Гравитация и другие необычные решения
Шотландский стартап Gravitricity в 2021 году объявил о начале пилотного проекта гравитационного накопителя энергии в Эдинбурге, крупнейшем закрытом глубоководном порту.
Демонстрационный образец накопителя энергии Gravitricity мощностью 250 кВт
(Фото: gravitricity.com)
Будущие системы Gravitricity будут устанавливаться над 150-1500-метровыми заброшенными шахтами. Масса грузов при этом может варьироваться от 500 т до 5 тыс. т. При спуске груза будет происходить выработка электроэнергии. Она будет возвращаться в сеть в моменты пикового потребления. Приводом лебедки груза будет служить электрическая машина, способная поглощать или вырабатывать электрическую энергию при подъеме или опускании груза. Такая система позволит обеспечить 4 МВт мощности и может проработать 50 лет без потери производительности. Gravitricity собирается внедрять свою технологию в вышедших из эксплуатации шахтах по всему миру.
А ученые Массачусетского технологического института разработали батарею, которая будет питаться углекислым газом из любого источника. Она может поглощать потоки как из выхлопной трубы автомобиля, так и собирать углекислый газ из атмосферы.
Батарея состоит из ряда последовательных камер, в которых находятся электрохимические ячейки, пропускающие поток. Когда она заряжается, на поверхности электродов протекает электрохимическая реакция, а затем батарее требуется разрядка для очистки электродов. Чистый газ при этом откачивается в отдельную камеру.
Cистема может выдерживать не менее 7 тыс. циклов зарядки-разрядки с 30% потерей эффективности за это время. В будущем этот показатель может вырасти до 20–50 тыс. циклов.
Демонстрация работы батареи на углекислом газе
Между тем исследовательская группа из Национального университета Сингапура (NUS) и японского Университета Тохоку (TU) разработала технологию, которая с помощью крошечных интеллектуальных устройств позволит преобразовывать беспроводные радиочастоты в энергию. Таким образом, в будущем микроэлектронику можно будет запитывать с помощью сигналов Wi-Fi.
Сколько стоит установить солнечную панель мощностью 1 кВт?
Чтобы система солнечных панелей работала, необходима установка следующих приборов:
- Сами солнечные панели.
- Контроллер — для заряда аккумуляторов.
- Аккумуляторы.
- Инвертор — преобразует постоянный ток от аккумуляторов напряжением 12 В в переменный напряжением 220 В.
Средняя стоимость 1 Вт мощности панели стоит 1 доллар или 90 евроцентов. В итоге 1 кВт мощности обойдется примерно в 900 евро. Панели мощностью 1 кВт в яркий солнечный день будут приносить около 8 кВт*ч энергии (зимой и летом, а также в пасмурную и яркую погоду, цифры будут отличаться).
Контроллер на максимальный ток в 60 А будет стоить около 350 евро.
В идеале аккумулятор на 100 Ач запасает в себе 1,2 кВт*ч, но так как их нельзя разряжать полностью, а максимум на 70 %, то примем как накопленный заряд, 840 Вт. В итоге для заряда 8 кВт*ч нам потребуется минимум 2 аккумулятора по 250 Ач (остальная энергия пойдет бытовым потребителям). Их стоимость составит около 700 евро (по 300 — 350 евро каждый).
Инвертор на 1.4 кВт, типа Crown Micro Ricco 2.4K, будет стоить около 100 евро.
В итоге 1 кВт мощности нам обойдется: (900 + 350 + 700 + 100) = 2050 евро. Это средняя цифра, так как в зависимости от производителя и технических параметров стоимость может меняться.
Такая домашняя солнечная электростанция сэкономит своему владельцу около 2880 кВт*ч в год, что при нынешних тарифах составит 2880 * 5,56 = 16012 рублей (тариф для Москвы). В итоге средняя окупаемость солнечной домашней электростанции мощностью 1 кВт составит около 9 лет.
Какие солнечные модули работают лучше при пониженной освещенности и рассеянном свете?
В спецификациях на солнечные модули указаны параметры при STC (стандартных тестовых условиях). Реальные условия эксплуатации могут значительно отличаться от STC. Обычно солнечные батареи в России работают при освещенности ниже, чем 1000 Вт/м² и погода бывает облачная или даже пасмурная. Солнечные модули разных типов и даже одного типа, но разных производителей работают по-разному в реальных условиях эксплуатации.
