Март 2018 — ECO50

На Среднеуральской ГРЭС установлены «солнечные» фонари



На Среднеуральской ГРЭС установлены «солнечные» фонари, их конструкция обеспечивает надежную и бесперебойную работу осветительной системы в климатических условиях нашей страны.


Энергия для светодиодного светильника в 20 Вт подается от солнечной батареи мощностью 100 Вт. Батарея монтируется на опоры диаметром от 89 до 108 мм, но предусмотрена возможность изготовления и поставки кронштейнов (для установки батарей) с другими размерами.


Именно такие фонари были установлены для освещения территории Среднеуральской ГРЭС. Система полностью автоматизирована. Она включает освещение в момент, когда сгущаются сумерки, и отключает при наступлении рассвета. Даже в отсутствии солнца в течение 4-х суток мощности батареи будет достаточно, чтобы обеспечивать автономную работу светильника.


Такая система может быть использована для освещения там, где отсутствует энергоснабжение.

Гелевые аккумуляторы


Гелевый аккумулятор получил такое название из-за того, что его электролит имеет желеобразную консистенцию, напоминающую по внешнему виду гель. В англоязычной технической литературе эти аккумуляторы называют Gelled Electrolite, в нашей стране им присвоена аббревиатура GEL.


Устройство гелевого аккумулятора

По своему устройству гелевые аккумуляторы почти не отличаются от конструкции свинцово-кислотных. Разница лишь в том, что в традиционных АБК в качестве электролитов, проводящих ток, используется раствор серной кислоты, тогда как в гелевых аккумуляторах электролит не жидкий, а вязкий (пастообразный). До такого состояния он доводится путем разбавления кислоты силиконовым составом, создаваемым на основе двуокиси кремния.

Еще одно отличие заключается в том, что в гелевых аккумуляторах количество электролита меньше, чем в свинцово-кислотных. Между электродами размещаются сепараторы, изготавливаемые из стекловолокна. Электролит, попавший в поры сепаратора, уже не может растекаться. Это свойство аккумуляторов GEL очень ценится и способствует их распространению, так как при резких поворотах или опрокидывании техники, на которой установлены такие аккумуляторы, электролит из них не растечется.


Достоинства гелевых аккумуляторов

Главным достоинством аккумуляторов GEL является возможность их длительной эксплуатации, по времени превышающей срок службы традиционных (кислотных) АБК в три-четыре раза. Можно назвать и другие положительные качества этого вида зарядного устройства:

- работоспособность аккумулятора сохраняется в любом положении, даже в перевернутом;

- небольшие повреждения корпуса не оказывают отрицательного влияния на качество работы батареи;

- в самый лютый мороз и в других неблагоприятных условиях емкость аккумулятора падает незначительно;

- при хранении заряд аккумуляторов сохраняется очень долго;

- показатели пускового тока у гелевых аккумуляторов выше, чем у других видов АБК, поэтому даже при минусовых температурах проблем с запуском двигателей не возникает.


Ученые добились увеличения КПД солнечных батарей


Ученые Брауншвейгского университета создали и опробовали на практике новейшую систему, позволяющую более эффективно использовать солнечную энергию. Они смогли увеличить КПД солнечных батарей за счет включения в их конструкцию устройств, названных световыми воронками. Теперь батареи могут улавливать солнечные лучи, падающие под любым углом, и фокусировать их точно на фотогальванических элементах.


Правильная ориентация световых воронок позволяет преобразовывать в электрический ток максимальное количество энергии солнечных лучей.


Новый люминесцентный концентратор покрыт полимером, который способен перенаправлять энергию солнечных лучей к принимающим акцепторам, имеющим одинаковую ориентацию. От них излучение поступает на высокоэффективные фотоэлементы. Такое техническое решение обеспечивает резкое снижение потерь энергии в сравнении с этим же показателем у ныне действующих моделей солнечных батарей.

Инверторы для солнечных батарей



Фотоэлектрические преобразователи, называемые солнечными батареями, прочно вошли в нашу жизнь, успешно заменяя традиционное оборудование, использующее для производства электричества невозобновляемые источники энергии. Работа солнечных батарей основана на принципе фотоэффекта, позволяющего преобразовывать в электрический ток энергию солнечных лучей, падающих на батарею под определенным углом. Конструкция солнечных электростанций состоит из следующих элементов:

• солнечной панели, с помощью которого происходит преобразование солнечной энергии в электрическую;

• аккумулятора, призванного накапливать и сохранять электроэнергию;

• контроллера заряда, служащего для контроля заряда аккумулятора;

• инвертора, используемого для преобразования получаемого постоянного тока в переменный 220В или 380В.

Классификация инверторов, используемых в составе солнечных электростанциях

Полупроводниковый прибор, входящий в состав солнечной электростанции для преобразования постоянного тока в переменный напряжением 220В или 380В, называется инвертором.

