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.
«Мокрый фасад»: в границах комфорта
Система СФТК, или попросту «мокрый фасад», активно задействуется в облицовке и утеплении зданий различного типа. Она завоевала популярность как у профессиональных строителей, так и у обычных граждан. СФТК состоит из множества важных технологических слоев, что позволяет повысить энергосбережение дома в сочетании с множеством вариантов его наружной отделки. Подробнее о «мокром фасаде» — в специальном развороте «Технологии и материалы».
Дмитрий Шевцов, продукт-менеджер СФТК (ETICS) Caparol, Alpina, кластер ДАВ Россия — Беларусь:
— Компания DAW SE, дочерней компанией которой является ДАВ-Руссланд - пионер технологии утепления фасадов по методу «мокрый фасад» в Германии. Первый объект компанией был реализован еще в 1957 году. Сама же история компании DAW SE в части производства фасадных материалов датируется 1895 годом. Вот уже более 125 лет мы занимаемся разработкой и выпуском передовых материалов и технологий для отделки и защиты фасадов.
ДАВ-Руссланд в настоящее время предлагает в России все виды штукатурных систем утепления «мокрый фасад» под торговыми марками Capatect Basic и Capatect Classiс за исключением систем с наружным облицовочным слоем. Компания локально производит клеевые, базовые (армирующие), защитно-декоративные штукатурные составы на полимерминеральной и полимерной основе, специализированные фасадные краски и грунтовки для системы «мокрый фасад». В частности, отличительной особенностью систем Capatect является их повышенная надежность в части лицевых защитных и отделочных покрытий. Долговечность фасадных систем утепления Capatect исчисляется сроком более 25 лет.
Тамара Афонина, директор по маркетингу Vetonit, компания «Сен-Гобен»:
— «Сен-Гобен» производит СФТК-системы, используя продукцию под брендами WEBER-VETONIT и ISOVER. Коллаборация сильных брендов и опыт собственного производства более 30 лет — одни из основных преимуществ фасадных систем компании. Наши системы сертифицированы по ГОСТ Р 56707-2015 с присвоением повышенного класса надежности СК0. Собственный R&D-центр на территории России способствует поддержанию высокого качества продукции, что подкрепляется доверием крупных застройщиков и долговечностью объектов, некоторые из них смонтированы более 25 лет назад. Наши системы легко монтируются благодаря запасам прочности, что особенно важно для клеевых фасадных смесей. Прогнозируемый срок службы декоративных покрытий по ГОСТ 9.401-2018 не менее десяти лет. В портфолио «Сен-Гобен» входит уникальный продукт для российского рынка теплоизоляции — кварцевые плиты ISOVER, которые на 40% легче аналогов из базальта при сохранении тех же прочностных характеристик 45/15 кпа, что облегчает монтаж, а также увеличивает качество выполнения работ.
Добавлю, что «Сен-Гобен» — это единственная компания в России, которая производит основной комплекс фасадных продуктов на собственных производственных мощностях. Санкции и новые экономические условия, безусловно, затронули практически каждого игрока отрасли, однако мы продолжаем вести активную производственную деятельность, выполняя все обязательства перед своими партнерами. Надеемся, что строительная отрасль в целом будет показывать устойчивый рост и готовность к изменениям.
Василий Аксенов, руководитель технической поддержки направления «Минеральная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ:
— Глобально «мокрые фасады» делятся на два типа — тонкослойные и толстослойные. Отличаются они между собой по типу монтажа. Мы предлагаем рынку уже готовые системные решения, в которых подобраны все элементы. Специалистам отрасли не нужно подбирать подходящие материалы, задумываться об их совместимости между собой — эту работу уже проделали наши инженеры. В состав системы входит теплоизоляция, крепежи, грунтовочные и штукатурные составы, армирующие сетки, декоративные штукатурки. Главное преимущество для потребителя, помимо качества и надежности, — возможность все приобрести у одного производителя.
Отмечу, что основное преимущество технологии — это ее универсальность. Она не имеет ограничений с точки зрения типа здания, его функционального назначения, открывает перед архитекторами и дизайнерами широкие горизонты по оформлению экстерьера. Этому способствует обилие фактур декоративной штукатурки и разнообразная палитра красок для фасада. С точки зрения монтажа по трудоемкости и затратам данная технология проще, чем, например, слоистая кладка. По этой причине «мокрый фасад» и получил широкое распространение во всех отраслях строительства.
Виталий Борисов, руководитель направления по техническому развитию компании PAROC:
— На строительном рынке сегодня популярно несколько фасадных решений, выбор которых зависит от архитектурного стиля и погодных особенностей региона. Так, в Петербурге в силу его классического стиля более востребованы штукатурные фасады, в то время как в Москве и Подмосковье больше строят объектов с вентилируемыми фасадами. В любом случае каждая фасадная система имеет свои технологические плюсы. Так штукатурные системы открывают простор для множества архитектурных деталей и цветовых решений. Поэтому СФТК активно применяются как для нового строительства, например, в Санкт-Петербурге, так и в других городах — в первую очередь при реконструкции старого фонда.
