Что такое эффективность. Разбираемся, что такое КПД

КПД, по своему определению, это отношение полученной энергии к затраченной. Если двигатель сжигает бензин и только треть образовавшегося тепла превращается в энергию движения автомобиля, то КПД равен одной трети или (округляя до целых) 33%. Если лампочка дает световой энергии в пятьдесят раз меньше потребляемой электрической, ее КПД равен 1/50 или 2%. Однако тут сразу возникает вопрос: а если лампочка продается как инфракрасный обогреватель? После того как продажа ламп накаливания была запрещена, точно такие же по конструкции устройства стали продаваться как «инфракрасные обогреватели», поскольку именно в тепло преобразуется свыше 95% электроэнергии.

(Бес)полезное тепло

Обычно тепло, выделяющееся при работе чего-либо, записывают в потери. Но это далеко не бесспорно. Электростанция, например, превращает в электроэнергию примерно треть выделяющегося при сгорании газа или угля тепла, однако еще часть энергии может при этом пойти на нагрев воды. Если горячее водоснабжение и теплые батареи тоже записать в полезные результаты работы ТЭЦ, то КПД вырастет на 10-15%.

Схожим примером может служить автомобильная «печка»: она передает в салон часть тепла, образующегося при работе двигателя. Это тепло может быть полезным и необходимым, а может рассматриваться как потери: по этой причине оно обычно не фигурирует в расчетах КПД автомобильного мотора.

Инженер осматривает паровую турбину. Фото Christian Kuhna / Wikimedia, с разрешения производителя — Siemens.

Особняком стоят такие устройства, как тепловые насосы. Их КПД, если считать его по соотношению выданного тепла и затраченного электричества, больше 100%, однако это не опровергает основы термодинамики. Тепловой насос перекачивает тепло от менее нагретого тела к более нагретому и затрачивает на это энергию, так как без затрат энергии подобное перераспределение теплоты запрещено той же термодинамикой. Если тепловой насос берет из розетки киловатт, а выдает пять киловатт тепла, то четыре киловатта будут взяты из воздуха, воды или грунта вне дома. Окружающая среда в том месте, откуда устройство черпает тепло, остынет, а дом прогреется. Но потом эта теплота вместе с потраченной насосом энергией все равно рассеется в пространстве.

Внешний контур теплового насоса: через эти пластиковые трубы прокачивается жидкость, забирающая тепло из толщи воды в отапливаемое здание. Mark Johnson / Wikimedia

Много или эффективно?

Некоторые устройства имеют очень высокий КПД, но при этом — неподходящую мощность.

Электрические моторы тем эффективнее, чем они больше, однако поставить электровозный двигатель в детскую игрушку физически невозможно и экономически бессмысленно. Поэтому КПД двигателей в локомотиве превышает 95%, а в маленькой машинке на радиоуправлении — от силы 80%. Причем в случае с электрическим двигателем его эффективность зависит так же от нагрузки: недогруженный или перегруженный мотор работает с меньшим КПД. Правильный подбор оборудования может значить даже больше, чем просто выбор устройства с максимальным заявленным КПД.

Самый мощный серийный локомотив, шведский IORE. Второе место удерживает советский электровоз ВЛ-85. Kabelleger / Wikimedia

Если электрические моторы выпускаются для самых разных целей, от вибраторов в телефонах до электровозов, то вот ионный двигатель имеет гораздо меньшую нишу. Ионные двигатели эффективны, экономичны, долговечны (работают без выключения годами), но включаются только в вакууме и дают очень малую тягу. Они идеально подходят для отправки в дальний космос научных аппаратов, которые могут лететь к цели несколько лет и для которых экономия топлива важнее затрат времени.

Электрические моторы, кстати, потребляют почти половину всей вырабатываемой человечеством электроэнергии, так что даже разница в одну сотую процента в мировом масштабе может означать необходимость построить еще один ядерный реактор или еще один энергоблок ТЭЦ.

Эффективно или дешево?

Энергетическая эффективность далеко не всегда тождественна экономической. Наглядный пример — светодиодные лампы, которые до недавнего времени проигрывали лампам накаливания и флуоресцентным «энергосберегайкам». Сложность изготовления белых светодиодов, дороговизна сырья и, с другой стороны, простота лампы накаливания заставляли выбирать менее эффективные, но зато дешевые источники света.

Кстати, за изобретение синего светодиода, без которого бы нельзя было сделать яркую белую лампу, японские исследователи получили в 2014 году Нобелевскую премию. Это не первая премия, вручаемая за вклад в развитие освещения: в 1912 году наградили Нильса Далена, изобретателя, который усовершенствовал ацетиленовые горелки для маяков.

Синие светодиоды нужны для получения белого света в сочетании с красными и зелеными. Эти два цвета научились получать в достаточно ярких светодиодах намного раньше; синие долгое время оставались слишком тусклыми и дорогими для массового применения

Другой пример эффективных, но очень дорогих устройств — солнечные батареи на основе арсенида галлия (полупроводник с формулой GaAs). Их КПД достигает почти 30%, что в полтора-два раза выше используемых на Земле батарей на основе куда более распространенного кремния. Высокая эффективность оправдывает себя только в космосе, куда доставка одного килограмма груза может стоить почти как килограмм золота. Тогда экономия на массе батареи будет оправдана.

КПД линий электропередач можно поднять за счет замены меди на лучше проводящее ток серебро, однако серебряные кабели слишком дороги и потому используются разве что в единичных случаях. А вот к идее построить сверхпроводящие ЛЭП из дорогой и требующей охлаждения жидким азотом редкоземельной керамики в последние годы несколько раз обращались на практике. В частности, такой кабель уже проложен и подключен в германском городе Эссене. Он рассчитан на 40 мегаватт электрической мощности при напряжении в десять киловольт. Кроме того что потери на нагрев сведены к нулю (однако взамен нужно питать криогенные установки), такой кабель намного компактнее обычного и за счет этого можно сэкономить на покупке дорогой земли в центре города или отказаться от прокладки дополнительных туннелей.

Не по общим правилам

Из школьного курса многие помнят, что КПД не может превышать 100% и что он тем выше, чем больше разница температур между холодильником и нагревателем. Однако это верно лишь для так называемых тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, реактивные и ракетные двигатели, газовые и паровые турбины.

Электродвигатели и все электрические устройства этому правилу не подчиняются, поскольку они не тепловые машины. Для них верно только то, что КПД не может превышать ста процентов, а частные ограничения в каждом случае определяются по-разному.

В случае с солнечной батареей потери определяются как квантовыми эффектами при поглощении фотонов, так и потерями на отражение света от поверхности батареи и на поглощение в фокусирующих зеркалах. Проведенные расчеты показали, что выйти за 90% солнечная батарея не может в принципе, а на практике достижимы значения около 60-70%, да и те при весьма сложной структуре фотоячеек.

Великолепным КПД обладают топливные элементы. В эти устройства поступают некие вещества, которые вступают в химическую реакцию друг с другом и дают электрический ток. Этот процесс опять-таки не является циклом тепловой машины, поэтому КПД получается достаточно высоким, порядка 60%, в то время как дизель или бензиновый двигатель не выходят обычно за 50%.

Именно топливные элементы стояли на летавших к Луне космических кораблях «Аполло», и они могут работать, например, на водороде и кислороде. Их недостаток заключается только в том, что водород должен быть достаточно чистым и к тому же его надо где-то хранить и как-то передавать от завода к потребителям. Технологии, позволяющие заменить водородом обычный метан, пока что не доведены до массового использования. На водороде и топливных элементах работают лишь экспериментальные автомобили и некоторое количество подводных лодок.