Используется три различных типа его подключения:

1.автономный (off grid), работающий без подключения к электрической сети общего пользования. Обладает малыми габаритами, высоким КПД и относительно небольшой стоимостью;

2.сетевой (on grid), подключаемый к электрической сети общего пользования, в связи с чем работа солнечных батарей возможна без аккумулятора;

3.гибридный (hybrid), то есть аккумуляторно-сетевой, способный работать вместе с аккумулятором и подключаемый к электрической сети общего пользования. Обладает техническими характеристиками автономных и сетевых инверторов.

По типу выходного сигнала инверторы для солнечных батарей бывают двух видов:

• с чистой синусоидой, используемые для работы под любой нагрузкой для обеспечения работы различных приборов и оборудования, потребляющих электрическую энергию. Характеризуются небольшими энергопотерями. Применение этого вида инверторов улучшает характеристики тока, защищая электронику от повреждений;

• с меандром (модифицированным синусом). Показатели качества тока, выходного напряжения и частоты не самые лучшие, поэтому такие инверторы используются только для работы приборов, не критичных к качеству питающего напряжения. Достоинством этого вида инверторов является их относительно низкая стоимость.

Выбор инвертора по мощности

Мощность инвертора подбирается в зависимости от требуемой мощности и должна соответствовать максимальному значению мощности потребителей электрического тока.

Панда в качестве солнечной электростанции


Китайцы доказали, что с юмором можно относиться ко многим вещам и даже к столь серьезным, как энергетика. Так посчитали многие, впервые увидевшие построенную около города Датун, расположенного на севере провинции Шаньси, солнечную электростанцию. При взгляде на нее с высоты видна расположившаяся на земле панда гигантского размера. Инженеры, спроектировавшие и построившие солнечную электростанцию такой оригинальной формы, назвали ее Panda Power Plant.

Рисунок большущей панды образуют тонкопленочные батареи белого цвета и черные монокристаллы кремния. Первая очередь электростанции уже введена в эксплуатации и вырабатывает 50 мегаватт электричества. После окончания строительства второй очереди солнечная энергия, перерабатываемая этой электростанцией, позволит поставлять в энергетическую систему Китая 100 мегаватт электрической энергии. Весь комплекс сооружений займет площадь в 6000 квадратных километров.
Солнечные батареи из перовскита


В отечественной и зарубежной печати все чаще появляются публикации о солнечных батареях, для изготовления которых используется не традиционный кремний, а относительно недавно открытый минерал, названный перовскитом. Достоинством новых солнечных батарей является их сравнительная дешевизна, но использование тормозится из-за низкого КПД. Работы по повышению эффективности батарей из перовскита в нашей стране ведет НИТУ «МИСиС». Финансирование этой программы осуществляется на основе мегагранта Министерства образования и науки России.

Процесс изготовления из перовскита фотоэлементов


Перовскит, являющийся природным минералом титаната кальция (CaTiO3), открыли в районе Уральских гор в 1839 году, но его подлинные возможности были выявлены совсем недавно, в связи с чем в 2013 году он был назван «прорывным материалом». Кристаллическая структура этого минерала напоминает куб неправильной формы, что характерно для соединений со свойствами полупроводников. Для изготовления фотоэлемента нужен очень тонкий слой перовскита. В процессе изготовления используются также свинец и растворенный в диметилформамиде металлоорганический иодид. Все составляющие наносятся на подложку, в качестве которой, как правило, используется органический полимер. Процесс изготовления завершается их обжигом при температуре от 90 до 110 градусов по Цельсию. При этом из молекул перовскита образуется поликристаллическая пленка, превращающаяся в гибкие полупрозрачные панели. Из кремния такие панели получить невозможно. Работы по созданию из перовскита солнечных батарей начинались с использования жидкого электролита, в результате чего фотоэлементы получались недолговечными. Замена жидкой фракции электролита на твердую увеличила КПД таких фотоэлементов до 15%.

Принцип работы перовскитных фотоэлементов


Фотопроводящий слой из перовскита в фотоэлементе оказывается зажатым двумя полупроводниками, предназначенными для переноски электрического заряда. Энергия электронов в этих полупроводниках различная, поэтому их разделяют по уровням. Ученые исследовали три верхних уровня, где наблюдается перемещение носителей заряда. На нижнем уровне (в валентной зоне) электроны практически не способны передвигаться. Законы природы не позволяют им перескакивать на следующий уровень, а для прыжка через уровень электронам нужна энергия. Такая энергия есть в солнечном свете, который как бы подталкивает электроны. Электроны, прыгая в зону проводимости, оставляют на своем месте положительный заряд, названный дыркой. Через полупроводниковый слой электроны перемещаются к катоду, а через другой полупроводник двигаются к аноду дырки. В конструкции фотоэлементов из перовскита полупроводниковые слои являются как бы приемщиками носителей электрического заряда, доставляя их к электродам фотоэлемента.