Поэтому возникает вопрос — какие солнечные модули лучше купить, чтобы они работали наиболее эффективно при облачной погоде и рассеянном свете? Основным параметром, который нам важен при оценке эффективности солнечных батарей, является количество вырабатываемой энергии за промежуток времени (сутки, неделю, месяц, год). Какие же модули вырабатывают больше энергии при малой освещенности? Рассмотрим основные типы модулей — монокристаллические, поликристаллические, тонкопленочные аморфные кремниевые, монокристаллические PERC модули — это основные модули, представленные сейчас на российском рынке.
Часто задают вопрос — какие модули работают лучше при облачной погоде и рассеянном свете? При пониженной освещённости и частичном затенении лучше работают тонкопленочные модули. Также, лучше чем обычные моно и поликристаллические модули при пониженной освещённости работают модули, изготовленные по технологии PERC (у нас в ассортименте есть такие модули).
Для стандартных модуле точно сказать, какой модуль — монокристаллический или поликристаллический — будет больше вырабатывать в облачную погоду нельзя. Тут все зависит от качества производителя. Только брендовые модули будут гарантировать максимальную выработку при различных условиях работы. Обязательно смотрите, присутствует ли производитель или бренд в списке модулей, которые прошли тестирование независимой лаборатории на параметра PCT
Дешевые модули делаются со стеклом без антибликового покрытия (один из популярных в России поставщиков продает именно такие модули). Они выдают заявленные параметры при тестировании на заводе, когда модули облучаются под прямым углом к плоскости. Но как только угол падения солнечных лучей становится не перпендикулярным поверхности элемента, значительная часть солнечного света отражается некачественным стеклом. Также, очень плохо такие модули работают и на рассеянном свете. В итоге выработка энергии таким модулем может быть меньше раза в 2 по сравнению с выработкой энергии модулем такой же номинальной мощности, но сделанным известным брендом и производителем, отвечающим за свое качество.
Солнечные трекеры
Конструкторы стараются выжимать из солнечных панелей максимум. Одним из самых очевидных решений здесь кажется постоянный поворот батарей в сторону источника энергии. Генерирующие ток элементы наиболее эффективны, когда лучи падают на них прямо, а не под углом. Поэтому традиционно они устанавливались в позиции, в которой на них наибольшее количество времени светит Солнце. Понятно, что это не идеальное решение, так как положение нашей звезды на небосклоне меняется не только в зависимости от времени суток, но ещё и в течение года. Чтобы исправить эту ситуацию, инженеры изобрели фотоэлектрические трекеры. Они забирают от 5 до 10 процентов генерируемой энергии, но добавленная выработка с лихвой покрывает эти потери. В некоторых областях планеты этот приём позволяет увеличить объём получаемой энергии на 45%. Особенно полезны трекеры в высоких широтах, где Солнце «гуляет» по горизонту гораздо больше, чем вблизи экватора. Они значительно утяжеляют конструкцию панелей, и их установка на крышах жилищ не отличается практичностью. Однако в полевых условиях их применение более чем оправдано.
Устройство и принцип работы
В настоящее время солнечные преобразователи изготавливаются преимущественно из кремния. Различают два вида современных технологий, на основе которых работают батареи. Первая это поликристаллическая и монокристаллическая. Поликристаллическая более дешевая и как следствие менее эффективная технология. Монокристаллическая более дорогая, что связанно в основном с трудоемкой технологией производства, а точнее выращивания, монокристаллов.
Несмотря на большую стоимость по сравнению со своим собратом, такая солнечная батарея дает больше электроэнергии и срок службы ее значительно дольше. Что в совокупности делает монокристаллический солнечный модуль наиболее привлекательным для применения его в повседневной жизни.
Работа солнечного элемента связана с его конструкцией. Состоит он из внешних пластин, выполненных из кремния, с разными свойствами проводимости и внутреннего слоя, состоящего из чистого монокристаллического кремния. Внутренний слой обладает определенной проводимостью. Такую проводимость металла в физике называют еще дырочной проводимостью. Один из внешних проводников тоньше противоположного слоя и покрыт специальным слоем, образующим цельный металлический контакт.