Плазменные двигатели серии СПД. Их делает ОКБ «Факел», и они используются для удержания спутников на заданной орбите. Тяга создается за счет потока ионов, которые возникают после ионизации инертного газа электрическим разрядом. КПД этих двигателей достигает 60 процентов

Ионные и плазменные двигатели уже существуют, но тоже работают лишь в вакууме. Кроме того, их тяга слишком мала и на порядки ниже веса самого устройства — с Земли они не взлетели бы даже при отсутствии атмосферы. Зато во время межпланетных полетов длительностью в многие месяцы и даже годы слабая тяга компенсируется экономичностью и надежностью.

 Алексей Тимошенко

Электродвигатели с высокой энергоэффективностью — Control Engineering Russia

Экологическое мышление мотивирует многих, а экология сама по себе является темой повседневной жизни. К сожалению, не в сфере бизнеса, хотя именно там любое ограничение потребления энергии означает огромную экономию. Электродвигатели с высоким КПД могут помочь в реализации этой задачи, тем более, что все более жесткие нормы во многих странах просто требуют этого.

Стоит знать, что когда говорят о двигателях с высоким КПД, то это относится обычно к традиционным асинхронным двигателям. Индукционные двигатели выпускаются в стандартном энергетическом исполнении, в исполнении с повышенной эффективностью и суперэффективные, – говорит Дэвид Хансен, глобальный менеджер продукта Kinetix Motion Control Rockwell Automation. — Двигатели же с постоянными магнитами выпускаются только по одному энергетическому классу.

Не случайно двигатели с постоянными магнитами предлагаются только в одном энергетическом классе: их конструкция сама по себе обеспечивает высокий КПД, поскольку исключает потребность намагничивания ротора. Джон Малиновски, старший продукт-менеджер в фирме Baldor Electric Company подчеркивает, что существует группа индукционных двигателей, которые соответствуют международным стандартам IEC 60034-30 по категории IE3 (высшая категория) и американским NEMA по категории Premium (тоже высшая категория).

По этой причине обсуждение ограничится универсальными асинхронными двигателями, роторы которых изготовлены из ферромагнитных материалов. Характеристики эффективности двигателей с постоянными магнитами будут обсуждены в другой раз.

— Двигатели энергетической категории Premium (аналог IE3) более чувствительны к исполнению, чем более старые двигатели, они создают меньше шума и вибрации, выделяют меньше тепла и являются более долговечными, — утверждает Малиновски.

— Более высокий КПД современных асинхронных двигателей является результатом совершенствования конструкции, правильной геометрии обмоток, использования более качественных материалов (в том числе меди в роторе), что приводит к более эффективному преобразованию электрической энергии в механическую, — утверждает Петер Фишбах, менеджер промышленного сектора в фирме Rexroth.

Что определяет КПД двигателя

— Ключом к более высокому КПД является ограничение потерь – констатирует Малиновски. – Больше меди в обмотке — меньше потери в проводимости, а в свою очередь более качественная магнитная сталь уменьшает потери на перемагничивание. Меньшие потери мощности — это меньший нагрев, следовательно, и меньший охлаждающий вентилятор – очередная выгода.

Фишбах добавляет, что б?льшая часть потерь ? это потери на проводимости в роторе и статоре, часто называемые потерями на гистерезиса или потерями в железе.

Хансен перечисляет по пунктам список конструктивных решений, повышающих энергоэкономичность их приводов:

• Сопротивление обмоток. ? С ростом сопротивления обмоток снижается КПД. Чтобы повысить эффективность двигателей, проектировщики стараются снизить сопротивление за счет увеличения количества меди в желобках и уменьшения обмоток, выступающих за статор.
• Ламинирующее средство. – Потери в обмотках статора зависят непосредственно от качества примененной магнитной стали и от ламинирующего средства. Тонкий изолирующий слой приводит к меньшим потерям в сердечнике, нежели толстый слой.
• Геометрия зубьев. – Специальная геометрия зубьев увеличивает концентрацию магнитного потока внутри двигателя. Б?льшая концентрация ? это меньшее рассеяние энергии, а следовательно, более высокий КПД

Важен комплекс

— Целью большинства промышленных применений является сочетание высокого КПД с высокой производительностью, – считает Фишбах. — Ключ к успеху — анализ, моделирование и оптимизация всей системы, предшествующие принятию решения о закупке отдельных компонентов, таких, как двигатели.

С этим соглашается Малиновски: — Замена двигателей — это простой шаг в стремлении к большей эффективности, но выгода здесь ограничена. Стоит иметь двигатели с КПД порядка 95%, но они должны взаимодействовать с высококачественными трансмиссиями с КПД 90-95%, а не с изношенными конструкциями с КПД 50-60%.

Фишбах подтверждает: — Более высокая эффективность — понятие относительное, поскольку надо учитывать и другие факторы, влияющие на общую эффективность системы, такие, как время цикла или объем производства. Например, моментный двигатель с КПД 80% может потреблять меньше энергии, чем сервопривод с КПД  95%, поскольку не требует применения трансмиссии, а это может дополнительно увеличивать производительность системы.

Чего не делать

— Самые большие ошибки совершают те инженеры, которые все внимание сосредотачивают на щитке двигателя и ожидают пропорционального роста эффективности в их приложении, – предостерегает Фишбах.

Любой, в том числе и энергосберегающий двигатель имеет свою характеристику, поэтому он должен быть подобран к конкретному применению. Например, двигатель энергетического класса «премиум» не сэкономит много энергии, если он будет загружен частично или будет использоваться спорадически.

Малиновски приводит пример замены старого двигателя, работающего с центробежным насосом, на новый премиум-класса. Ротор насоса, который был спроектирован под взаимодействие со старым двигателем, не заменяют. Новый, более производительный двигатель будет, вероятно, работать с более высокими оборотами, что вызовет общий рост потребления энергии. Система может быть более энергоэффективна, но дополнительная работа, которая будет совершена, может быть ненужной.

— Проектировщики, которые действительно заинтересованы увеличением эффективности, не будут стремиться исключительно к замене двигателя, а проанализируют всю систему на предмет расходования энергии, – советует Хансен. — Даже самый производительный двигатель, работая с низкоэффективной передачей, не принесет существенных энергетических выгод. Любая механическая передача между двигателем и нагрузкой — это потеря энергии. Очень точные геликоидальные трансмиссии сразу после извлечения из упаковки имеют КПД 90-95%. Изношенная трансмиссия — это КПД на уровне 50-60%.

— Самым лучшим решением с точки зрения эффективности машины был бы отказ от механических трансмиссий и применение моментных двигателей (с постоянными магнитами) – заключает он.

А вы включаете в проект, а потом покупаете двигатели с высоким КПД? Будьте к этому готовы.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Самый большой дизельный двигатель в мире

Сегодня дизельные двигатели используются повсеместно: на тепловозах и грузовиках, судах и тракторах, легковых автомобилях и дизельных электростанциях.

Дизельный двигатель основан на воспламенении в цилиндре распыленного топлива (воспламенение происходит от воздуха, нагретого при сжатии). Дизельный двигатель может использовать низкосортное топливо, выдает высокий вращающий момент при низких оборотах и имеет высокий КПД (40-45%), что делает его экономичнее бензиновых двигателей, где около 70% топлива сгорает, не преобразовываясь в механическую энергию.

