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 по вертикали
Каждый четвертый лифт в России создан на Щербинском лифтостроительном заводе (входит в группу ДОМ.РФ). Продукция одного из лидеров рынка пользуется спросом у застройщиков жилья и коммерческих объектов, образовательных учреждений и больниц — ведь конструкторы предприятия каждый год предлагают передовые разработки, отвечающие требованиям самых разных потребителей.
В 2021 году завод заключил контракты на поставку свыше 9,3 тысячи единиц лифтового оборудования в 37 регионов страны. Лидером по поставкам остается Центральный регион — на различные объекты строительства и реконструкции было отгружено более 40% произведенных лифтов, 15% поступило в Приволжский регион, 13% — в Южный. Щербинскими лифтами пользуются и зауральские регионы: в Камчатском крае они составили четверть всего лифтового оборудования, а в города Сибири в 2020–2021 гг. поставлено более 1700 лифтов как для новых жилых комплексов, так и по региональным программам капремонта.
Интерес фондов к продукции отечественного производителя объясняется не только конкурентной закупочной стоимостью, но и наличием аккредитованных монтажных и сервисных организаций, оперативностью поставок и прежде всего высокими эксплуатационно-техническими характеристиками, которые постоянно совершенствуются.
У застройщиков нового жилого фонда ряд своих требований, которые сконцентрированы с фокусом на новейшие разработки и внешний облик лифта. Сегодня девелоперы ЖК уделяют внимание каждой детали вертикального транспорта: дизайну, дополнительным опциям, использованию информационных ресурсов, и Щербинский завод готов предложить каждому свой вариант лифта с зеркалами и электронными дисплеями, разнообразными вариантами светодиодного освещения, звуковыми информаторами, удобной системой управления, возможностью транслировать информационные и рекламные материалы управляющей компании или застройщика.
НИОКР, модернизация, создание новых продуктов являются приоритетами в развитии предприятия. В этом году завод откликнулся на запросы застройщиков новой линейкой дизайна лифтов с тремя современными SMART-системами: Air Clean, которая обеспечивает дезинфекцию кабины с помощью ультрафиолетовых светодиодов, Air Key, управляющая лифтом со смартфона, Mirror для показа справочной и рекламной информацию на встроенном в зеркало дисплее.
Современный лифт Щербинского завода — это не только надежный и «умный» транспорт, но и возможность перемещаться безопасно и с комфортом. Так, учитывая эпидемиологическую ситуацию, в 2020 году конструкторы завода приступили к разработке универсальной системы, которая обеспечивала бы обеззараживание поверхностей и воздуха лифтовой кабины от бактерий и вирусов с эффективностью до 98%. Первый в России лифт со встроенной дезинфекцией воздуха по программе капремонта жилищного фонда был смонтирован в Липецке — это многоэтажное здание с высокой проходимостью, и бактерицидная защита в нем будет здесь особенно уместна. Также лифтовые кабины с другим типом обеззараживателя ЩЛЗ планируется установить в столице Камчатского края, накладной рециркулятор воздуха с логотипом Фонда капитального ремонта очищает воздух лифта. Всего в данный момент более 100 лифтов с системой обеззараживания находится на стадии монтажа.
При создании ЖК любого класса важно сохранить единый стиль дизайна , поэтому лифтовое оборудование можно заказать на заводе по индивидуальным техническим и стилистическим требованиям заказчика. ЩЛЗ предлагает три класса дизайна лифтов, исполнение которых предоставляет большой выбор в оформлении и дополнительных опциях. При отделке кабин используются различные ударопрочные износостойкие материалы. В классе Стандарт — окрашенная сталь, Комфорт — шлифованная или полированная нержавеющая сталь, Премиум — металлопласт разных оттенков древесных пород. Можно выбрать любое сочетание отделки, типа освещения, дополнить SMART системами, заказать лифт в уникальном цветовом исполнении или сделать его панорамным: такую полностью стеклянную кабину завод произвел и установил в новом здании МАИ.