Список электропродуктов можно посмотреть тут.
При попадании на один из внешних слоев солнечного света образуется фотогальванический эффект. Он приводит к образованию в этом слое свободных электронов. Эти частицы получают дополнительную энергию и способны преодолеть внутренний слой элемента. Его называют барьером. Чем больше объем солнечного света, тем интенсивнее происходит процесс прохождения или перепрыгивания частиц от одной внешней пластины к другой, минуя внутреннюю перегородку. При замыкании внешних пластин появляется напряжение. Та пластина, которая интенсивно отдает частицы, образуя в себе так называемые дырки, приобретает знак минус. А принимающая пластина — знак плюс.
Функциональность солнечных батарей в пасмурную погоду или зимой
Работа солнечных батарей — уникальное явление. Это замечательное изобретение человечества. Но что делать, если основным атрибутом работоспособности такой батареи это наличие солнечного света. Зимой и осенью природа не балует нас теплом. За окном приходиться наблюдать в основном пасмурную или дождливую погоду.
Как показывает опыт работы солнечных панелей в зимнее время, коэффициент выработки энергии уменьшается почти в пять раз. А если учесть, что производительность этих батарей в принципе ниже стандартных источников энергии. То это все делает солнечные батареи почти бесполезными зимой.
В довершение ко всему можно отметить трудоемкость обслуживания панелей в зимнее время года. Это усугубляется периодически выпадающим снегом.
Кстати что касаемо осадков, дождь это полбеды, а вот снег, который налипает на рабочие плоскости батарей, придется еще и чистить.
Причем следует чистить очень аккуратно и тщательно. Поскольку каждая царапина или любое другое механическое повреждение отдельных блоков снижает эффективность панели в целом. Про осадки в виде града можно даже не вспоминать. Потому что они влекут за собой не просто низкую выработку электричества, но и механические повреждения модулей и дальнейшие затраты на их восстановление.
И все же, можно увеличить выработку электроэнергии в пасмурный период. Зимой очень востребованы специализированные аппараты слежения за солнцем, позволяющие моноблоку находиться постоянно под нужным углом к солнцу. Это необходимо, потому что при отклонении поверхности солнечной батареи от солнечных лучей производительность уменьшается. И чем больше угол, тем меньше электроэнергии поступает к источнику. Такие аппараты называются гелиостаты.
Из всех особенностей, использования солнечных батарей в зимнее время года, можно отметить только один плюс, это постоянное охлаждение панели. Дело в том, что нагрев пагубно влияет на выработку тока, поэтому зимой можно не задумываться о наличии специальных охладительных систем.
Каковы перспективы
Прогресс не стоит на месте, в разных уголках планеты ведутся научные изыскания, призванные «заставить» работать солнечные батареи даже ночью. И подвижки есть. Так, в технологическом институте Массачусетса ученые решают проблему сохранения и возобновления энергии, полученной днем.
В Китае также занимаются разработкой нового типа солнечных батарей, способных не терять эффективность в пасмурную погоду и продолжать генерировать энергию ночью
Изобретатели сосредоточили внимание на невидимом глазу и обычно неиспользуемом инфракрасном спектре солнечного излучения
Возможно, в самое ближайшее время проблема будет решена и человечество обзаведется бесперебойно работающими солнечными батареями.
Гибкие солнечные батареи
Очень удобными являются гибкие панели, которые легко сворачиваются в рулон, словно обычная бумага. Хотя стоимость их выше, чем твердотельных аналогов, они на рынке заняли свою нишу. В основном они пользуются спросом у туристов и путешественников, которым в условиях отсутствия электрификации необходимо заряжать мобильные гаджеты. Главным производителем гибких батарей, работающих от солнечной энергии, является компания Sun Charger, которая, к слову, недавно обновила свой модельный ряд моделями 34 Вт и 9Вт.
T_3Fq3YnxMk
Первая модель подходит для питания планшетов, сотовых телефонов, видеокамер, цифровых фотоаппаратов, GPS, гелевых аккумуляторов 6 и 12 вольт, т.е. она может в условиях похода обеспечить потребности нескольких человек.