Дизельный двигатели могут быть очень большими. Наиболее крупные размеры имеет судовые агрегаты, установленные на больших судах. Но среди этих гигантов выделяется одна модель, которая по праву занимает почетное звание самого большого дизельного двигателя в мире.

Компания Wartsila хорошо известна всем специалистам. Она специализируется на производстве судовых энергетических установок. Одна из них – RTA-96C. Это и есть линейка двигателей, поражающих воображения обывателя.

Технически RTA-96C представляет собой двухтактный турбокомпрессорный двигатель, число цилиндров может варьироваться от 6 до 14. Версия с 14 цилиндрами является крупнейшим поршневым ДВС и устанавливается на крупнотоннажные контейнеровозы. Высота этого двигателя превышает 13 метров, длина – 27 метров, вес – свыше 2,3 тыс. тонн.

Максимальная мощность, которую способен развить этот гигант, равна почти 109 тыс. лошадиных сил. Первым судном, получившим такой двигатель, стала знаменитая «Emma Maersk», которая с вместимостью 11 тыс. TEU совсем недавно была самым большим контейнеровозом в мире.

Диаметр каждого цилиндра составляет почти метр (960 мм) при ходе поршня в 2500 мм. Объем цилиндров равен 25,5 тыс. литров.

Максимальное количество оборотов традиционно небольшое – 102, но крутящий момент при этом развивается свыше 7,5 млн Нм. Удельный расход топлива составляет 3,8 л/с, в час же агрегат «съедает» 13 тыс. литров бункера при максимальной мощности.

КПД этого двигателя-гиганта является самым высоким среди всех произведенных когда-либо дизельных двигателей – более 50%.

Некоторые сравнения, чтобы оценить мощность двигателя: он может обеспечить электроэнергией небольшой город. При 102 оборотов в минуту он производит 80 млн Ватт электроэнергии. Если средняя бытовая электролампа потребляет 60 Вт, 80 миллионов Ватт вполне достаточно для 1,3 млн ламп. Если в среднестатистической квартире одновременно горит 6 осветительных ламп, двигатель будет производить достаточное количество электроэнергии, чтобы осветить 220 тыс. домовладений. Этого достаточно для обеспечения электроэнергией города с 500 тыс. населения.

Коленчатый вал

Стоимость работы двигателя

Двигатель Wartsila-Sulzer RTA96 потребляет 13 тыс. литров топлива в час. Если в барреле нефти 158,76 литра, самый большой двигатель в мире потребляется 81,1 баррелей нефти в час. Если цена на нефть составляет $67/баррель на мировых рынках нефти, то стоимость 1 часа работы двигателя с точки зрения расхода топлива будет составлять $5,4 тыс. в час.

Поршни

Рейтинг лучших двигателей стал сенсацией :: Autonews

Американское издание Ward’s Auto назвало лучшие моторы 2013 года. В список попали три дизельных двигателя, шесть бензиновых и один электромотор, и это, пожалуй, сенсация – впервые в рейтинге Ward так много двигателей, работающих не на бензине. Тем не менее, победителем стал 3,0-литровый бензиновый TFSI с нагнетателем, который устанавливается на Audi S5.

Выход ряда новых технологичных моторов сильно встряхнул рынок, и данный рейтинг – прямое этому доказательство. Обычно не менее четырех моторов остается в списке с прошлого года, но в этом рейтинге только два прошлогодних номинанта: 3,0-литровый V6 от Audi и 3,5-литровый V6 от Honda.

Среди критериев оценки специалистов из Ward’s Auto (в нынешнем году премия вручается двадцатый раз подряд): мощность, крутящий момент, технологии экономии топлива, а также наличие шума и вибраций. Для определения показателей используются только субъективные ощущения, без каких-либо технических замеров: автомобили проходят тест-драйв в Детройте, по результатам которого и назначаются победители.

Десятка лучших по версии Ward’s Auto:

3,0 TFSI Supercharged DOHC V6 (Audi S5)

Шестицилиндровый V-образный мотор объемом 3,0 литра с механическим нагнетателем, выдающий 333 лошадиных силы и 440 Нм крутящего момента, в очередной раз позволил Audi победить в престижном конкурсе. Основой для двигателя с нагнетателем «roots» стал атмосферный мотор V6 объемом 3,2 литра из современной линейки компании. Благодаря применению новейших технических разработок в комбинации с послойным смесеобразованием был создан агрегат с внушительными характеристиками в отношении компактности, акустики, отклика на открытие дросселя и расхода топлива

3,0 турбодизель DOHC I6 (BMW 535d)

Этот дизельный мотор выдает мощность в 313 лошадиных сил и разгоняет BMW 5-серии до 100 км/ч за 5,7 секунды. При этом расход топлива не превышает 8 литров на 100 километров даже в городском цикле. Трехлитровый турбодизель от BMW уже в третий раз попадает в десятку лучших по версии Ward’s Auto.

2,0 турбодизель DOHC I4 ( Chevrolet Cruze)

2,0-литровый турбодизельный двигатель выдает 148 лошадиных сил и 350 Нм крутящего момента. Cruze с таким мотором разгоняется от 0 до 100 км/ч за 8,6 секунды, а расход топлива составляет 5,6 литров на 100 километров.

6.2 OHV V8 ( Chevrolet Corvette Stingray )

6,2-литровый двигатель V8 с непосредственным впрыском топлива и изменяемыми фазами газораспределения выдает 461 лошадиную силу и 623 Н/м крутящего момента.
Электродвигатель SMG 180/12 ( Fiat 500e )

Электромотор выдает мощность 83 кВт — это чуть больше 100 лошадиных сил. КПД данного мотора достигает 92 процентов. Столь высокий показатель достигается за счет использования рекуперация энергии торможения. Для движения импульсный инвертор преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный ток для электродвигателя, а при торможении переменный ток преобразуется в постоянный. Расстояние, которое можно проехать между зарядками – более 160 километров.

EcoBoost DOHC I3 (Ford Fiesta)

Этот трехцилиндровый турбированный мотор EcoBoost объемом 1,0 литра с отдачей в 100 лошадиных сил производства Ford — один из самых компактных двигателей в мире. В нем одновременно используются: турбина, система прямой подачи топлива и систему изменения фаз газораспределения. Это обеспечивает агрегату мощность, свойственную более крупным моторам, но низкий расход топлива.

2.0 турбодизель DOHC I4 (Chevrolet Cruze)

Мотор объемом 2,0 литра развивает мощность в 150 л. с. и лучший в классе максимальный крутящий момент – 320 Нм. Он оснащен системой VCDi, позволяющей уменьшить потребление топлива и повысить отдачу двигателя при небольшом объеме выбросов углекислого газа.

3.5 SOHC V6 (Honda Accord)

Двигатель от Honda выдает 280 лошадиных сил и 339 Нм крутящего момента, но при своих внушительных показателях умеет экономить топливо. Он оснащается фирменной системой изменения фаз газораспределения i-VTEC, а также способен отключать цилиндры: при средних нагрузках рабочими остаются 4, при совсем слабых – 3.

2.7 DOHC H6 (Porsche Cayman)

Данный оппозитный агрегат создан на базе 3,4-литрового мотора. Двигателю уменьшили рабочий объем, подняв тем самым надежность. В Cayman он работает вместе с коробкой передач PDK и развивает мощность в 275 лошадиных сил. При этом расход топлива составляет 7,7 литра на 100 километров. На литр объема приходится более 100 л. с., что является прекрасным показателем для атмосферного агрегата.

