Солнечные батареи
Солнечные батареи относятся к альтернативной энергетике, позволяющей получать дешевое электричество. Это очень перспективное направление из-за неисчерпаемости потока солнечных лучей. Батареи имеют вид плоских панелей, устанавливаемых в местах наиболее сильного падения лучей Солнца. Эффективность метода получения энергии позволяет вести ее использование во множестве сферах деятельности, что является серьезным заделом на будущее, поскольку стандартные ресурсы постепенно исчерпываются.
Устройство и принцип действия
Основу солнечной батареи составляют полупроводниковые устройства, способные преобразовывать падающие лучи в электрический ток. Производимые солнечные батареи бывают разных размеров, что зависит от места их установки. Масштабное оборудование крепится на крышах домов или автомобилей, а более мелкие приборы встраиваются в микрокалькуляторы. Обычно большие солнечные панели сверху покрываются стеклом. Это необходимо для защиты их от воздействия внешней среды и фотонов, которые обладают чересчур мощной энергетикой.
Устройство приборов
В состав солнечной батареи включены следующие элементы:
- Фотовольтаические ячейки. Данные компоненты выполняют основную функцию в батарее. Их задача состоит в преобразовании потока лучей в электричество с помощью фотовольтаического эффекта. Его суть заключается в формировании электрического заряда, что обеспечивается свойствами полупроводникового материала.
- Абсорбер. Это специально изготовленный из кремния слой, обладающий способностью поглощать солнечный свет с последующей передачей на фотовольтаическую ячейку для преобразования его в электричество.
- Покрытие. Оно необходимо для того, чтобы защищать фотовольтаические ячейки от влияния непогоды и механических повреждений.
- Стекло. Кроме защитной функции оно выполняет еще роль изоляции для сохранения внутри ячейки тепла.
- Контактные площадки. С помощью таких металлических элементов обеспечивается связь между фотовольтаические ячейками и проводами.
- Провода. Формируют связь между всеми элементами солнечной батареи.
- Инвертор. Проводит изменение постоянного напряжения в переменную величину. Это требуется для того, чтобы обеспечить питание электрических приборов.
- Аккумулятор. Является емкостью, где хранится избыток вырабатываемой энергии.
- Контроллер заряда. Устройство, необходимое для контроля величины заряда аккумулятора.
Чтобы солнечная батарея работала нормально, все компоненты должны работать в полном взаимодействии.
Принцип действия
Принцип работы солнечной батареи основывается на фотовольтаическом эффекте. Суть его заключается в том, что под воздействием света определенные материалы способны создавать на своей поверхности напряжение, что сопровождается выработкой электричества.
Происходит это за счет того, что световые фотоны выбивают из атомов отрицательные электроны, превращая их в положительно заряженные ионы. После этого формируется электрический ток, представляющий собой движение положительно и отрицательно заряженных частиц.
Работа солнечной батареи состоит в следующем:
- После попадания света на солнечную панель происходит его поглощение кремниевыми ячейками.
- Электроны выбиваются из атомов и становятся свободными. Одновременно они вместе с положительно заряженными ионами переходят в возбужденное состояние.
- Все образовавшиеся частицы начинают свое направленное движение между контактными пластинами через полупроводник. Как результат формируется электрический ток, перемещающийся в дальнейшем по электрическим сетям. При этом его излишки собираются в аккумуляторной батарее.
Что представляют собой электрические сети и как в них поступает электроэнергия, можно узнать из этой статьи.
Разновидности оборудования
Производителями выпускается несколько разновидности солнечных батареи, каждая из которых обладает своими особенностями:
- Монокристаллические. Изготавливаются такие батареи из чистого кремния. Сначала материал расплавляется, а после отвердевания разделяется на пластинки толщиной 300 мкм. Все ионы и электроны в таких батареях обладают хорошей эффективностью, что отражается на высоком КПД оборудования. В пластинках вставлены электроды, которые выглядят в виде сеток. Монокристаллическое оборудование обычно окрашивается в темно-синий или черный цвет. Это качественные изделие со сроком службы до 50 лет.
- Поликристаллические. Основу солнечной батареи составляет не цельный кристалл кремния, а множество его маленьких кусочков. Это значительно удешевляет оборудование, но и делает его работу менее эффективной, что выражается в пониженном КПД, равном 13-15%. За счет более низкой цены на такие панели присутствует увеличенный спрос.
- Тонкопленочные. В состав данного типа оборудования входит множество разных элементов, среди которых кадмий и одна из разновидностей кремния. Оборудование значительно уступает предыдущим двум видам, но имеете хорошую гибкость, и может быть установлено на любой поверхности. Популярность таких батарей выражается в том, что они могут функционировать при любой погоде, включая облачность или низкое освещение.
