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.
Движение вверх
В этом году у лифтовиков нашей страны важная дата – 70 лет со дня основания лифтовой отрасли. В середине прошлого века – 1 февраля 1949 года – было подписано Постановление Совета Министров СССР № 433 «Об организации производства лифтов». Эту дату можно считать отправной точкой истории отрасли.
О том, как развивалось лифтостроение в нашей стране, и о важных этапах становления лифтовой отрасли рассказал заместитель генерального директора, директор по сервису и модернизации компании «МЛМ Нева трейд» Андрей Васильев:
– До революции 1917 года лифты в России были редким явлением, и почти все – импортного производства. Отечественное лифтостроение получило развитие после окончания Второй мировой войны, в конце 1940-х годов. Серии пассажирских лифтов для жилых домов и общественных зданий разработали в 1955–1956 годах ВНИИПТМаш (Всесоюзный научно-исследовательский институт подъемно-транспортного машиностроения) совместно с трестом «Союзлифт».
Важным этапом в развитии лифтостроения можно назвать организацию в 1963 году Центрального проектно-конструкторского бюро по лифтам и, как следствие, развитие соответствующей производственной базы в Москве (Щербинский лифтостроительный завод, Карачаровский механический завод) и других городах страны. Бюро разработало новые параметры для пассажирских и грузовых лифтов, всего было представлено 36 моделей в 62 исполнениях. Грузоподъемность пассажирских лифтов составляла до 1000 кг, типовой ряд грузовых лифтов имел грузоподъемность до 5000 кг, а больничный лифт был грузоподъемностью 500 кг. Выпускаемые лифты отличались высокой надежностью и большим запасом ресурса электрической и механической части.
Производство пассажирских лифтов было развернуто на Московском лифтостроительном заводе (сейчас Щербинский лифтостроительный завод), Карачаровском механическом заводе, позднее на Могилёвском лифтостроительном заводе (сейчас ОАО «Могилёвлифтмаш»). Лифты грузоподъемностью 320 кг и 400 кг, скоростью 0,71 м/с – до сих пор во многих городах России, большей частью производства ОАО «Могилёвлифтмаш». Причина этого – как сложившиеся производственные связи, так и оптимальное соотношение «цена – качество» поставляемых лифтов.
В 1970-х годах совместно с процессом урбанизации росли многоэтажная застройка и объем лифтового парка. Типовые девятиэтажки и более высокие здания стали наполнять спальные районы советских городов, и люди уже не могли обойтись без лифтов. При строительстве новых зданий стали применяться прогрессивные методы монтажа, например, тюбинговый метод, то есть монтаж отдельных частей шахты из предварительно изготовленных объемных железобетонных элементов – тюбингов, в которых на домостроительном комбинате устанавливается часть оборудования лифта.
С началом производства лифтов возникла необходимость в создании организаций, отвечающих за монтаж и техническое обслуживание. Одними из первых были созданы «Союзлифтмонтаж», «Мослифт» и др. В 1990-х годах на отечественном рынке появились зарубежные конкуренты, что стимулировало повышение технического уровня отечественных лифтов. Пришли такие крупные мировые игроки, как «Отис», «Коне», «Шиндлер», «Тиссен», и многие другие производители подъемно-транспортного оборудования. Кроме того, распад Советского Союза и закрытие части старых лифтовых заводов стали толчком для открытия новых заводов в других российских городах.
Сегодня в России работают такие предприятия по производству лифтов, как Серпуховский и другие лифтостроительные заводы, всё так же выпускают лифты Щербинский и Карачаровский заводы, в любом торговом центре вы можете увидеть подъемники самых разных производителей. Стандарты лифтовой отрасли стали не только российскими, но и мировыми. Были приняты Технический регламент Таможенного союза и другие международные нормы, и отрасль шагнула далеко вперед. Теперь лифт перестал быть новшеством, он есть почти в каждом современном доме, сегодня это самый востребованный и популярный вид транспорта.