1.8L DOHC I4 (Volkswagen Jetta)

Четырехцилиндровый агрегат объемом 1.8 литра с отдачей в 170 л. с. устанавливается на ряд моделей Volkswagen, но Ward’s Auto проверили его в действии конкретно на Jetta. Технология DOHC позволяет сочетать хорошую отдачу по мощности со значительной экономией топлива.

Как повысить эффективность электродвигателя — Fluidbusiness

Большинство насосов приводятся в действие с помощью асинхронных электродвигателей, это означает, что  двигатели вносят вклад в общую эффективность насосной системы.

Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира.

Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т. к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру.

Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с. ). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска).

Проблема эффективности двигателя

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными. Оптимизация эффективности электродвигателя насоса может обеспечить реальную экономию стоимости рабочего цикла на протяжении всего срока службы насоса/электродвигателя. Ключевыми факторами, которые влияют на эффективность асинхронного двигателя являются:

• относительная нагрузка двигателя (негабаритные двигатели находящиеся под нагрузкой)
• скорость вращения (число полюсов)
• размер двигателя (номинальная мощность)
• класс двигателя: обычный КПД в сравнении с энергоэффективностью в с равнении с высоким КПД

Эффективность электродвигателя при частичной загрузке

Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с  
относительной нагрузкой на электродвигатель по сравнению с номинальной характеристикой. Вплоть до  нагрузки в 50% эффективность большинства электродвигателей остается линейной и для некоторых электродвигателей достигает пика у отметки 75%. Электродвигатели могут работать при нагрузке меньше 50% только в течение короткого промежутка времени и не могут эксплуатироваться при нагрузках меньше 20% от номинальных. Таким образом, когда отрегулированные рабочие колеса или насосы возвращаются к своим кривым «напор-подача», необходимо оценить воздействие относительной нагрузки на электродвигатель.

Рисунок 2: Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов — Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя

Скорость вращения

На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы. Также следует отметить, что номинальная мощность электродвигателя влияет на его эффективность, большие электродвигатели имеют большую эффективность, чем малые.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя

Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле:

n = 120*f/p
где:
n = скорость вращения в об/мин
f = частота питающей сети (Гц)
p = количество полюсов (min = 2)

Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения.

Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее.

Рисунок 3. Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПД

Электродвигатели с высоким КПД

На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше.

Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока  существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД). Т.к. входная мощность на валу насоса пропорциональна скорости в кубе, простая замена старого электродвигателя новым с высоким КПД не обязательно приведет к снижению потребления энергии.

С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса — это хорошо, замена старого  
электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана.

Коэффициент мощности электродвигателя

Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется «Коэффициент Мощности«. Некоторые  
коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения  
коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте  
мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД,  
коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки.

Определение коэффициента мощности:
Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды напряжения, который выбарабывает меньшее количество полезной мощности.
Сдвиг, вызванный необходимым током намагничивания двигателя
PF = Pi/KVA
Где:
KVA = VxIx(3)^0.5/1,000

Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного  
электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.
Где:
Pi = VxIxPF(3)^0.5/1,000

Pi= трехфазный вход кВт
V= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)
I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)
PF= коэффициент мощности в виде дроби

Хотя коэффициент мощности не влияет напрямую на КПД электродвигателя, он оказывает влияние на потери  в сети, как это упоминалось выше. Однако, есть способы увеличения PF (коэффициента мощности), а именно:

• покупка электродвигателей с изначально высоким PF
• не покупайте слишком большие электродвигатели (коэффициент мощности падает вместе с уменьшением  
• нагрузки на электродвигатель)
• установка компенсирующих конденсаторов параллельно с обмотками электродвигателя
• увеличить полную загрузку коэффициента мощности до 95% (Max)
• преобразование в привод с частотным регулированием

Пусковые конденсаторы электродвигателей являются одним из наиболее поппулярных способов увеличения коэффициента мощности и имеют следующий список преимуществ:

• увеличение PF
• меньшение реактивного тока от электрооборудования через кабели и пускатели электродвигателейменьшее тепловыделение и потери мощности кВт
• По мере уменьшения нагрузки на электродвигатель растет возможность экономии, а PF  
• падает ниже 60%-70%. (возможная экономия 10%)
• Уменьшение сборов за коэффициент мощности
• Увеличение общей производительности системы
• Интеллектуальная система управления электродвигателем
• Частотно-регулируемый электропривод

Более высокое напряжение
Другим способом повышения КПД электродвигателя является повышение рабочего напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже ток и, тем самым будут ниже потери в сети. Однако, высокое напряжение приведет к увеличению цены частотно-регулируемого привода и сделает работу более опасной.

Выводы
Таким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о  
КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют.

Интервью с Дмитрием Европиным

Высказался в рамках следующего круглого стола:

Эволюция ДВС

«Вопрос об эффективности усовершенствования старых технологий остается открытым».

12 марта 2012

Дмитрий Европин

главный редактор MotorPage. ru

В основе всего многообразия сложных механизмов, которыми мы пользуемся сегодня, лежат достижения технической революции конца XIX – начала XX веков. На протяжении всего прошлого столетия изобретения этого периода лишь оттачивались. Совершенствовались технологические процессы, уменьшались допуски, происходила автоматизация, внедрялись второстепенные инновации, направленные на улучшение характеристик той или иной продукции. Это касается и автомобильной промышленности, в особенности в части двигателестроения.

Дело в том, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, ставший чуть менее ста лет назад основой автоиндустрии, имеет целый ряд недостатков, не позволяющих получать высокие показатели его общего КПД.

Так считается, что КПД классического автомобильного бензинового двигателя с принудительным искровым зажиганием составляет от 20 до 30%, дизельный двигатель может обеспечить 35-40%. В первой половине XX века это были выдающиеся характеристики на фоне пресловутого «КПД паровоза», который, как все мы помним из школьного курса физики, составлял 5-10%.

Впрочем, уже тогда инженерам было понятно, что необходимо добиваться лучших показателей, и уже в 1920 – 1940 годы для этого были разработаны практически все основные принципы, как то турбонаддув, прямой впрыск и т.д. К 1970 годам началась настоящая погоня за повышением эффективности, продолжающаяся по сей день. Были разработаны такие элементы как охлаждение рабочей смеси, изменение фаз газораспределения, поэтапный впрыск… Сегодня некоторые автопроизводители утверждают, что в современном бензиновом ДВС удается добиться общего КПД в 35-38%. Однако вопрос об эффективности усовершенствования старых технологий остается открытым.

Вся история ДВС – сплошная борьба инженеров с основополагающими особенностями конструкции. Если перечислять их вкратце, то это низкая топливная эффективность за счет слишком короткого цикла сгорания, 25-30% топлива в прямом смысле вылетает в трубу. Низкая механическая эффективность – большие потери на перемещение тяжелых деталей шатунно-поршневой группы, на трение, а так же на работу значительного количества навесного оборудования. Не следует забывать и о том, что в автомобиле ДВС, обладающий очень низким крутящим моментом на малых оборотах, нуждается в коробке передач, а это агрегат, в котором тоже теряется часть полученной энергии. Низкая термодинамическая эффективность – большая часть выделяемого тепла не переводится в полезную работу, ведь на это отведено лишь 0,25 всего цикла. Желающим более подробно ознакомиться с проблемой повышения КПД двигателя внутреннего сгорания могу порекомендовать следующую статью Игоря Исаева, разработчика одной из альтернативных конструкций двигателя.