- Органические. Здесь исходными составляющими могут быть различные полимеры, а также углерод. Оборудование обладает эффективностью, но имеет невысокий срок службы и пока не получило широкого распространения.
- Нанокристаллические. Для изготовления этого типа батарей применяется новаторская технология. В качестве основы используются наночастицы элемента кремний. Полученные фотоэлементы характеризуются качеством, что отражается на их долговечности и эффективности, но данный метод еще не совершен для полноценной эксплуатации.
Из всех видов солнечных батарей наибольшей непопулярностью пользуется поликристаллический вариант и в первую очередь это связано с его доступностью по цене.
Характеристики солнечной батареи
Все солнечные батареи характеризуются следующими параметрами:
- Мощность. Это основной показатель солнечной батареи. Он измеряется в ваттах и указывает, сколько электроэнергии производит данная солнечная панель за единицу времени.
- Напряжение. Данная величина, измеряемая в вольтах. Она фиксирует разность потенциалов между точками батареи и может равняться 12, 24 или 48 В.
- Ток. Здесь говорит о количестве электричества, которое в течение единицы времени протекает через панель.
- Эффективность преобразования. Определяется отношением полученной на выходе электрической энергии к количеству поглощенных батареей солнечных лучей. Диапазон может составлять 5-25%.
- Размер. В зависимости от типа батареи он может составлять от 1 м² до 6 м².
- Вес. Масса солнечных батарей достигает 10-50 кг.
- Рабочая температура. Чтобы солнечная панель работала эффективно, данный интервал должен составлять от (-40)° до (+85)°. При увеличении этого параметра отдача панелей может снижаться
- Срок эксплуатация. При хорошем обслуживании в среднем солнечная батарея используется на протяжении 30 лет. При этом у лучших вариантов это срок увеличивается до 50 лет.
Также важным параметрам является тип ячейки. Он зависит от вида панели.
Правила выбора
При желании установить солнечную батарею необходимо принимать во внимание следующие факторы:
- Потребность в электроэнергии. После определения этой величины необходимо добавить еще до 30% на случай потерь.
- Тип батареи. Здесь в первую очередь нужно ориентироваться на размер финансов. Наиболее эффективные монокристаллические панели, но они и стоят дорого. Если средств недостаточно, то стоит обратить внимание на поликристаллический или тонкопленочный вариант.
- Мощность. Это основной параметр, на основании которого выбирается солнечная батарея. Мощности должно быть достаточно, чтобы панель обеспечивала выработку нужного количества электричества для дома.
- Место установки. Обычно солнечные батареи устанавливают на крыше, поскольку данная территория максимально освещенная. При этом нужно ориентироваться на такой параметр как угол наклона поверхности, который должен составлять в районе 35-45°.
- Площадь панелей. Данная величина определяется расчетным способом. Для этого нужно взять отношение всех потребностей в электричестве к выработке энергии единицы панели за сутки.
Обязательно необходимо обратить внимание на производителя. Это должна быть авторитетная компания с большим количеством положительных отзывов.
Эксплуатация и обслуживание
После установки солнечных батарей, чтобы они прослужила долго, необходимо уделять внимание их обслуживанию:
- Постоянно исследовать панели на предмет наличия загрязнений. Поверхность должна быть очищена от пыли и осевших насекомых. Эффективность работы батарей увеличивается в том случае, когда их поверхность чистая.
- Во время очищения панелей от грязи следует использовать только теплую воду и мягкую ткань.
- Регулярно следить за качеством работы инвертора, который преобразовывает выработанный постоянный ток в переменную величину.
- Периодически вести проверку надежности работы всех систем.
- С течением времени менять отдельные вышедшие из строя элементы для обеспечения высокой производительности системы.
При правильной эксплуатации и хорошем обслуживании солнечных батарей они прослужат несколько десятков лет и обеспечат дом дешевой электроэнергией.
Применение батарей
Солнечные батареи применяются в широких сферах деятельности:
- В системах электроснабжения автономного типа. Чаще всего устанавливаются в частных домах или дачах. Это часто делается в тех случаях, когда объекты удалены от центрального электроснабжения.
- Для освещения территорий. Сюда включаются уличные фонари, размещаемые в парках или вдоль улиц.
- В автомобилях. Обычно они крепится на крышах транспортных средств, и используются для зарядки аккумуляторов.
- Как возобновляемая энергетика. Оборудование устанавливается в ветросолнечных электростанциях и используется как источник энергии.
- В системах связи. Небольшого размера панели, встроенные в приборы, используются как источники питания.