Вузы столицы и Подмосковья в прошлом году получили 43 лифта ЩЛЗ (РУДН, МАИ, МГТУ Станкин), в том числе в два новых корпуса общежития МГТУ им. Н. Э. Баумана. Все лифты оснащены опциями для маломобильных групп населения.
Всего за 2021 год завод заключил контракты на поставку 612 лифтов в учебные заведения, больницы, спортивные и культурно-развлекательные объекты, а также объекты специального назначения. Поставки осуществляются в 36 регионов России, из них: 216 единиц — в больницы, 223 единицы — в учебные заведения, 153 единицы — в промышленные предприятия. В рамках срочного заказа Министерства здравоохранения Московской области АО «ЩЛЗ» произведены и поставлены лифты с целью замены устаревшего оборудования в двадцати медицинских учреждениях Подмосковья.
Еще одно важное направление в работе Щербинского завода — активное участие в программе реновации жилищного фонда в Москве, что было отмечено благодарностью Департамента строительства столицы.
«В 2021 году ЩЛЗ поставил более 1000 лифтов в многоквартирные дома столицы, из которых 100 лифтов — по программе реновации жилищного фонда в Москве, — сообщил генеральный директор Антон Артемьев. — ЩЛЗ — один из немногих производителей, способных удовлетворить всем требованиям к лифтам в домах по реновации. Это скорость движения лифта 2 м/с, применение безредукторной лебедки, что позволяет экономить средства на строительстве технического этажа. Лифты в стартовых домах по реновации оснащаются антивандальными видеокамерами высокого разрешения, которые подключаются к городской системе видеонаблюдения».
Работа завода была отмечена благодарностью Департамента строительства столицы за монтаж, техническую грамотность и ответственный подход.
Вынужденное отступление
В России отменен запрет на использование централизованных открытых систем теплоснабжения. Данное решение властей было принято из-за отсутствия у регионов серьезных денежных средств на финансирование необходимых работ.
С 1 января 2022 года в России должен был введен прямой запрет на использование централизованных открытых систем теплоснабжения. Данное требование законодательно (190-ФЗ «О теплоснабжении») было принято еще в 2013 году. На полный переход на использование только закрытых систем давалось почти десять лет. Но в декабре 2021 года был принят закон (438-ФЗ) об отмене запрета на использование открытых систем теплоснабжения. Правда, при этом остался в силе запрет на подключение к таким системам новых домов.
Фактически само отступление от перехода на более энергоэффективную модель теплоснабжения было объяснено отсутствием у региональных властей денежных средств на замену систем в уже построенных жилых домах. Не готовы в такие проекты были вкладываться и частные инвесторы.
Переход будет постепенным и не повсеместным
Отраслевые специалисты последнее принятое решение властей ожидали, но не считают его позитивным. Отмена тотального запрета на использование открытых систем ГВС, полагает генеральный директор АО «СИНТО» Сергей Сидоренков, который должен был вступить в силу с 1 января 2022 года, была актуальна и неизбежна. Несомненно, закрытые системы горячего водоснабжения являются более качественными и эффективными, и запрет на использование открытых систем в новом строительстве, который действует уже несколько лет, был правильным решением, обоснованным технически и экономически.
