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.
Евгения Николаева: «Максимально возможное качество – в минимально возможные сроки»
Производство приборов учета относится к отраслям, где российским компаниям не только удалось занять ведущие позиции в стране, но и наладить экспорт. В преддверии Петербургского международного экономического форума Евгения Николаева, управляющий директор ООО «Завод Взлет», одного из лидеров рынка энергоучета, рассказала «Строительному Еженедельнику» о результатах работы предприятия, потребностях заказчиков и планах развития.
– Евгения Анатольевна, ваша компания работает с 1990 года, круг партнеров наверняка устоялся. Удается ли привлекать новых?
– Удается. В этом году среди наших клиентов появилось много тех, с кем раньше не взаимодействовали. Например, мы начали успешно работать с таким значимым заказчиком, как «Мосэнерго». При этом прилагаем максимум усилий для сохранения и увеличения объемов работ с давними партнерами.
– А какие требования сейчас предъявляет рынок в отношении выпускаемого оборудования? Чего хочет клиент?
– Сегодня клиенту уже недостаточно соответствия технических параметров оборудования требованиям проекта, он стал обращать внимание на внешний вид изделия. И это продиктовано не просто некой эстетической составляющей, задача скорее прагматическая – качественное покрытие обеспечивает более длительный срок эксплуатации в колодцах, подвалах и канализационных сетях.
– У вас сейчас вся линейка производится на собственных площадках?
– Да, производство свое, предприятие у нас полного цикла, имеющее в своем составе даже конструкторское бюро. Именно наличие своего КБ дает нам возможность выпускать не только серийную продукцию, но и модифицировать оборудование под индивидуальный запрос заказчика. Наше конкурентное преимущество заключается еще и в возможности осуществить это в предельно сжатые сроки.
– Сжатые сроки – понятие растяжимое. Какие именно, если не секрет?
– Два-три месяца. В подтверждение сказанного – конкретный пример, один из недавних. Буквально в середине апреля этого года нами был получен заказ на прибор, которого в стандартной линейке не было. Совместная плотная работа конструкторов, технологов и производственников позволила оперативно найти эффективное решение поставленной клиентом задачи, и до конца июня мы планируем произвести отгрузку оборудования.
– Чтобы работать в таком режиме, помимо квалифицированных кадров нужно еще соответствующее оснащение производства. Как укомплектован станочный парк?
– Станки есть и наши, и импортные. Импортировать вынуждены, например, все оснащенное ЧПУ оборудование. Обусловлено это имеющимся на сегодняшний день в России провалом в области станкостроения. Запрос высокий, требования тоже, и основную долю рынка занимают зарубежные станкостроители.
– Комплектующие тоже импортные?
– Далеко не все, конечно же. Радиоэлементы – только импортные, так как в стране провал и в этой отрасли. Качественной продукции, удовлетворяющей современным требованиям, до недавнего времени не было в принципе. Определенный результат дала осуществляемая в последние годы политика импортозамещения, но все же этого недостаточно. Мы регулярно пытаемся внедрить радиоэлементы отечественного производства – и пока сталкиваемся с проблемой неприемлемо длительных сроков поставки.
– Планы по модернизации или расширению производства в ближайшей перспективе есть?
– Так как свою основную задачу мы видим в том, чтобы выпускать продукцию «максимально возможного качества в минимально возможные сроки», сокращение логистических циклов для нас выходит на передний план. По этой причине сейчас мы объединяем несколько производственных площадок в единый производственно-метрологический комплекс. Это позволит ощутимо сократить сроки выполнения заказов и получить еще одно конкурентное преимущество на рынке. Что касается модернизации – мы занимаемся ей постоянно. К примеру, для выполнения определенных сварочных работ ранее нам приходилось прибегать к внешней кооперации. Также мы не могли выполнить самостоятельно вальцовку больших диаметров, но недавно закупили необходимые станки – и теперь будем менее зависимы от внешних условий и сможем лучше следить за качеством на своей территории. У нас достаточно высокий уровень автоматизации – например, сварка фланцованных электромагнитных расходомеров роботизирована полностью. Автоматизировано множество операций, таких как сварка арматуры и т. п. Все это способствует увеличению скорости производства и повышению качества продукции.