- В бытовых приборах. Сюда относятся холодильники, вентиляторы и другие агрегаты, которые в качестве источника питания используют солнечную энергию. С этой целью в них встраиваются небольшие панели.
- В качестве источника питания при установке видеонаблюдения.
Кроме того, солнечные батареи уже начинают использоваться в глобальном плане. Они стали применяться в космонавтике и самолетостроении, что позволяет существенно экономить топливо.
Преимущества и некоторые недостатки
Солнечные батареи с течением времени становится все доступнее, поскольку цена на них постоянно снижается. Однако, покупая такие изделия, необходимо предварительно хорошо ознакомиться с преимуществами и недостатками панелей. К достоинствам солнечных батарей относятся:
- Экологическая безопасность. Работа солнечных батарей не приносит окружающей среде никакого вреда. Это является очень важным моментом, поскольку экология в современном мире играет решающую роль. Подробная информация об экономическом аспекте хорошо изложена в этой работе.
- Быстрая окупаемость. Рост стоимость электроэнергии наблюдается непрерывно. Что касается солнечных батарей, то здесь затраты присутствуют только в момент покупки и установки оборудования. Поскольку солнечная энергия является бесплатной, вложенный капитал очень быстро окупается.
- Простота использования. После окончания монтажа оборудования требуется только следить за его исправностью и вовремя устранять поломки. Это не несет больших затрат сил и времени.
Если обратить внимание на недостатки, то здесь стоит отметить большую стоимость оборудования. При этом следует помнить, что его окупаемость наступает очень быстро.
Солнечные батареи выгодно ставить только в регионах с продолжительным световым днем. При большой длительности ночи такое оборудование можно использовать только в качестве дополнительного источника электроэнергии.
Бетонирование перекрытий: обзор систем и актуальные решения от PERI
Возведение монолитных перекрытий – крайне ответственный процесс, поскольку к таким конструкциям предъявляются определенные требования по нагрузкам и качеству исполнения. Правильно подобранная опалубочная система не только обеспечивает безопасность на стройплощадке, но и помогает ускорить темп строительства и сократить затраты на рабочую силу. В России системы бетонирования перекрытий представлены во всем разнообразии – от традиционных до самых современных. Менеджер по продуктовой аналитике и развитию продуктов компании PERI Анастасия Клингер рассказывает об особенностях и специфике применения каждой из них.
На сегодняшний день в российском жилищном строительстве представлены различные варианты опалубочных систем для перекрытий. Самая распространенная – балочно-стоечная. В качестве опор в ней используются телескопические стойки, а поверх укладывается так называемая палуба, состоящая из балок (реже – бруса) и фанеры.
Система отличается простотой сборки, доступностью и небольшими финансовыми затратами в момент покупки. Это самый простой способ возведения перекрытий, не требующий дополнительного обучения, поэтому он получил очень широкое распространение в России.
Следующий тип – панельная опалубка. В этом случае на стойки укладывается готовая зафанерованная панель и нет необходимости собирать конструкцию из отдельных элементов. С помощью такой опалубки проще и удобнее бетонировать перекрытия большой площади. Зачастую такие системы предусматривают раннее распалубливание, что еще больше повышает скорость возведения зданий, поэтому считаются самыми технологичными.
По технологичности панельной опалубке перекрытий не уступают опалубочные столы. Это готовые укрупненные модули на стойках, которые собираются один раз и затем перемещаются с одного монтажного горизонта на другой в течение всего хода строительства. Система эффективна при использовании на зданиях с открытыми фасадами. Благодаря крупным размерам блоков монтаж и демонтаж опалубки перекрытий происходит быстро и с минимальным использованием рабочей силы.
Кроме того, для бетонирования перекрытий могут использоваться леса – как рамные, так и модульные. Модульные, в свою очередь, можно разделить на чашечные и клиновые. Первые получили свое название из-за узлов креплений, напоминающих чаши. Чтобы конструкция, возведенная с помощью таких лесов, была надежной, очень важно проверять правильное закрытие всех без исключения чашек – в противном случае возникают риски обрушения. Но если конструкция масштабная, довольно сложно проконтролировать каждый узел. По этой причине чашечные леса в некоторых странах запрещены к использованию. Помимо этого, сборка чашечных таких лесов – достаточно трудоемкий процесс, как из-за внушительного веса элементов, так и из-за необходимости выполнить большое количество операций при монтаже.
Леса (объемные стойки или отдельно стоящие башни) строители могут выбирать по нескольким причинам. Например, они уже работали с таким продуктом раньше, знакомы с ним и не рассматривают другие типы опалубки. Или же ищут альтернативу телескопическим стойкам: например, для перекрытий высотой более 4 м, где работать с балочно-стоечными системами становится неудобно и небезопасно.
