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.
Надежность и долговечность . Особенности мембранной кровли
Многие традиционные кровельные гидроизоляционные материалы не могут похвастаться длительным сроком эксплуатации. В частности, классический рубероид с картонной основой из-за негативных факторов внешней среды может прийти в негодность уже через пять лет после начала службы. В настоящее время производители гидроизоляционных рулонных материалов наладили выпуск более технологичных продуктов, в том числе полимерных кровельных мембран.
Выделяют три вида мембранных покрытий. Самыми распространенными и востребованными на рынке считаются ПВХ-мембраны. Они производятся из поливинилхлорида. В статье пойдет речь преимущественно об изделиях из ПВХ. Также производители выпускают ТПО-мембраны, на основе термопластичных олефинов, и ЭПДМ-мембраны из этиленпропилендиенмономера (искусственный каучук).
Широкий спектр преимуществ
Полимерные мембраны обладают широким спектром преимуществ, отмечает операционный директор направления «Полимерные мембраны и PIR» компании ТЕХНОНИКОЛЬ Евгений Спиряков. Во-первых, это высокая пожаробезопасность. ПВХ-мембраны относятся к самозатухающим материалам. Большинство кровельных систем с полимерными мембранами имеют группу пожарной опасности КП0, что позволяет их применять на кровлях с любой площадью. Во-вторых, монтировать полимерные мембраны можно круглый год - при температурах от -25°С до +55°С. Благодаря применению пластификаторов новейшего поколения данный материал сохраняет свою гибкость до -40°С (ГОСТ EN 495), а наличие термостабилизаторов делает возможность эксплуатации полимерных мембран при температуре от -65°С до +70°С. Мембраны можно монтировать на кровле любой формы. Широкая цветовая палитра позволяет идеально подобрать материал под дизайн здания и вписать в окружающий ландшафт.
«Самые качественные полимерные мембраны сейчас производятся по экструзионной технологии, что позволяет добиться высокой гомогенности состава, отсутствия пустот в толще и прекрасных физико-технических характеристик материала»,- подчеркнул Евгений Спиряков.
Менеджер по развитию направления «Плоские кровли» ROCKWOOL Russia Григорий Громаков выделяет такое преимущество мембран на основе ПВХ как более высокий срок службы (по некоторым данным - до 25 лет) по сравнению с традиционными битумно-полимерными материалами, которые до сих остаются относительно популярными у потребителей. «Кроме того, ПВХ-мембрана легко ремонтируется даже на локальном участке в случае механического повреждения на протяжении всего срока службы. Высокая скорость производства работ при использовании ПВХ-мембран, например ROCKmembrane, и теплоизоляции кровли плитами из каменной ваты также даёт большие преимущества. В частности, рабочая бригада в среднем может монтировать 600 м2 кровли в рабочую смену. В совокупности эти преимущества делают кровли с ПВХ-мембранами и каменной ватой отличным выбором для всех типов зданий»,- уверен эксперт.
Официальный представитель компании BIGTOP Вадим Мартынов обращает внимание, что долговечность, скорость выполнения работ и другие факторы делают использование ПВХ-мембран экономически выгодным и целесообразным. Сегодня производители предлагают решения для совершенно разных заказчиков. В частности BIGTOP сосредоточен на небольших объектах (от 50 до 5000 м2) и предлагает партнерам особые условия сотрудничества.
По словам представителя рынка, в настоящее время большие кровли торговых центров и промышленных зданий укрываются ПВХ-мембранами почти безальтернативно. «Кроме того, сейчас появилась мода на применение мембран на приватных формах – в том числе в частном домостроении. Поэтому хорошим спросом у нас пользуется не только сама мембрана, но и фасонные элементы из гомогенки и ПВХ жести. Эстетика в этом вопросе играет не меньшую роль, чем надежность»,- добавил Вадим Мартынов.
Тренд на увеличение
Эксперты отмечают, что монтаж ПВХ-мембран – обширная тема для обсуждения, которая включает в себя множество нюансов. В частности, рассказывает Григорий Громаков, важно в данных работах привлекать компании, которые прошли обучение у ведущих производителей и поставщиков такого материала, так как отсутствие опыта монтажа ПВХ-мембран может привести к печальным последствиям. В целом, добавляет он, правильно спроектированная и смонтированная кровля не требует ежедневного удаления снега. Но в случае потребности ежедневно обслуживать оборудование, расположенное на кровле, необходимо применять специальные дорожки, защищающее поверхность крыши от механического воздействия.