Как правило, усилия конструкторов приводят к достижению выдающихся результатов в области распределения крутящего момента, повышения мощности и «эластичности» двигателя, снижения вибронагруженности…, но собственно КПД увеличивается не столь существенно, а значит затраты топлива на единицу полученной работы остаются относительно высокими.

Часто приходится сталкиваться с несоответствием реального и декларируемого производителем расхода бензина чуть ли не вдвое. Автомобиль с современными системами турбонаддува оказывается экономичным, только если очень бережно относится к педали газа и лишний раз ее не беспокоить.

Бывает и так, что новая модель автомобиля с двигателем, развивающим 150 л.с., ведет себя словно под капотом на пару десятков «лошадей» меньше, хотя в предыдущем поколении этой же модели ничего подобного не наблюдалось. Объясняется это, как правило, всего лишь новыми экологическими стандартами, ради достижения которых двигатель «душат» перенастройкой блока управления двигателем под использование в основном диапазоне оборотов обедненной смеси, а так же более эффективным каталитическим дожигателем.

Словом, складывается впечатление, что эволюция ДВС достигла своего пика, и в будущем нас ждет лишь увядание этой технологии. В последние годы это ощущение подкрепляется бурным развитием таких направлений, как гибриды и электромобили.

И все же уверенности в скором завершении эпохи ДВС у меня нет!

Не секрет, что параллельно с развитием двигателей Отто и Дизеля были попытки внедрения альтернативных конструкций – Аткинсона, Миллера, Стирлинга, Ванкеля. Есть и более экзотические, в том числе и отечественные, например двигатели Баландина и Фролова. Однако большого распространения они не получили. Пожалуй, только «роторы» Ванкеля применялись на немногочисленных моделях автомобилей вплоть до наших дней, но сейчас и они ушли в прошлое.

Победа силовым агрегатам Отто и Дизеля досталась по причине простоты конструкции, а значит и большей экономической эффективности в производстве. Но сейчас, когда стало возможным добиться гораздо большей механической точности, востребованными оказываются и некоторые, казалось бы, давно забытые идеи. Так для многих современных «гибридов» наиболее удачным оказался двигатель Аткинсона, изобретенный еще в конце XIX века. Его использует корпорация Toyota.

Предпринимаются и попытки внедрения принципиальных инноваций. Например, ученые из Университета Висконсин-Мэдисон в США разработали технологию, позволяющую одновременно использовать преимущества обоих видов топлива, бензина и дизеля, для двигателей внутреннего сгорания. Они предложили осуществлять впрыск дизельного топлива и бензина в цилиндр последовательно в ходе каждого цикла. Это необходимо для самовоспламенения топливной смеси, — вместо свечей зажигания работают капельки солярки, воспламеняющиеся под давлением. Пока эта технология не внедрена в производство, но вполне вероятно у нее есть перспективы.

В России компания «Ё-авто» занимается разработкой роторно-лопастного двигателя, в котором к минимуму сведены потери на трение. Разработчики этой конструкции уже заявляли, что КПД нового двигателя должен составить 42-45%, что весьма неплохо для бензинового агрегата.

Некоторые производители идут по пути дальнейшего увеличения степени сжатия, вплоть до почти «дизельных» значений, для достижения более полного сгорания бензиновой смеси. Не так давно компания Mazda начала производство бензиновых двигателей Skyaktiv-G, в которых степень сжатия составляет 14:1.

Если учесть, что двигатель внутреннего сгорания – это еще и обеспечение постоянного спроса на нефтепродукты, вряд ли в ближайшем будущем мир сможет отказаться от столь «ценной» технологии. Автопроизводители просто обречены заниматься ее дальнейшим совершенствованием. Впрочем, направления этой работы могут быть различны. Надеюсь, в рамках очередной дискуссии на нашем портале представители ведущих автомобильных марок расскажут о своих наиболее перспективных разработках в области повышения эффективности ДВС.

Автор

Дмитрий Европин, главный редактор журнала «MotorPage»

Также высказались:

Обзоров машин на сайте:

4 9 1 8

какой двигатель наиболее эффективный? – Богдан-Авто Холдинг

В настоящее время существует большое количество двигателей и альтернативных приводов. Предложение различных моторных решений для автомобилей часто вызывает у клиентов вопрос: какой же двигатель работает наиболее эффективно? Эксперты издания futurezone.de пришли к выводу, что самым высоким коэффициентом полезного действия (КПД) обладает электродвигатель. Для «зеленого» привода он составляет до 99%, а это означает, что 99% вырабатываемой электрической энергии преобразовывается в кинетическую энергию движения. Сегодня мы рассмотрим, чем отличаются наиболее известные типы двигателей и сравним их преимущества и недостатки.

Электро

Интересно, что принцип работы электродвигателя был открыт еще в 1830-х годах, за несколько десятилетий до появления двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день существуют различные типы электродвигателей, которые работают на постоянном или переменном токе. В качестве топлива используется электричество, которое обеспечивает бортовая аккумуляторная батарея. Сегодня в основном применяются литий-ионные аккумуляторы благодаря хорошим характеристикам и длительному сроку службы. Несмотря на то, что многие модели электромобилей обладают пока еще низким запасом хода, а для зарядки потребуется в общей сложности несколько часов, электродвигатели обладают явными преимуществами. Во-первых, они не загрязняют окружающую среду, так как выбросы равны нулю. Во-вторых, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, электромотор имеет меньше деталей, которые подлежат износу, а это означает, что Вас ожидает меньше расходов на ремонт и обслуживание. В дополнение к этому, электромотор предлагает отличную динамику, так как максимальный крутящий момент уже доступен на низких оборотах двигателя.

Водород

С точки зрения эксплуатационных характеристик, близкими по духу чистым электромобилям являются электромобили на водородных двигателях. Данный тип привода использует топливный элемент для производства электроэнергии из газообразного водорода и кислорода. При этом из выхлопной трубы выделяется только вода. Помимо экологического аспекта, водородный двигатель имеет практические преимущества по сравнению с электромотором. Автомобили на водороде быстро заправляются и не нуждаются в длительной зарядке, а также обладают более широким запасом хода при меньшем весе по сравнению с электромобилями, оснащенными тяжелыми аккумуляторными батареями.

Гибрид

Менее эффективными, чем электродвигатели, но более экономичными по сравнению с двигателями внутреннего сгорания являются гибриды. В автомобилях с гибридным приводом применяются как двигатели внутреннего сгорания, так и электромоторы, что позволяет использовать преимущества обеих систем. В таких моделях аккумулятор для электродвигателя обычно заряжается во время движения от двигателя внутреннего сгорания или от восстановления энергии торможения. Более низкий расход топлива обеспечивается в основном при движении в городе, так как в большинстве случаев система автоматически переключается на электропривод при низких скоростях, таких как остановка и движение в пробках. Во время путешествий на дальние расстояния гибридные приводы практически не экономят топливо. При этом гибриды стоят на порядок выше, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания.