SunCharger SC-9/14 — батарея в сложенном виде
Она же — в раскрытом виде
Особенности батареи: компактная складывающая конструкция, работающая в диапазоне температур от -50 до +70 градусов, вес которой всего 420 граммов, снабжена антибликовым покрытием, встроенным светодиодом, люверсами для крепления. Выходной разъем круглый (5.5 мм / 2.1 мм.).
Характеристики электрические: рабочее выходное напряжение 13,5 В (стандартное 12В), без нагрузки – 19В; рабочий выходной ток – 0,65 А; габариты в сложенном и развернутом виде — 20.5х15х3 см и 50х41.5х0.4 см; мощность выходная – 8,6 Вт.
Выходной разъём SunCharger SC-9/14
Вторая модель SunCharger SC-34/18 на сегодняшний день является в линейке гибких солнечных батарей самой мощной. Разработана она специально для универсальных накопителей (ноутбуков), имеющих на входе зарядки, как правило, 17-19 вольт. Максимальная мощность – 18В. К накопителям она подключается напрямую, что обеспечивает идеальное согласование. Понятно, что для менее «прожорливых» накопителей она также подходит, в том числе для двенадцати вольтовых свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях.
Солнечная батарея выдает 18 В в точке своей максимальной мощности и напрямую подключается к этим накопителям. Таким образом, она «идеально» с ними согласована.
Естественно, эта батарея подходит и для зарядки менее прожорливых потребителей. Как известно, мощности мало не бывает. А также спокойно заряжает 12 В свинцовые аккумуляторы, в том числе, и автомобильные (через несколько часов зарядки уже можно завести машину). Толщина ее 4 см (т.е. стала чуть больше), но получилась батарея даже немного компактнее, чем обычные батареи на 12 В.
Солнечная гибкая батарея (модель SunCharger SC-34/18)
Достигнуто это за счет более тонкой ткани, используемой в ее производстве и ламинированных фотоэлементов большей площади.
Эта же батарея в раскрытом виде
Помимо особенностей, характерных для предыдущей модели, здесь имеются на выходе помимо круглого разъема, еще «мама» и «папа».
Электрические характеристики: мощность выходная, как понятно из маркировки, 34 Вт; рабочий выходной ток – 1.9 А; габариты 40х18х4 см (в сложенном виде) и 40х18х4 см (в раскрытом). Напряжение на выходе – 18 В и 26 В (без нагрузки). Вес, конечно, намного больше – 1,7 кг.
Солнечные батареи за стеклом
Часто нас спрашивают, насколько снизится выработка солнечных батарей, если их установить за стеклом — внутри балкона, веранды и т.п. Многие дачники боятся, что установленную снаружи солнечную батарею украдут. Некоторые пытаются сделать установку солнечных батарей неприметной.
В солнечных панелях применяется специальное стекло с повышенной прозрачностью, которая достигается пониженным содержанием железа в стекле, но даже оно снижает мощность солнечной панели на несколько процентов. Как видно из таблицы выше, оконное стекло в один слой снижает выработку солнечной панели на 9%, а двойное стекло — на 16%. Это при условии, что эти стекла — идеально чистые и солнечные лучи падают на них перпендикулярно. В реальности же стекла бывают пыльными или даже грязными, что дополнительно снижает их прозрачность. При падении солнечных лучей под углом, отличным от 90 градусов, на передней и задней поверхности каждого стекла возникают переотражения, которые также отводят солнечные лучи от солнечного элемента. Поэтому мы не рекомендуем устанавливать солнечные батареи за оконными стеклами.
Солнечные батареи за стеклом на балконе
Эта статья прочитана 10793 раз(а)!
Авто на солнечных батареях
Ещё одной новинкой в технологиях солнечной энергии стала разработка семейного авто Stella, которое может перевозить небольшое семейство из 4 человек. Попытки создать подобную машину были и раньше, но только сейчас технологии позволили сделать её конкурентоспособной на авторынке.
Устранены главные недостатки: медленная скорость и небольшой запас энергии. Теперь авто может ехать со скоростью 110 км/час, чего более чем достаточно для семейного транспорта. После наступления темноты накопленной световой энергии хватит ещё на 600 км пути – это действительно впечатляющая цифра.
Если ко всем достоинствам присоединить то, что Stella работает практически бесшумно и совершенно не производит вредных выхлопных газов, то становится понятно, что развитие такого типа автотранспорта является очень перспективным направлением для энергетики.