И наконец, когда строительные компании подбирают вариант более быстрой и безопасной работы с оборудованием.
Ответом на эти запросы становятся клиновые леса, принципиально отличающиеся от чашечных. К ним относится новая система PERI – KUB ST.
Это конструкция из отдельных элементов с крепежным узлом в виде розетки, куда вставляется ригель, который надежно фиксируется ударом молоткаЭто дает большое преимущество с точки зрения безопасности. Особое строение стоек позволяет не использовать дополнительные элементы крепления, что значительно повышает скорость монтажа.
Есть и еще один плюс – компоненты системы выполнены из горячеоцинкованного штрипса. Такое покрытие в пять-шесть раз долговечнее, чем порошковое окрашивание, и наносится как изнутри, так и снаружи, что делает систему максимально устойчивой к коррозии.
Стоит упомянуть, что система KUB ST, как и другие решения компании, соответствует высоким стандартам качества PERI и прошла все необходимые испытания, подтвердившие ее надежность. Леса оснащены дополнительными элементами, которые усиливают конструкцию, оптимизируют передачу нагрузок и повышают срок службы. Иными словами, на рынке появился безопасный, долговечный продукт с большим запасом прочности, который станет ответом на запросы строительных компаний, не готовых идти на компромисс в ущерб безопасности.
Атмосферостойкая сталь: сто лет красоты
Все больше объектов разного толка – от домашних светильников до высотных зданий, изготавливается сегодня из атмосферостойкой стали. Но если прежде на российском рынке царила так называемая кортеновская сталь, сегодня атмосферостойкую сталь поставляют отечественные предприятия.
Атмосферостойкие стали появились в США в начале ХХ века, когда специалисты U.S. Steel заметили, что стальной лист, легированный медью, меньше подвержен сквозной коррозии, чем лист углеродистой стали. Сначала эта сталь использовалась при сооружении бункеров в угольных вагонах, но сегодня она применяется в строительстве промышленных и общественных зданий, а также для создания дизайнерских и арт-объектов.
Свойства атмосферостойкой стали определяет содержание легирующих элементов – фосфора, меди, марганца, хрома, никеля. Они обеспечивают устойчивость к коррозии, помогая образованию на поверхности листа защитного слоя – патины. Слой патины формируется в течение трех лет и при этом меняет оттенок. В зависимости от окружающей среды он варьируется от светло-коричневого до рыжего, бронзового, темно-коричневого. Можно искусственно ускорить патинирование, применяя специальные средства, которые помогают окислению.
Первым зданием, где атмосферостойкая сталь использовалась при оформлении фасада, стал головной офис компании John Deere в США.
Благодаря своим уникальным внешним данным атмосферостойкая сталь все чаще применяется для фасадов, интерьеров, арт-объектов.
Сегодня широко известен павильон-инсталляция для некрополя - «Исчезнувший дом» в Китае. Создается впечатление, будто сам дом уже исчез, остался лишь некогда обвивавший его плющ.
Не менее известный объект - «Болотная башня» (Marsk Tower) в национальном парке Дании. Высота башни – 25 метров, но обзорная площадка из-за особенностей ландшафта находится на высоте 36 метров, куда ведут 146 ступеней по спирали. Дизайн башни отсылает к строению ДНК. Вес башни – 300 тонн. С годами темнеющая атмосферостойкая сталь позволит башне постепенно слиться с ландшафтом.
Объект аналогичного ряда – маршрут «Путь каменоломен» (Chemin des Carrières) во французском Эльзасе. Это дорога шириной 3 метра, длиной 11 километров. Здесь можно пройти пешком или проехать на велосипеде между соседними деревнями. Маршрут повторяет путь некогда пролегавшей здесь железной дороги Rosheim-St Nabor, повторяя ландшафт местности, оборудованный объектами из стали.
В Португалии недалеко от Лиссабона появился технопарк для старт-ап компаний по проекту мастерской Жорже Меальи. Для облицовки здесь использованы стальные перфорированные панели, которые хорошо контрастируют с белыми конструкциями.
В центральной части Пекина (Китай) несколько лет назад построен театральный комплекс 77 Theatre с раздвижным стальным фасадом. Главный фасад может подниматься, чтобы задействовать в представлениях улицу. Вряд ли фасад из иного материала предоставил бы театру такие возможности.