Газ

Если сравнивать линейку классических двигателей внутреннего сгорания, то Вашим фаворитом легко может стать газ. Во-первых, двигатель, работающий на природном газе, более экологически чистый, чем бензиновый или дизельный мотор. Сжигание природного газа, который в принципе состоит из метана, является относительно чистым, а это означает, что при этом не образуется сажа и значительно снижается количество других загрязняющих веществ. Во-вторых, двигатель, работающий на газе, до 10% более эффективный, чем бензиновый. Помимо этого, цена на газ существенно ниже по сравнению со стоимостью бензина или дизельного топлива. Но при всех плюсах Вы должны учитывать, что за авто на газе Вам придется заплатить дополнительные тысячи евро, и к тому же газ предлагается не на каждой АЗС.

Дизель

Выбирая дизельный двигатель, клиенты сознательно платят более высокую стоимость за автомобиль с целью сэкономить в будущем на затратах на топливо, так как главный плюс дизеля – это более низкий расход топлива. В дизельных моторах воздух всасывается в камеру цилиндра, где он смешивается с дизельным топливом путем прямого впрыска. Дизельно-воздушная смесь воспламеняется самостоятельно, поэтому дизельный двигатель не нуждается в свечах зажигания. При этом давление сжатия составляет от 30 до 50 бар, а температура на 700-900 градусов Цельсия выше, чем у бензинового двигателя. Учитывая данные значения, дизель должен иметь более устойчивую конструкцию и соответственно больше весить. Тем не менее, дизель имеет более высокую плотность энергии и КПД дизеля составляет около 33%, в результате чего снижается расход топлива.   

Бензин

Бензиновый двигатель обладает наименьшим КПД среди двигателей – 25%. Это означает, что 75% энергии, получаемой при сжигании бензина, преобразуется в тепло, и только 25% в движение.  Но сегодня многие бензиновые двигатели оснащаются системой непосредственного впрыска, а также турбонаддувом. Данные технологии позволяют увеличить производительность мотора, а также снизить вредные выбросы. Не смотря на более низкую эффективность, бензиновый двигатель обладает другими полезными характеристиками. По сравнению с дизелем, у бензина более низкие выбросы оксида азота. Помимо этого, бензиновый двигатель дает широкий диапазон оборотов, что идеально подходит для спортивного вождения. Именно по этой причине мотоциклы ездят исключительно на бензине. В дополнение, автомобили с бензиновым двигателем являются самыми доступными по стоимости на рынке.

Виды двигателей, которыми оборудованы автомобили дилерской сети «Богдан-Авто Холдинг»

Подготовлено по материалам Futurezone.de]]>

самых эффективных домашних солнечных панелей в наличии

Сколько солнечных панелей мне понадобится для дома?

Количество панелей, которые вам понадобятся для вашего дома, будет зависеть от нескольких факторов. Проще всего посмотреть на счет за электроэнергию, чтобы узнать о почасовом потреблении энергии в вашем доме, умножить это значение на количество часов пикового солнечного света для вашего дома (в среднем от 3 до 4 часов) и разделить на 300, что является средней мощностью для солнечные батареи (правда, их может быть от 150 до 370).

Часовое потребление энергии x пиковые часы солнечного света / 300 = количество панелей.Обычно это 17-42 панели.

Один простой способ ответить на вопрос «Сколько солнечных панелей мне нужно?» — позволить местному установщику солнечных батарей проверить ваш дом и дать вам расценки на размер системы (включая количество и мощность панелей), стоимость, а также расчетный годовой год и срок службы. экономия. Позвольте нашим консультантам по солнечной энергии подобрать для вас идеального установщика SunPower в вашем регионе. Подробнее об определении количества панелей читайте в нашем блоге.

Какая солнечная панель лучше всего?

Существует несколько типов солнечных батарей, но почти все домашние солнечные панели используют кристаллический кремний (монокристаллический или поликристаллический).Основное отличие — чистота кремния.

Монокристаллический кремний получают из монокристалла, а поликристаллический кремний получают путем плавления фрагментов кремния вместе. В монокристаллических панелях меньше примесей, поэтому электроны с меньшей вероятностью заблокируются перед тем, как уйти в электричество, поэтому эти панели «более эффективны» или лучше при превращении солнечного света в электричество.

SunPower производит монокристаллические солнечные панели с наивысшей эффективностью.Наша X22 имеет рекордную эффективность до 22,8%, что делает ее самой производительной панелью на рынке сегодня. Эффективность поликристаллических панелей обычно составляет от 15 до 17 процентов.

Подробнее о типах солнечных батарей читайте в нашем блоге.

Почему важны высокоэффективные солнечные панели?

Больше мощности при меньшем пространстве. Высокий рейтинг эффективности гарантирует, что ваша солнечная система будет вырабатывать больше электроэнергии с меньшим количеством панелей на вашей крыше. Меньшее количество панелей при большей мощности отлично подходят для крыш меньшего размера, а также для сохранения привлекательности бордюра на крышах большего размера.Кроме того, с меньшим количеством высокоэффективных панелей у вас будет место для расширения солнечной системы, если вы приобретете электромобиль или добавите к своему дому. Прямо сейчас SunPower производит солнечные панели с эффективностью более 22 процентов, что является самой высокой эффективностью на сегодняшний день.

Использование меньшего количества материалов на ватт также отлично подходит для поддержания жизни нашей планеты. Фактически, это двойная выгода, потому что для построения системы требуется меньше энергии, а больше солнечной энергии вырабатывается более быстрыми темпами.

Подробнее об эффективности солнечных батарей читайте в нашем блоге.

Изнашиваются ли солнечные панели со временем?

Короче да. Ваша крыша — не очень гостеприимное место, поэтому обычные солнечные батареи со временем теряют мощность из-за коррозии и поломки. Для экономии средств эти солнечные панели обычно изготавливаются из менее прочной конструкции и материалов. В наших запатентованных солнечных элементах Maxeon® используется металлический фундамент для поддержки кремниевых и резервных соединений, что делает их почти непроницаемыми для коррозии и поломок.

Plus, всесторонние сторонние исследования оценивают панели SunPower №1 по долговечности и доказывают, что они разрушаются медленнее, чем обычные солнечные батареи.Вот почему мы предлагаем лучшую в отрасли гарантию и прогнозируем, что срок службы наших панелей составит более 40 лет.

Не отказывайтесь от слов. Наши солнечные элементы используются в суровых условиях, например, на луноходе НАСА, путешествующем по полярной ледяной шапке, и могут противостоять соленой воде на лодках, работающих на солнечной энергии. Кроме того, они привели в действие единственный самолет на солнечных батареях, который летал по всему миру.

Рейтинги 2021 г., наиболее эффективные панели

Как технология солнечных батарей определяет эффективность панели

Каждая солнечная панель состоит из нескольких отдельных кремниевых солнечных элементов, соединенных вместе.Различные типы солнечных элементов имеют разную эффективность, и компании продолжают исследовать и разрабатывать различные методы, чтобы иметь самые эффективные солнечные панели на рынке.

Например,

SunPower смогла стать лидером на рынке эффективности солнечных элементов благодаря своим солнечным элементам с встречно-штыревым обратным контактом (IBC), которые они используют в своих модулях. Они не только очень эффективны, но и имеют особый вид, потому что вы не видите соединительных проводов, как в случае со стандартными солнечными батареями.