– Качество выпускаемой продукции – вопрос в нашей стране болезненный. По Вашей личной оценке, что нужно вообще для его повышения?
– Чтобы качество было на высоте, необходимо в головах сотрудников изменить подход к тому, что и как они делают. Например, в Японии люди не понимают, как это – сделать работу плохо, для них некачественно выполненная задача сродни личному оскорблению. Хорошие станки и материалы – это важно, но по-настоящему высокий уровень качества продукции достигается лишь через воспитание самодисциплины.
– Можете ли выделить среди проектов, которые сейчас находятся у вас в работе или стартуют в ближайшей перспективе, ключевые?
– Сейчас мы очень серьезное внимание уделяем программе по оснащению центральными тепловыми пунктами (ЦТП) жилых домов в Москве, которую реализуем с Московской энергетической компанией (МАЭК). И планируем в ближайшее время большой проект в Самаре. Специально для него сейчас разрабатываем три вида приборов с измерительными участками, которые должны будут проходить испытания непосредственно в регионе. Думаем, что сможем дать старт проекту уже в этом году – и тем самым открыть для себя новые перспективы в оснащении генераций и сетевого хозяйства крупнейших энергетических компаний.
– Помимо реализации этих проектов, чем-то ассортимент ещё расширяли? Насколько востребованными оказались новинки?
– Линейка выпускаемой продукции обновилась несколькими новыми значимыми позициями. Во-первых, мы начали производить прибор для учета товарной нефти, который применяется на трубопроводной системе компании «ТрансНефть». Его появление позволило заместить американские приборы фирмы Controlotron, которые использовались ранее. На сегодняшний день уже установлено около 40 единиц новой продукции – и все работают достаточно достойно. Также гордимся новым прибором для учета сточных вод «Взлет СК», который начали внедрять недавно. Считаем продукт очень перспективным для российского рынка – благодаря соотношению «цена – качество» – и уже начали получать от заказчиков запросы на поставки. Уверены – спрос будет расти.
– В направлении «умного» учета работаете?
– Уже сейчас все наши приборы по сути – «умные». Они имеют информационные выходы с открытыми протоколами обмена данных, которые могут быть вписаны в любую систему интеллектуального учета энергоресурсов. Так что к наступлению эры «умных городов» мы готовы.
– Вы стали директором относительно недавно, в конце 2018 года. Расскажите, как произошло Ваше назначение на эту несомненно ответственную должность?
– Директором я стала действительно недавно, но в производственном блоке компании я работаю уже 18 лет. Так сложилось, что вся моя деятельность была связана с производством, и работать в этой сфере мне было интересно всегда. Старалась погрузиться в производственный процесс, докопаться до истины, выявить проблемы, чтобы их решить. Старалась наладить работу предприятия таким образом, чтобы максимально оптимизировать бизнес-процессы.
– Женщина «у руля» завода – это ещё пока непривычно. У Вас есть какие-то личные принципы и методы руководства большим и «разношерстным» коллективом – от рабочего до управленца?
– Мой личный – достаточно длительный – опыт общения с людьми показывает, что необходимо демонстрировать свою искреннюю заинтересованность в их проблемах и стараться исправить сложности, с которыми они сталкиваются. Я уверена, что только искреннее участие в жизни сотрудников и разговор на равных, вне зависимости от должности, помогают налаживать коммуникацию и формировать командный дух.
«Умные» электросчетчики станут обязательными
Переход на обязательное использование интеллектуальных приборов учета электроэнергии усилит конкуренцию между их производителями в борьбе за клиента.
В России продолжается внедрение «умных» приборов учета потребления энергии, воды и газа. Правда, успехами в этой сфере могут похвастаться только отдельные регионы и города, в том числе участники федеральной программы «Умный город». Тем не менее, уже с 1 июля 2020 года, в соответствии с 522-ФЗ, во вводимых в эксплуатацию жилых домах и промышленных объектах необходимо будет устанавливать только интеллектуальные приборы учета электроэнергии. В уже построенных объектах недвижимости такие счетчики нужно будет ставить по мере выхода из строя старых.