Какие панели в пасмурную погоду будут работать лучше?
Есть ли вообще батареи, которые могут работать, когда пасмурно? Сегодня они уже есть и приобрести вы их можете тут https://elektro.in.ua.. Это батареи, покрытые слоем графена, благодаря которому из дождевых капель может вырабатываться дополнительное количество электроэнергии. В дождь мало света, но это компенсируется каплями дождя. Поэтому в дождь КПД падает, ноне очень сильно. Ещё один способ сделать панели более эффективными – накопить электроэнергии в большем объёме, когда стоят солнечные дни, а потом использовать её, при недостаточном поступлении света. Для этого нужны аккумуляторы с большей ёмкостью и подходящий инвертор.
Похожее
Прозрачные солнечные панели могут стать будущим энергетики
Швейцарцы создали особые солнечные панели
Придуманы солнечные панели, которые вырабатывают энергию даже в дождь
Прорыв технологий: любая поверхность позволит получить солнечную энергию
Возможно ли полноценное обеспечение энергией и теплом зимой
Солнечные батареи не способны полностью обеспечить владельца энергией и теплом в холодное время года. Однако частично они могут помочь сэкономить расходы на электричество. Рассчитывать на полноценное электроснабжение с их помощью нельзя. Но они с лихвой могут окупить свою стоимость в течение ближайших десяти лет.
Кстати, на Дальнем востоке зимой уровень солнечной радиации значительно выше летнего, поэтому там возможна колоссальная экономия электричества при использовании солнечных аккумуляторов круглый год.
Итак, этот спорный, но во многом оправдывающий себя альтернативный источник энергии вполне может стать хорошим помощником в быту. Однако перед тем, как серьезно задуматься над приобретением солнечных панелей, следует изучить как специфику их работы в разное время года, так и особенности их устройства.
Актуальность данной темы
В настоящее время во всем мире, в том числе и в нашей стране, остро встает вопрос о разработке и внедрении новых источников энергии. Всем известно, что наиболее значимыми из них на сегодняшний день являются нефть, природный газ, уголь, электричество. Запасы нефти и газа не безграничны, в силу всего этого необходимо искать альтернативные источники энергии. Одним из них является использование так называемых солнечных батарей. О солнечной энергетике знают уже давно, это предмет споров и дискуссий среди специалистов. Некоторые считают, что это большая перспектива на будущее, другие уверены в противоположном.
Схема подключения солнечных панелей.
Сейчас очень большое количество крупных кампаний вкладывает миллионы в развитие этой отрасли, в том числе в строительство солнечных электростанций. С одной стороны, солнечные батареи не требуют затрат при их эксплуатации, но стоимость данного оборудования высока. Часть специалистов утверждает, что прибыль от данного проекта не сможет покрыть расходы, связанные со строительством. В противовес этому данные устройства могут работать десятками и сотнями лет, поэтому при длительной эксплуатации прибыль будет налицо. Следует рассмотреть более подробно, какова эффективность солнечных батарей, факторы, ее определяющие. Но сперва нужно ознакомиться с принципом их работы, основными преимуществами.
Аморфные солнечные модули второго поколения
Именно тонкопленочные аморфные однопереходные батареи на сегодняшний момент считаются наиболее перспективными в плане внедрения. Преимущества таких батарей очевидны. Прежде всего себестоимость составляющих элементов достаточно приемлемая. Аморфные батареи имеют лучшие по отношению с кристаллическими показатели мощности. Аморфные батареи имеют меньшую стоимость еще и потому, что для их производства требуется значительно меньше кремния, чем для изготовления кристаллических батарей.
Основные преимущества кристаллических аморфных батарей
Безусловно первым и основным преимуществом тонкопленочных аморфных модулей является их стоимость. Она намного ниже, чем у кристаллических батарей при том КПД, однако существуют и другие преимущества, которые являются решающими при выборе для потребителя. К основным преимуществам можно отнести:
- Если температура меняется на повышение, то солнечные аморфные батареи работают намного более эффективно. В яркий солнечный день аморфные батареи производят электрической энергии намного больше, чем кристаллические. При повышении температуры кристаллические батареи становятся значительно менее эффективными. Не секрет и тонкопленочные батареи теряют свою эффективность при нагреве, однако потери здесь существенно ниже. Например, при нагреве эффективность кристаллической батареи снижается на пятую часть.