Хотя существует ряд различных материалов, из которых могут быть изготовлены солнечные элементы, все наиболее эффективные панели, представленные на рынке в 2021 году, будут использовать те или иные технологии солнечных элементов из монокристаллического кремния. Большинство компаний, у которых КПД солнечной энергии превышает 20%, сделали это, используя одно или несколько из следующих достижений в области монокристаллической технологии:

Солнечные элементы PERC: Пассивный излучатель и задний контакт, более часто называемые элементами PERC, были впервые разработаны в Австралии еще в 1983 году.По сути, элементы PERC представляют собой монокристаллические солнечные элементы с отражающим задним слоем, который отражает любой свет, который может пройти обратно в элемент, чтобы он мог извлекать больше энергии. Технология PERC обеспечивает лишь около 1% дополнительной эффективности, но это относительно дешевое усовершенствование, поэтому компании могут повысить свою эффективность, не увеличивая производственные затраты.

Солнечные элементы HIT: Гетеропереход с внутренними тонкослойными элементами, или HIT-элементами, представляет собой традиционный монокристаллический солнечный элемент, расположенный между слоями аморфного тонкопленочного кремния.Аморфный кремний может использовать спектр света иначе, чем монокристаллический слой, поэтому в целом может быть произведено немного больше электричества.

Первоначально разработанный Sanyo, затем он был продан Panasonic и является причиной того, что Panasonic неизменно находится на вершине списка лидеров с точки зрения эффективности. Недавно REC Solar также выпустила панель с впечатляющим рейтингом эффективности 21,7%, использующим эту технологию.

Технология с несколькими сборными шинами: Некоторые производители обнаружили, что использование сверхтонких проводов для сбора электроэнергии, генерируемой внутри ячеек, фактически снижает затенение каждой ячейки, обеспечивая небольшой прирост эффективности.

Технология разделенных элементов: Многие производители разделяют свои солнечные элементы пополам, чтобы уменьшить тепло и сопротивление внутри элементов, что приводит к небольшому увеличению эффективности. Такие производители, как Canadian Solar и LONGi Solar, использовали технологию разделенных элементов для достижения эффективности около 21%

Хотите больше информации? Посмотрите это видео основателя SolarReviews Энди Сэнди, в котором подробно рассказывается о том, что означает эффективность солнечных панелей:

Насколько эффективны солнечные панели в 2021 году?

По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), большинство солнечных панелей на рынке имеют эффективность от 15% до 20%.Но то, что мы видим сейчас в 2021 году, — это то, что больше производителей солнечных батарей, чем когда-либо, имеют солнечные панели с заявленной эффективностью более 20%.

Фактически, существует более 20 производителей солнечных батарей с рейтингом эффективности более 20% и по крайней мере 10 производителей с эффективностью выше 21%, что сокращает разрыв между лидирующими на рынке панелями SunPower с эффективностью 22,8% и их конкурентами.

Китайские солнечные панели первого уровня сокращают разрыв в эффективности панелей

Солнечные панели премиум-класса, такие как SunPower, LG и Panasonic, всегда стоили дороже, чем панели со стандартной эффективностью.Но это все начинает меняться, поскольку сейчас есть несколько новых китайских компаний по производству солнечной энергии первого уровня, которые предлагают высокоэффективные солнечные панели по очень низкой цене.

Чтобы дать вам представление, на оптовом уровне перед установкой панели SunPower, LG и Panasonic стоят около 0,80 доллара за ватт. Некоторые из их наиболее эффективных моделей продаются по цене от 1 доллара за ватт. С другой стороны, китайские гиганты-производители солнечной энергии, такие как Canadian Solar, Trina Solar и LONGi, теперь предлагают панели с рейтингом эффективности более 20% примерно за $ 0.40 на ватт.

И эти компании, принадлежащие Китаю, ни в коем случае не являются производителями второстепенных переулков — у них одни из крупнейших и наиболее технологически продвинутых предприятий по производству солнечных батарей в мире. Canadian Solar, Trina Solar и LONGi производят более 12 гигаватт солнечных панелей в год, в то время как SunPower производит всего 2,5 гигаватт.

Это означает, что солнечная энергия не только дешевле, чем когда-либо, но и эффективнее, чем когда-либо. Более дешевые китайские панели также вызывают вопрос: смогут ли три крупных производителя премиум-класса удержать свою ценовую надбавку? Это может быть особенно проблемой для SunPower, поскольку их ячейки IBC, как говорят, дороже в производстве, что может быть причиной того, что SunPower решила выделить свой производственный бизнес Maxeon Technologies в 2020 году.

Узнайте, сколько вы можете ежегодно экономить, установив солнечные панели.

Насколько эффективны солнечные панели в реальных условиях?

Эффективность, указанная для каждой модели солнечной панели, рассчитывается при стандартных условиях испытаний. Однако в реальных условиях солнечные панели редко работают в таких условиях. В реальных условиях на эффективность солнечных панелей влияют следующие факторы:

Температура

По иронии судьбы, несмотря на то, что они производят энергию от солнца, солнечные панели на самом деле работают лучше при более низких температурах.

По мере того, как солнечные панели нагреваются, ток увеличивается, а напряжение уменьшается, в результате чего общая мощность панелей падает. Это означает, что ваши солнечные батареи будут работать наиболее эффективно зимой, даже если они получают меньше солнечного света и вырабатывают меньшую общую мощность.

Когда мы говорим «температура», мы не имеем в виду температуру в приложении «Погода». Мы говорим о температуре элементов в самом солнечном модуле. Температура поверхности зависит от погоды, так как под летним солнцем ваши панели будут намного горячее, чем в зимний полдень.

Величина, на которую снижается мощность панели при нагревании выше 25 ° C, называется температурным коэффициентом. Меньший температурный коэффициент означает, что выход панели меньше подвержен сильному нагреву. Sunpower и Panasonic имеют панели с самым низким температурным коэффициентом на рынке.

Пыль, грязь, снег и прочий мусор

Солнечные панели подвергаются воздействию элементов, а это значит, что они пачкаются. Если на ваших панелях есть пыль или грязь, на солнечные элементы будет попадать меньше солнечного света, и они будут менее эффективными.

Регулярная чистка солнечных панелей — отличный способ обеспечить их максимальную эффективность.

Стоит ли по-прежнему платить больше за самые эффективные солнечные панели?

Если у вас ограниченное пространство на крыше, где можно установить солнечную батарею, панели повышенной эффективности могут быть лучшими солнечными панелями для вашего дома. Это потому, что они могут позволить вам установить большую мощность солнечной генерации, чем вы в противном случае могли бы установить на своей крыше.

Однако, похоже, больше нет веского аргумента в пользу того, чтобы платить надбавку к цене за солнечные панели SunPower, LG или Panasonic, учитывая, что другие солнечные панели уровня 1 теперь почти так же эффективны, и эти производители также являются высокодоходными компаниями.

Широкая доступность дешевых высокоэффективных солнечных панелей уровня 1 делает более важным, чем когда-либо, получение предложений от нескольких установщиков солнечных батарей. Получив более одного предложения по солнечной энергии, вы можете сравнить различные производители в разных ценовых категориях, чтобы убедиться, что вы получаете лучшую солнечную систему для своего дома — без больших затрат.Вы также можете использовать наш калькулятор солнечных батарей, чтобы получить индивидуальную оценку того, сколько будет стоить солнечная установка для вашего конкретного дома.