Компания PAROC предлагает несколько эффективных решений для фасадного рынка. Это собственные инновационные разработки PAROC, которые уже хорошо известны на строительном рынке и получили высокие оценки профессионалов. Одна из них — серия PAROC Linio, рекомендованная для тепло- и звукоизоляции как существующих, так и вновь построенных зданий. Продукция подходит для кирпичных, блочных, деревянных, стеклянных и даже стальных стен. Есть и готовое решение — система PAROC PreWIS, в основе которой железобетонная панель с наружным теплоизоляционным слоем и многослойной защитно-декоративной композицией, выполненной по технологии СФТК. Монтаж теплоизоляции в системе PAROC PreWIS ведется в заводских условиях, что гарантирует качество исполнения и обеспечивает долговечность системы, так как полностью исключены риски попадания осадков под слой теплоизоляции.
Андрей Петров, ведущий инженер-проектировщик ROCKWOOL Россия:
— Система СФТК уже широко опробована в строительстве и доказывает временем свою надежность. Она развивается параллельно с навесными фасадными системами в России и чуть более востребована по объемам строительства. Общий рынок применения этих двух популярных фасадных систем в РФ аналитики оценивают в величину около 60 миллионов квадратных метров за 2021 год, большая часть из них с утеплителем.
Мы поставляем полный комплект материалов для выполнения системы фасадной теплоизоляционной композиционной с тонким штукатурным слоем. Система ROCKFACADE пожаробезопасна, имеет высший класс надежности по ГОСТ Р 56707-2015 и состоит из клея на цементной основе, негорючей теплоизоляции из каменной ваты ROCKWOOL серии ФАСАД, базовой и декоративной штукатурки разных типов и фактуры, а также сетки, тарельчатых анкеров и набора профилей для выполнения углов, откосов, рустов и декоративных элементов. Добавлю, что компоненты системы ROCKFACADE производятся из экологичных и безопасных материалов, обладают отличными теплотехническими характеристиками, высокой паропроницаемостью и широкими архитектурными возможностями. Система применяется в зданиях любой сложности и этажности, а также благодаря своим декоративным возможностям — для реконструкции старых зданий с воссозданием архитектуры времени постройки.
Елена Пашкова, генеральный директор Торгового дома HOTROCK:
— Компания Hotrock производит утеплитель для основного теплоизоляционного слоя системы штукатурных фасадов. Две главные характеристики, которыми стоит оперировать при выборе, — это, во-первых, коэффициент теплопроводности в режиме эксплуатации лямбда Б. Чем он ниже — тем теплее будет в доме. Второй важной характеристикой является показатель на отрыв слоев (предел прочности при растяжении перпендикулярно лицевым поверхностям). Он отвечает за то, какую нагрузку выдержит материал — это может быть клинкерная плитка или штукатурный слой. Необходимо также учесть, что для зданий, находящихся в зоне повышенных ветровых, влажностных и сейсмических нагрузок, этот показатель должен быть выше, а на частный дом до 2–3 этажей — наоборот.
Качество XPS ТЕХНОНИКОЛЬ для строительства федеральных железных дорог подтверждено сертификатом
Качество плит XPS ТЕХНОНИКОЛЬ подтверждено сертификатом соответствия в Регистре сертификации на федеральном железнодорожном транспорте. Это означает, что продукция XPS ТЕХНОНИКОЛЬ отвечает жестким требованиям, предъявляемым к материалам при строительстве железных дорог.
Согласно стратегии развития железнодорожного транспорта общая протяженность новых железнодорожных линий к 2030 году должна вырасти на более чем 20 000 км.
Строительство железнодорожного полотна — трудоемкий процесс, который осложняется с учетом особенностей российского климата. В подавляющем большинстве регионов России грунты подвержены воздействию сил морозного пучения. При минусовой температуре вода в грунте превращается в лед, расширяясь, он деформирует железнодорожное полотно. Весной, когда лед тает, земельная насыпь, напротив, оседает. Циклы замораживания/оттаивания негативно сказываются на качестве, сроке эксплуатации, а главное — на безопасности железнодорожного полотна. Второй задачей является строительство дорог в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов, а это более 65% территории России.
«Применение теплоизоляции из экструзионного пенополистирола (XPS) является прогрессивным методом, направленным на снижение сил морозного пучения, а также на сохранение мерзлых грунтов в проектном состоянии, — комментирует Михайлиди Дмитрий, директор по развитию «Полимерная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ. — Теплоизоляционный слой не только продлевает срок службы железной дороги, но и обеспечивает сохранность и безопасность полотна».
XPS ТЕХНОНИКОЛЬ обладает низким коэффициентом теплопроводности, а также высокой прочностью, выдерживая экстремальные нагрузки от 450 кПа при 5 % линейной деформации, а также имеет высокую прочность при многократно приложенной динамической нагрузке не более 2% при не менее чем 2 млн. циклов, что имитирует работу материалы при воздействии от подвижного состава. Эти характеристики позволяют материалу успешно защищать железнодорожное полотно от промерзания и сохранять эксплуатационные свойства даже в условиях высоких нагрузок от железнодорожных составов.
Плиты XPS ТЕХНОНИКОЛЬ получили маркировку знаком соответствия системы добровольной сертификации на железнодорожном транспорте.