Аморфные батареи второго поколения.
- Безусловный плюс аморфных батарей — это возможность вырабатывать электроэнергию даже при рассеянном освещении. Аморфные батареи продолжают функционировать даже тогда, когда кристаллические батареи просто становятся неэффективными. Даже при слабом освещении аморфные кремниевые элементы могут генерировать электроэнергию.
- Стоимость выработанной электроэнергии у аморфного кремния ниже.
https://youtube.com/watch?v=W6y8tgw62Z0
Аморфные солнечные батареи сегодня развиваются максимально возможными темпами, инвесторы охотно вкладывают в эту энергетическую сферу все больше средств. Объемы производства значительно увеличиваются, а значит уменьшается стоимость конечной продукции. Также растет качество товара и его энергоэффективность.
В процессе производства аморфных панелей не является достаточно сложным технологическим процессом, вот почему отходов в процессе производства меньше. Кристаллические батареи между собой спаиваются, тогда как тонкопленочные модули производятся как готовые конструкции, причем формат их может быть самым разным.
Даже при рассеянном свете, то есть в пасмурную погоду потери по мощности у аморфных батарей существенно меньше. Кремниевые батареи, находящиеся в тени или загрязненные, теряют до четверти мощности. В пасмурную погоду эффективность аморфных батарей намного выше.
В чем недостатки тонкопленочных аморфных солнечных батарей
КПД у аморфных батарей все же в два раза ниже. Это является основным минусом в сравнении с кристаллическими модулями. Однако плюсов у аморфных батарей несравненно больше и недостаток КПД перекрывается с лихвой.
Тонкостенные аморфные солнечные модули: конструктивные особенности
В качестве подложки используется либо различные гибкие материалы, либо стекло. Подложка должна пропускать солнечные лучи. Использование в качестве основы гибких материалов позволяет аморфные батареи размещать на одежде или сумках, в условиях жаркого климата, на фасадах зданий. Батарея достаточно эффективна в облачную погоду. Время эксплуатации аморфных батарей такое же как и кристаллических. Однако технология производства совершенствуется. В общем выбирать безусловно потребителю.
Аргументы за:
1. Неиссякаемость и автономность
Солнце есть в любой точке Земли. Ученые утверждают, что излучать энергию оно будет еще минимум 5 млрд лет. Риск, что солнце может внезапно и надолго «отключиться», — минимален.
2. Разнообразие применения
Солнечную энергию можно использовать не только для подачи электричества в дом. Сейчас выпускают даже автомобили, которые работают на солнечных батареях. Правда, они актуальны для более солнечных стран, чем Россия.
3. Экономия
Накапливая солнечную энергию в панелях, потребитель может снизить зависимость от от электричества, генерируемого на электростанциях, и сократить расходы на него. При постоянном использовании энергии солнца расходы на электричество можно будет полностью исключить.
4. Долговечность
В стандартных солнечных панелях отсутствуют подвижные части. По этой причине они изнашиваются медленно. А современные дистрибьюторы предлагают еще и длительное гарантийное обслуживание. Так что солнечные батареи могут прослужить до четверти века, если не забывать их правильно обслуживать.
Заключение, выводы, рекомендации
На основании всего вышесказанного можно сделать заключение о том, что в современном мире идут поиски альтернативных источников энергии. Перспективным направлением является солнечная энергетика, которая основана на использовании солнечных батарей. Стандартная солнечная установка состоит из следующих основных частей: обыкновенного преобразователя, преобразователя постоянного тока в переменный, механизма отбора мощности, аккумулятора и аппарата, регулирующего уровень зарядки и разрядки.
Эффективность подобного оборудования зависит от нескольких факторов. Самый важный из них — активность солнечной энергии и мощность батареи. Наиболее оптимальными являются аппараты с мощностью от 13,5 кВт, что может обеспечить практически бесперебойную работу всего оборудования. Для северных регионов нашей страны использование батарей не является перспективным. Рекомендуется применение их в качестве дополнительного источника электричества в целях экономии средств. Целесообразно совмещать ее с центральным отоплением (на природном газе или твердом топливе). При возведении солнечных станций нужно учесть большие затраты на оборудование. Окупаемость может составить десятки лет.
