оборудования CAREL по-прежнему осуществляют наши дистрибьюторы.
– С какими заказами – коммерческими или государственными – работа представительства идет более успешно?
– У нас есть две категории клиентов – «холодильщики» и «вентиляционщики». Среди первых большинство составляют коммерческие заказчики – производители промышленного и торгового холодильного оборудования, торговые сети. У «вентиляционщиков», особенно в последнее время, большую часть занимают проекты с государственным участием. Мы будем рады, если наш опыт и инновационные технологии будут востребованы во всех сферах российской экономики. Технически и организационно мы к этому готовы: это касается и локализации производства основных продуктов, и локализации систем мониторинга на серверах в России, и включения CAREL в каталог по импортозамещению.
– В прошлых публикациях уже рассказывалось о работе по локализации производства CAREL в России. Как продвигается процесс?
– С 2016 года в России успешно производятся программируемые контроллеры и паровые увлажнители воздуха. Локализация производства предполагает большую близость компании к нуждам местных потребителей, учет специфики региональных потребностей. За последние годы компания, помимо завода в Италии, выпускающего продукцию с 1973 года, создала собственные производственные мощности в Китае, Бразилии, США, Хорватии. Так что локализация производства в России – логичный и естественный шаг в политике CAREL.
Сейчас идет технологическая подготовка к запуску дополнительного сборочного участка контроллеров, предполагающего более высокую степень локализации. По нашим расчетам, это позволит выпускать продукт, цена и потребительские свойства которого будут оптимизированы к нуждам наших клиентов в России.
Помимо локализации производства, начиная с 2018 года CAREL активно сотрудничает с образовательными учреждениями в Москве (МГУПП, МГТУ им. Н. Э. Баумана) и Петербурге (ИТМО). Совместно с ними мы выполняем научно-исследовательские работы, проводим обучающие курсы для студентов и аспирантов. При этом для выполнения исследований используются самые современные наработки CAREL, которые только начинают завоевывать европейский и североамериканский рынки. Участие в таких исследованиях является хорошим стартом для будущих специалистов по холодильной технике в их дальнейшей работе. Для CAREL такое взаимодействие также очень важно, поскольку оно помогает готовить специалистов, в том числе и для нужд самой компании.
– Более всего компания CAREL известна своими паровыми увлажнителями воздуха. Как развивается это направление сейчас?
– Увлажнение воздуха в отопительный сезон необходимо в жилых помещениях для комфортного пребывания людей и обеспечения сохранности предметов интерьера – мебели, картин и т. п. Помимо этого, поддержания определенного уровня влажности воздуха требуют многие технологические процессы: химические и фармацевтические производства, типографии, табачные фабрики, медицинские учреждения, пищевые производства и хранилища. В Петербурге, помимо перечисленного, среди наших клиентов большую долю занимают музеи, реставрационные мастерские, фондохранилища, театры и концертные залы.
Однако следует отметить, что в целом город на Неве отстает от Москвы в части оснащения увлажнителями жилья, особенно премиум-класса. На данный момент уже несколько столичных жилых комплексов класса люкс оснащается увлажнителями еще на стадии проектирования и строительства. Жизнь показывает, что это очень правильно как для интерьерных решений, так и для прокладки инженерных систем (вода, дренаж, водоподготовка, силовые и управляющие кабели и пр.). В историческом центре не последнее место занимает проблема дефицита выделенной мощности.
Требование времени для любой современной инженерной системы – возможность интеграции в систему «умный дом». В этой области мы также активно сотрудничаем с местными компаниями для адаптации решений CAREL к нашему рынку.
– Вы упомянули системы мониторинга. Какое место, по Вашему мнению, они занимают в проекте современного здания?
– На мой взгляд, когда поколение «миллениалов» войдет в экономически активный возраст, ситуация начнет очень быстро меняться к лучшему. Этому будут способствовать и привычка к использованию интернет-приложений во всех сферах жизни, и доступность и повсеместная распространенность гаджетов, и ценовая доступность IT-решений. Для меня ситуация выглядит очень похожей на появление и распространение мобильной связи, которая в 1990-х годах выглядела дорогой игрушкой обеспеченных людей, а сейчас жизнь без нее невозможно себе представить.
Системы мониторинга и диспетчеризации, разумеется, должны присутствовать в любом здании. Очень важно донести это до заказчика еще на ранних стадиях проектирования, чтобы потом не прокладывать кабели поверх интерьеров. Такие решения обеспечивают существенную экономию за счет прямой экономии всех видов ресурсов, дисциплинирующего воздействия на сервисные и обслуживающие компании и уменьшения стоимости их работ, а также предотвращения аварийных ситуаций и исключения расходов по устранению их последствий.
Особенно сильно эффект систем мониторинга проявляется при их внедрении на однотипных сетевых объектах, позволяя сравнивать их энергоэффективность и управлять их работой из единого диспетчерского центра. Это востребовано управляющими компаниями, едиными сервисными службами и многими заказчиками, стремящимися к целевому уменьшению эксплуатационных расходов.
CAREL предоставляет как готовые решения в этой области, так и инструменты для самостоятельной разработки подобных решений.