«Но миллионы потребителей, проживающих в старом фонде, продолжают пользоваться подготовленной горячей водой из тепловой сети. Для них запрет использования открытых систем означал бы или гипотетическое отключение горячей воды, или же необходимость радикальной реконструкции внутренней системы ГВС дома. Необходимо установить теплообменный аппарат, в котором сетевая вода будет нагревать холодную воду. А нагретая до 65 градусов водопроводная вода не может быть непосредственно подана в существующую внутреннюю сеть, т. к. эта вода насыщена растворенными газами и очень агрессивна к некоррозионностойким трубам, сварным швам и другим элементам. Проблема могла бы быть решена установкой компактного деаэратора в ИТП, но, к сожалению, в настоящее время эффективных, надежных и проверенных на практике устройств такого типа еще просто нет на рынке. Поэтому остается только один способ — полная модернизация внутренней системы трубопроводов с переходом на коррозионностойкие материалы. Мероприятие это также дорогостоящее и, скорее всего, будет реализовываться постепенно по графикам планового капитального ремонта, а переход на закрытую систему ГВС по новому закону должен будет еще и предварительно обоснован как технически, так и экономически. По некоторым оценкам полный переход на закрытые системы стоил бы для Петербурга не менее 100 млрд рублей», — отмечает Сергей Сидоренков.
Требуется софинансирование
По словам генерального директора консорциума ЛОГИКА Павла Никитина, ранее указанные в законе сроки повсеместного перехода на закрытые схемы теплоснабжения (до 1 января 2022 года) были изначально нереалистичны. Это и отражено в Заключении Комитета Государственной думы по энергетике от 10 ноября 2021 года по проекту ФЗ № 152382-7 «О внесении изменений в Федеральный закон "О теплоснабжении"», который предшествовал недавно принятому закону, отменяющему запрет на использование открытых схем теплоснабжения. В этом же документе сказано, что, по имеющимся у Комитета данным, с 2011 года доля домов, получающих горячее водоснабжение по закрытой схеме, увеличилась всего на 10% и преимущественно за счет подключения новых объектов. Столь низкие темпы перехода с открытых схем на закрытые прежде всего связаны с отсутствием государственной программы и должного софинансирования необходимых мероприятий. «Таким образом, идея о запрете использования открытых систем теплоснабжения имеет только два недостатка — на нее нужны деньги и время. Надо сказать, что и ранее закрытием схемы занимались по остаточному принципу или не занимались вовсе, поскольку за неисполнение утратившего силу закона наказание не было предусмотрено. Остается надеяться, что закон об обязательном переходе на закрытые схемы теплоснабжения в будущем будет вновь принят. Также интересно было бы узнать, каким образом соотносятся между собой отмена запрета на использование открытых систем теплоснабжения и принятая в конце октября 2021 года Стратегия социально-экономического развития РФ, направленная на декарбонизацию», — задает риторический вопрос Павел Никитин.
В ущерб потребителям
Переход на закрытые системы требует крупных финансовых вложений, для его осуществления в каждом здании должен появиться индивидуальный тепловой пункт (ИТП) с узлом учета тепловой энергии (УУТЭ). Например, в Санкт-Петербурге это потребовало бы от 100 до 150 млрд рублей, отмечает технический консультант «Данфосс» Вячеслав Гун. Отмена обязательности этого требования для теплоснабжающих организаций имеет очевидные перспективы, но в ущерб для потребителей. Для теплоснабжающих организаций существенно упрощается задача по эксплуатации и ремонту системы теплоснабжения. При этом сохраняется риск низкого качества услуги для потребителя.
«Но современные юридические условия работы теплоснабжающих компаний все чаще и все больше позволяют потребителям предъявлять требования непосредственно к поставщику услуги. В итоге это приводит для теплоснабжающей организации либо к потере потребителя, либо к инвестициям в реконструкцию. Перспективы реализации закона 438-ФЗ пока непонятны. Учитывая, что деятельность теплосетевых компаний, как правило, субсидируется из региональных бюджетов, в большей своей части дефицитных, средств на продолжение работ по переводу открытых систем ГВС в существующем жилом фонде в закрытые, скорее всего, не будет. Следовательно, продолжится стагнация тепловых сетей и систем потребления, которая будет сопровождаться повышенным износом трубопроводов и оборудования, повышенными затратами тепловой и электрической энергии, высокой аварийностью и нарушением нормативных параметров и гигиенических качеств воды в системах ГВС», — подчеркивает эксперт.