«Умные» приборы учета: на пути к цифровой трансформации электросети
Компания «Ленэнерго» проводит работу по построению интеллектуальной системы учета электроэнергии.
Учет электроэнергии на новом уровне
ПАО «Ленэнерго» является одной из крупнейших распределительных сетевых компаний страны, осуществляющей передачу электрической энергии по сетям 110–0,4 кВ, а также присоединение потребителей к электрическим сетям на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти.
Одним из ключевых направлений работы компании является цифровизация сети. Это вектор развития отрасли, заданный Правительством РФ и последовательно реализуемый всей ГК «Россети», в которую входит «Ленэнерго».
Внедрение новых технологий ведется на разных уровнях электросетевого комплекса. Но одним из базовых элементов построения автоматизированной сети является создание интеллектуальной системы учета электроэнергии. Сейчас перед ГК «Россети» стоит задача создания единых стандартов передачи данных, протоколов, интерфейсов, так как в настоящий момент в стране распространено порядка 300 не совместимых друг с другом систем учета.
Внедрение интеллектуальных систем учета электроэнергии – это необходимость современных реалий, поскольку старые приборы неудобны в использовании и не позволяют оперативно и с необходимой точностью сводить баланс электроэнергии. Это приводит к конфликту между сетевыми и сбытовыми компаниями и потребителем. Оснащение «умными» счетчиками дает возможность снижать коммерческие потери и качественно улучшить наблюдаемость и управляемость электросетевой инфраструктуры, а также обеспечить недискриминационный доступ к информации об энергопотреблении и работе системы.
«Ленэнерго» оснащает интеллектуальными приборами учета собственные электросетевые объекты, а также включает в свою систему совместимые приборы учета смежных субъектов рынка электроэнергии. Сегодня на территории, обслуживаемой компанией, находится около 586 тыс. приборов учета – приборы учета «Ленэнерго» и потребителей, за исключением квартирных счетчиков в многоквартирных жилых домах. Из них 11% соответствуют критериям интеллектуального учета и включены в единую систему учета компании. В Ленобласти доля приборов учета, включенных в интеллектуальную систему, составляет 8%. На территории Петербурга доля таких приборов выше и составляет 17%.
Ближайшие перспективы
До 2020 года «Ленэнерго» планирует установить 27 тыс. интеллектуальных приборов учета: 8,4 тыс. – в Петербурге и 18,6 тыс. – в Ленобласти. Оборудование будет устанавливаться на центрах питания 35–110 кВ и трансформаторных подстанциях 6–20 кВ «Ленэнерго». Затраты по инвестпрограмме «Ленэнерго» составят более 1,8 млрд рублей.
Специалисты подсчитали, что в результате развития системы учета объем снижения потерь электроэнергии в распределительных сетях «Ленэнерго» только за 2018–2020 годы составит около 344 млн кВт/ч.
В целом для построения полноценной интеллектуальной системы учета электроэнергии на электросетевых объектах «Ленэнерго» необходимо установить 45,3 тыс. приборов. Это позволит обеспечить снижение потерь до целевого уровня 7,15% (для сравнения: потери за 2017 год составляли 11,47%).
«Ленэнерго» устанавливает интеллектуальные приборы учета на вводах трансформаторов и на всех отходящих линиях трансформаторных подстанций. Также выносные приборы учета устанавливаются для потребителей частного жилого сектора. При питании от воздушной линии на опорах линий электропередачи устанавливаются split-счетчики с предоставлением потребителю модуля отображения показаний. Они интегрируются в единую систему учета «Ленэнерго».
В рамках создания интеллектуальной системы учета «Ленэнерго» обеспечивает выполнение сразу нескольких задач:
– формирование балансов электроэнергии на участках сети для локализации очагов потерь;
– перевод приборов учета, установленных на границе с потребителями, в расчетный учет;
– интеграция приборов учета в цифровую сеть для выполнения задач повышения наблюдаемости;
– недискриминационный доступ к данным о потреблении электроэнергии всем участникам рынка, в том числе через универсальный «личный кабинет».