В России уже достаточно активно используют атмосферостойкую сталь, в том числе для крупных объектов. В Петербурге УК «Теорема» в рамках редевелопмента промышленной территории строит пул бизнес-центров. В 2021 году возведены два здания «Ferrum» с использованием атмосферостойкой стали по проекту архитектурного бюро Tchoban Voss Architekten Сергея Чобана. «Атмосферостойкая сталь – материал, обладающий целым спектром достоинств. Во-первых, он создает эстетически очень привлекательную, сложную поверхность, которой к тому же можно придать активный рельеф. Во-вторых, этот материал обеспечивает долговечность фасада и его контролируемое «старение». Идею применить на фасадах бизнес-центра Ferrum именно атмосферостойкую сталь в качестве основного облицовочного материала предложил я. Заказчик эту идею горячо поддержал, что и позволило реализовать этот не совсем обычный по своему облику фасад», - рассказал Сергей Чобан.
Внутри здания атмосферостойкая сталь использована и для изготовления интерьерных светильников в кафе.
Вместо стали европейского производства сегодня на российском рынке представлена атмосферостойкая сталь отечественных компаний. Не так давно атмосферостойкую сталь под брендом Forcera предложила «Северсталь». Интереснейший проект на петербургском рынке жилья – малоэтажный комплекс «VEREN VILLAGE стрельна» в пригородной Стрельне. Центр проекта – физкультурно-оздоровительный комплекс (ФОК), который заметно выделяется на фоне остальных построек не только по функции, но и по своей архитектуре: скульптурный объем, напоминающий гранитный камушек. Изначально предполагалось использовать для фасада спортивного сооружения дерево, однако затем участники проекта предпочли сталь Forcera, что придало объекту индивидуальность и оригинальность.
«Именно благодаря необычной фактуре этого материала ФОК фактически стал композиционным центом ЖК, привлекая внимание своим нетривиальным видом», - отметил эксперт направления продуктовых инноваций и развития продуктов «Северстали» Алексей Староверов.
В центре Екатеринбурга возведена самая высокая в России 42-метровая стела «Город трудовой доблести». Она изготовлена из гранита и атмосферостойкой стали Forcera, которой ушло 32 тонны.
Но есть также малые архитектурные формы и арт-объекты, которые изготавливаются из атмосферостойкой стали. Например, на базе отдыха в Торово установлены фигуры животных, выполненные Дмитрием Нечепуренко, художником и скульптором Санкт-Петербургского скульптурного цеха. Одна из последних – фигура кота с мячом.
На промплощадке Череповецкого металлургического комбината тоже установлены фигуры животных.
Дмитрий Нечепуренко рассказал, что ему очень нравится работать с атмосферостойкой сталью, особенно изготавливать животных: «Фигуры выглядят более естественными, особенно со временем, когда поверхность становится бархатистой, имеют естественный цвет. Они не холодные».
Чтобы объекты сразу выглядели естественно, используются реактивы, ускоряющие «старение» металла. В арсенале скульптора соль, перекись водорода, уксусная кислота. Кстати, среди заказчиков немало частных лиц и небольших компаний.
Фигура быка возле ресторана в Сочи.
Фигура аллигатора на гольф-поле в Петербурге
Живая цветовая палитра делает постройки и арт-объекты с атмосферостойкой сталью уникальными, для архитекторов это новые возможности и полет фантазии при разработке объектов любых форм. Как отмечают в «Северстали», Forcera все чаще используют в качестве отделочного материала, в том числе для создания атмосферных интерьеров. Особенно хорошо эта сталь «прозвучит» в стилях «индастриал», «гранж» и «лофт». Из рыжей стали делают кашпо, лавки, клумбы, подпорные стенки и др. элементы ландшафтного дизайна.
Однако внешние данные – не единственное преимущество атмосферостойкой стали. Forcera – это высокопрочная сталь, устойчивая к внешним воздействиям, срок ее службы достигает ста лет. Не случайно Forcera была использована для изготовления и обшивки пандуса крупнейшей в Европе доменной печи №5 «Северянка» Череповецкого металлургического комбината в ходе ее реконструкции в 2019 году. Материал был выбран с учетом высоких требований к промышленному объекту и сложных условий эксплуатации. Высокая прочность атмосферостойкой стали позволяет применять ее и для других ответственных объектов - в мостовых конструкциях, опорах ЛЭП. Кроме того, изделия и постройки из атмосферостойкой стали не требуют специального обслуживания, что позволяет экономить на ремонтных работах.
Высокая стойкость, оригинальная текстура и живой цвет, а также простота в обслуживании определяют в целом безграничность сфер применения атмосферостойкой стали. И архитекторы, и застройщики высоко оценивают потенциал этого материала по сравнению с традиционными, его освоение в отечественной строительной практике, по сути, только начинается.