«Зашить» в тариф
Установка, замена, допуск в эксплуатацию приборов учета и дополнительного оборудования будут производиться за счет поставщиков и сетевых организаций, к которым подключен потребитель. Понятно, что для компаний это дополнительные траты. Расходы на внедрение интеллектуальных счетчиков будут «вшиты» в тарифы для потребителей, но их жестко зафиксируют инфляционным порогом в совокупном коммунальном платеже.
Как отмечают в «Ленэлектро», принятие закона в таком виде является знаковым событием для всех участников розничного рынка электроэнергии, включая граждан-потребителей, так как существенным образом меняет распределение прав и ответственности за организацию учета электроэнергии.
Специалисты компании также напоминают, что начиная с 1 января 2022 года все счетчики учета электроэнергии на розничном рынке должны будут соответствовать требованиям Правил предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности), которые в окончательном виде должны быть приняты в этом году. В соответствии с ними, установленные к этой дате приборы учета останутся в эксплуатации, а новые счетчики, не соответствующие этим требованиям, допускаться к работе не будут. Таким образом, простые приборы учета в течение последующих 10–15 лет (межповерочного интервала) будут выведены из эксплуатации.
Согласно проекту Правил, рассказывают в «Ленэлектро», новые счетчики должны быть в обязательном порядке включены в информационную систему сетевой организации или гарантирующего поставщика – и между такими системами должен быть налажен информационный обмен, в том числе с системой ГИС ЖКХ. Сбор данных о потреблении будет проходить в автоматизированном режиме. Поставщики электроэнергии смогут удаленно ограничивать потребителей, имеющих задолженность по оплате, конфигурировать счетчики при изменении расписания тарифных зон или желании абонента перейти на другое тарифное меню. Также поставщики смогут получать сообщения от приборов учета об «аварийных» событиях, которые могут свидетельствовать о вмешательстве в корректность учета. Это существенно снизит вероятность кражи электроэнергии в различных ее формах.
Возможность выбора
Как отмечает руководитель направления развития продаж IoT АО «ЭР-Телеком Холдинг» Владимир Щетинин, главное в «умном» счетчике – радиомодуль. Этот элемент, передающий информацию по сети Интернет, составляет только малую часть от стоимости самого прибора. С коммерческой точки зрения, в многоквартирных домах сейчас эффективнее монтировать оборудование со встроенным радиомодулем, а не подключать по проводам отдельный модем к существующему счетчику. «Если рассматриваем коммерческие объекты, то здесь нет существенного отличия между двумя вариантами установки счетчиков. Если идет плановая модернизация, то выгодно ставить счетчики с интегрированным радиомодулем. Если же ресурс не выработан, то выгодно подключить счетчик через модем, так как промышленные счетчики, как правило, по стоимости высоки – и преждевременная замена будет долго возмещаться», – полагает эксперт.
По мнению специалистов, переход на обязательное использование интеллектуальных приборов учета электроэнергии усилит конкуренцию между производителями счетчиков в борьбе за клиента. Главное при этом, чтобы рынок не монополизировался.
Сегодня, отмечает Владимир Щетинин, почти у каждого производителя оборудования есть как минимум одна модель устройства, где присутствует удаленная передача данных посредством встроенного радиомодуля. При этом такие модели могут использовать разные радиомодули в зависимости от технологии передачи информации.
По словам ведущего эксперта УК «Финам Менеджмент» Дмитрия Баранова, появление новых материалов и технологий, различные меры по поддержке промышленности, а также сокращение оборонного заказа могут способствовать тому, что выпуском такого оборудования займется в стране еще больше компаний. Причем это будут не только российские производители, но и иностранные, что расширит рынок, даст возможность потребителям выбирать счетчики из большего числа моделей, приобрести те, которые им подходят наилучшим образом.
«Если будет государственный заказ, то необходимо его провести так, чтобы там участвовало несколько компаний, чтобы был выбор, и не факт, что победителем нужно объявить лишь одну компанию. Возможно, что государству целесообразнее будет не объявлять общий тендер, а составить перечень тех счетчиков, которые можно приобретать и эксплуатировать в отечественных коммунальных сетях. Понятно, что они должны отвечать всем необходимым требованиям. Но тогда потребители и поставщики получат возможность выбирать то, что им необходимо, что позволит создать полноценный рынок такого оборудования», – делает выводы Дмитрий Баранов.