Перспективы повышения КПД у перовскитных солнечных батарей


Максимальное значение КПД у современных батарей на кремниевой основе равняется 26,6%. У батарей из перовскита наибольшее значение КПД - 22,7%. Однако увеличение эффективности солнечных батарей из перовскита, по общему убеждению, лишь вопрос времени. И вскоре мы наверняка станем свидетелями замены кремниевых солнечных батарей на более дешевые и эффективные - перовскитные.
Оконные стекла смогут преобразовывать солнечный свет в электричество


Ученые США разработали технологию создания термохромных оконных стекол. Для этого они использовали нанотрубки из углерода и кристаллы перовскита (титаната кальция). Новый материал превращает солнечные лучи в электрический ток с эффективностью, значительно большей, чем у существующих солнечных батарей, изготовленных из поликристалла кремния. КПД вновь созданного материала превышает 11%.

В отсутствии света термохромные стекла прозрачные, но при попадании на них солнечных лучей молекулы метиламина нагреваются и высвобождаются, тонируя стекло. Процесс превращения прозрачного стекла в солнечную батарею длится около трех минут. Пока что после 20 циклов использования производительность материала снижается. Но после увеличения эффективности работы термохромные стекла предполагается использовать для установки на автомашинах и в окнах домов, а также для зарядки мобильных телефонов и другой электронной техники.
Технология Absorbent Glass Mat

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея – это пластиковая емкость, разделенная на отсеки. Каждый отдел заполняется водным раствором серной кислоты – электролитом. Особой популярностью пользуются аккумуляторы AGM.

Технология Absorbent Glass Mat

Разработка технологии началась еще в 70-х года прошлого века. Третье поколение источников энергии основано все на том же принципе работы – электрохимическая реакция свинца и раствора серной кислоты на водной основе. Однако, современное оборудование обладает одним ключевым преимуществом – вместо жидкого состояния электролит пребывает в стеклянных волокнах сепаратора. Что это значит? Батареи такого типа обладают высокой устойчивостью к полному разряду. Плотность конструкции пластин позволяет выдерживать до 200 полных циклов разряда. Так как электролит абсорбируется в порах волокон, то текучесть отсутствует – нет испарения, которое разрушает пластины в традиционных АКБ.

Принципы технологии AGM

Стандартный аккумулятор AGM оснащен 6 отсеками для электролита. Также, как и в классических кислотных батареях, они имеют положительно и отрицательно заряженные свинцовые пластины. Разделение компонентов выполнено с помощью стекловолоконных сепараторов, пропитанных электролитом.

Роль сепаратора в AGM

1. Процесс заполнения пластит производится таким образом, что более крупные поры остаются свободными для циркуляции газа, а мелкие заполняются жидкостью.

2. Представляет собой пористую систему, где сам электролит удерживается с помощью капиллярных сил.

3. Рециркуляция газов возвращает их в электролит, а не выводит наружу.

Классификация АКБ типа AGM

1. Конструкция блоков представлена в двух конфигурациях: плоская и спиральная.

2. Источник независимого электроснабжения класса VRLA – применяется для питания как различного оборудования, так и автомобильной техники.

Зарядка устройства

Батарею можно заряжать несколькими путями: одноступенчатая или двухступенчатая зарядка. Большинство производителей предпочитают двухступенчатый алгоритм. При таком типе заряда, время сокращается в 2-3 раза в сравнение с аналогами.

Преимущества и недостатки аккумуляторов AGM

Технология Absorbent Glass Mat имеет ряд преимуществ, а также некоторые недостатки. Чтобы выбрать устройство с полным пониманием того, что именно вы покупаете, следует понимать все нюансы компонента системы.

Преимущества Absorbent Glass Mat

- невысокие требования к стабильности работы системы, возможность быстрого заряда;

- клапанная регулировка предотвращает вероятность утечки кислоты;

- устройство не требует сервисного обслуживания;

- высокий уровень безопасности – при соблюдении правил эксплуатации, риск взрыва исключен;

- стабильная работа при температуре до – 30 С;

- высокий пусковой ток;

- устойчивость к вибрации.

Недостатки AGM

- более высокая стоимость;

- недопустимость зарядки при повышенном напряжении;

- запрещено хранить в разряженном состоянии.


Использование AGM аккумуляторов, как говорилось выше, возможно с широким кругом оборудования, а так же возможна установка на любое транспортное средство, однако, лучше всего использовать батарею такого типа на машинах, где штатно предусмотрено присутствие AGM. В таком случае, бортовой компьютер будет регулировать работу АКБ. В противном случае, есть высокая вероятность выхода устройства из строя.