Проблемы и пути решения
При внедрении интеллектуальной системы учета электроэнергии компания столкнулась с рядом проблем. Одной из них оказалась сложная процедура допуска интеллектуального прибора учета в эксплуатацию в качестве расчетного. В частности, потребители иногда отказываются участвовать в процедуре допуска, есть определенные сложности при переходе сбытовых компаний на расчеты по установленному сетевой организацией прибору.
Кроме того, специалисты отмечают отсутствие полной совместимости приборов учета различных производителей, а также определенные слабые места в части информационной безопасности.
Решение данных проблем «Ленэнерго» видит в изменении действующего законодательства РФ в части упрощения процедуры допуска приборов в эксплуатацию. В частности, специалисты предлагают установить возможность принимать в расчеты интеллектуальные приборы учета, установленные электросетевой организацией, в уведомительном порядке.
Что касается совместимости счетчиков, то ее можно достичь путем разработки обязательных для применения заводами-изготовителями нормативно-технических требований к интеллектуальным приборам учета в части взаимной совместимости и вопросов информационной безопасности.
Основа цифрового района
Как уже отмечалось, интеллектуальная система учета электроэнергии является базой для перехода на «цифру». Одной из пилотных площадок ее создания в ПАО «Ленэнерго» является проект цифрового района электрических сетей (РЭС) на базе Северного РЭС филиала ПАО «Ленэнерго» «Кабельная сеть» на территории Петербурга. Данный проект включает в себя мероприятия по полному оснащению интеллектуальными приборами учета электроэнергии всех объектов Северного РЭС: на 88 распределительных подстанций и 966 трансформаторных подстанций планируется установить 9224 прибора.
В результате реализации проекта специалисты «Ленэнерго» планируют достичь следующих целевых показателей:
– уменьшение потерь электроэнергии – на 7,45% (к 2022 году, с дальнейшим снижением до 7,15%);
– автоматический учет потребления электроэнергии – 95%;
– 100% автоматическое выявление небаланса электроэнергии, неучтенного потребления;
– 100% автоматическое выявление зон с ненормативным качеством электроэнергии.
Актуально
Борьба с энерговоровством
Установка интеллектуальных приборов учета и создание цифровой сети в целом позволят выйти на новый уровень борьбы с хищением электроэнергии, которое сегодня является довольно распространенной проблемой распределительных компаний.
«Ленэнерго» продолжает активную работу в этой сфере. За январь–ноябрь 2018 года специалисты компании оформили в общей сложности 7035 актов по безучетному и бездоговорному потреблению. Сумма незаконно потребленной электроэнергии составила 532,6 млн рублей.
Так, с начала года энергетиками было выявлено 739 случаев безучетного потребления электроэнергии. Его объем составил 17 074 тыс. кВт/ч, что в денежном эквиваленте достигает 56,9 млн рублей. Также пресечено 6296 случаев бездоговорного потребления. Объем электроэнергии, потребленной при самовольном подключении к электросетям, составил 76 591 тыс. кВт/ч, стоимость – 475,7 млн рублей.
Объем неучтенного потребления электроэнергии, в соответствии с действующим законодательством РФ, определяется исходя из максимально возможного потребления по таким обнаруженным подключениям. Сумма нанесенного ущерба взыскивается «Ленэнерго» с владельцев объектов.
Позиция компании по вопросу неучтенного потребления однозначна. Это потери электроэнергии, которые в конечном счете «ложатся на плечи» всех участников рынка. Потребление электроэнергии без соответствующих договоров – неконтролируемая нагрузка на сеть, которая становится причиной существенного снижения надежности электроснабжения потребителей. Кроме того, самовольное присоединение в большинстве случаев выполняется с грубейшими нарушениями техники безопасности и с риском для здоровья и жизни.