Посмотрите, сколько солнечных панелей поместится на вашей крыше с помощью нашего инструмента для рисования

Основные выводы

• Эффективность солнечной панели определяет, сколько солнечного света, попадающего на солнечную панель, превращается в полезную электроэнергию.
• Большинство используемых сегодня солнечных панелей имеют КПД от 15% до 20%.Серия A SunPower — самая эффективная солнечная панель с показателем эффективности 22,8%.
• На эффективность солнечных панелей больше всего влияют тип проводки, цвет подложки и тип используемых солнечных элементов.
• Солнечные панели премиум-класса действительно необходимы только в том случае, если у вас ограниченное пространство на крыше, поскольку они могут производить больше электроэнергии на меньшей площади.
• В большинстве случаев вы можете установить высококачественные солнечные панели стандартной эффективности, удовлетворяя все ваши потребности в электроэнергии по более низкой цене.

Самые эффективные солнечные панели: объяснение эффективности солнечных панелей

Время чтения: 5 минут

Тем, кто ищет наиболее эффективные солнечные панели для своей солнечной энергетической системы, первое, что вам нужно знать, это как сравнить показатели эффективности для различных брендов производителей . Эффективность солнечной панели — это полезный показатель, используемый для определения того, сколько энергии производит солнечная панель по сравнению с другими продуктами.

Узнайте, сколько будут стоить солнечные панели в вашем районе в 2021 году

Ключевые выводы об эффективности солнечных панелей

• Самые эффективные солнечные панели, доступные сегодня, составляют примерно 23%
• SunPower, LG и REC Solar обеспечивают наиболее эффективное использование солнечной энергии. панели
• Начните сравнивать солнечные расценки с высокоэффективным оборудованием на EnergySage Marketplace

Эффективность солнечной панели: что вам нужно знать

Эффективность солнечной панели — это показатель способности солнечной панели преобразовывать солнечный свет в полезную электроэнергию.При одинаковом количестве солнечного света, сияющем в течение одного и того же времени на двух солнечных панелях с разными показателями эффективности, более эффективная панель будет производить больше электроэнергии, чем менее эффективная. Эффективность солнечных панелей определяется производством электроэнергии солнечными элементами , на которое, в свою очередь, влияет состав элементов, электрическая конфигурация, окружающие компоненты и многое другое.

Насколько эффективны солнечные панели?

Большинство солнечных панелей имеют КПД от 15% до 20% , с отклонениями по обе стороны диапазона.Эффективность высококачественных солнечных панелей в некоторых случаях может превышать 22% (и почти достигать 23%!), Но большинство доступных фотоэлектрических панелей имеют КПД не выше 20%.

Чем отличается эффективность солнечных панелей в зависимости от продукта

При одинаковом количестве солнечного света, падающем в течение одного и того же времени на две солнечные панели с разными показателями эффективности, более эффективная панель будет производить больше электроэнергии, чем менее эффективная панель. Эффективность солнечной панели определяется производством электроэнергии солнечными элементами , на которые, в свою очередь, влияют состав, электрическая конфигурация, окружающие компоненты и многое другое.

На практике, для двух солнечных панелей одинакового физического размера, если одна имеет рейтинг эффективности 21%, а другой — 14%, панель с эффективностью 21% будет производить на 50% больше киловатт-часов (кВтч). электроэнергии при тех же условиях, что и панель с КПД 14%. Таким образом, максимальное использование энергии и экономия средств во многом зависят от эффективности солнечных панелей высшего уровня.

Самые эффективные солнечные панели: 5 лучших

Вот пятерка лучших производителей солнечных панелей, составленных на основе самых эффективных солнечных панелей, которые они могут предложить:

1. SunPower (22.8%)
2. LG (22,0%)
3. REC Solar (21,7%)
4. CSUN (21,2%)
5. Panasonic (21,2%)

Самые эффективные солнечные панели на рынке сегодня имеют рейтинг эффективности до 22,8% , тогда как большинство панелей имеют рейтинг эффективности от 16% до 18%. Панели SunPower известны как самая эффективная марка солнечных панелей на рынке. Хотя они будут иметь более высокую цену, SunPower часто становится фаворитом потребителей для всех, кого интересует эффективность как основной показатель.Тем не менее, ознакомьтесь с Приложением 1, чтобы узнать обо всех ведущих брендах и наиболее эффективных солнечных панелях, которые вы можете получить в свои руки.

Максимальное производство или максимальное смещение: Если ваша цель — максимизировать количество электроэнергии, производимой вашей системой, или вы хотите гарантировать, что вы покупаете наименьшее количество электроэнергии у коммунального предприятия, но количество места на крыше, доступное для установки солнечной энергии размер панелей ограничен, вы можете установить более эффективные солнечные панели. Это обеспечит максимальную производительность вашей системы солнечных батарей.

Стоимость против стоимости: Более эффективные солнечные панели обычно стоят больше, чем их менее эффективные аналоги. Возможно, вы захотите проанализировать, оправдана ли эта разница в первоначальных расходах увеличением экономии, достигаемой за счет выработки большего количества электроэнергии в течение срока службы вашей солнечной энергетической системы. Увеличение производства электроэнергии означает, что вам придется покупать меньше электроэнергии у коммунального предприятия, а в некоторых штатах это также может принести более высокий доход SREC. EnergySage Solar Marketplace позволяет вам легко сравнивать свои сбережения от солнечных панелей, которые различаются по показателям эффективности, и оправдана ли их повышенная цена.

От чего зависит эффективность солнечных панелей?

Есть несколько факторов, которые определяют, насколько эффективна солнечная панель. По сути, эффективность солнечных панелей определяется тем, сколько поступающего солнечного света солнечная панель может преобразовать в полезную электроэнергию. Но что влияет на конечный коэффициент конверсии? Исследователи и производители солнечных батарей учитывают несколько факторов при разработке и производстве эффективных солнечных панелей:

• Материал — тип материала (монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, теллурид кадмия и т. Д.)) влияет на то, как свет преобразуется в электричество
• Электропроводка и шины — организация проводов и «шин» на солнечной панели, которые фактически улавливают и передают электричество, влияет на эффективность
• Отражение — если свет отражается от солнечной панели, его эффективность может быть пониженным. Вот почему так важен стеклянный слой поверх кремниевых солнечных элементов.

Кроме того, такие факторы, как способность поглощать свет с обеих сторон элемента (двусторонние солнечные панели) и способность поглощать свет с переменной длиной волны (многопереходные солнечные панели), изменяют уравнение эффективности для солнечных панелей.В общем, есть множество рычагов, которые могут использовать ученые и исследователи, работая над повышением эффективности солнечных панелей. В конце концов, все дело в преобразовании большего количества поступающего солнечного света в электричество.

Насколько эффективны солнечные панели? Таблицы сравнения эффективности

В двух таблицах ниже представлены различные взгляды на характеристики эффективности солнечных панелей ведущих производителей, продающих солнечные панели в США. Большинство производителей панелей выпускают несколько моделей солнечных панелей с разной степенью эффективности.Ведущими брендами в этой категории будут те, которые используют высокоэффективные солнечные элементы, такие как LG и SunPower (которые постоянно боролись за мировые рекорды солнечной эффективности), которые широко считаются ведущими брендами панелей на рынке солнечной энергии. эффективность. Однако важно понимать разницу между установкой максимального показателя эффективности и поддержанием высоких и постоянных средних показателей эффективности солнечной энергии. Поэтому в следующей таблице эффективности представлены лучшие способы сравнения различных вариантов солнечных панелей по показателям эффективности модулей.

Рейтинг эффективности моделей панелей по производителям

4896% Grape Solar

9024%0%

.30% Neo Solar Power