Как таковых, отмечает Евгений Спиряков, ограничений в использовании полимерных мембран нет. Материал можно применять и эксплуатировать во всех климатических зонах, как в условиях Крайнего Севера, так и тропических регионах с высокой температурой окружающей среды. «Есть полимерные мембраны для отдельных условий монтажа и эксплуатации. Например, специальные марки ECOPLAST V-RP Siberia, LOGICROOF V-RP Arctic, обладают улучшенной гибкостью при отрицательных температурах. А белые мембраны, напротив, предназначены для южных регионов – они прекрасно отражают солнечный свет, что позволяет сократить затраты на кондиционирование»,- сообщил он.
Безусловно, резюмирует Вадим Мартынов, сейчас идет тренд на увеличение долговечности готовой кровли. Во многом это зависит от толщины мембраны. «Если раньше мы выпускали BIGTOP только в толщине 1,2 мм, то теперь все чаще применяем уже 1,5 мм. Но меняется не только мембрана, а кровельные системы целиком. С появлением на российском рынке PIR плиты – жесткого негорючего кровельного утеплителя, ПВХ-мембраны получили возможность продемонстрировать свои реальные возможности в периоде эксплуатации свыше 15 лет»,- подчеркнул представитель BIGTOP.
BIM или не BIM — уже не вопрос
В декабре на сайте ФАУ «ФЦС» в тестовом режиме заработал классификатор строительной информации (КСИ), необходимый для унификации информационных моделей объектов капитального строительства. Запуск классификатора призван ускорить процессы цифровой трансформации строительной отрасли. О том, как продвигается внедрение BIM-технологии, рассказывают разработчики ПО и пользователи.
Как сообщает Минстрой России, к тестированию КСИ привлечены ведущие разработчики программного обеспечения для работы с BIM-моделями, в частности, Renga Software, дочернее предприятие «АСКОН» и «1С». В данный момент разработчики системы отлаживают программное взаимодействие Renga с КСИ, оценить возможности которого смогут пользователи системы Renga. Запуск классификатора будет способствовать исключению ошибок при проектировании и проведению автоматизированных проверок проектов, позволит интегрировать многочисленные информационные системы, которые используются на стадии создания и эксплуатации объекта строительства. КСИ внедряется в программное обеспечение, и за счет этого все участники инвестиционно-строительного процесса получают возможность общаться на одном языке на уровне систем.
Успешный опыт
Тестирование КСИ стало продолжением сотрудничества компании Renga Software с ФАУ «ФЦС». Ранее, в 2019 году, компания приняла участие в пилотном проекте по прохождению экспертизы в формате BIM-модели. Минстрой России поставил задачу изучить возможность проведения госэкспертизы напрямую по информационной модели, созданной в российском программном продукте, без использования проектной документации.
Объектом, выбранным для прохождения экспертизы, стала общеобразовательная школа на 1000 мест в Чкаловском районе Екатеринбурга. Проектная документация школы к тому моменту уже была выпущена и прошла экспертизу. Предстояло создать BIM-модель по ранее принятым техническим решениям с целью разобраться в нюансах работы экспертизы с информационными моделями и понять, какие требования необходимо заложить в нормативно-технические документы.
Итоговая цифровая информационная модель Renga содержала следующие разделы: архитектура, конструкции, вентиляция, отопление, водоснабжение и водоотведение, электрические сети и технологические решения. Цифровая модель местности была выполнена в продуктах «Кредо-Диалог». Готовая модель в формате IFC была загружена в систему управления инженерными данными «Неосинтез». Эта система выступала в качестве макета рабочего места эксперта, в котором он мог просматривать сводную модель и настраивать правила проверки. Именно модель в формате IFC проходила проверку соответствия требованиям.
Над данным проектом работали восемь специалистов, и они создали информационную модель школы за несколько месяцев. Благодаря тесному взаимодействию с разными подразделениями госэкспертизы удалось собрать воедино их требования к информационным моделям, и они были учтены при реализации нового функционала. В частности, в нескольких релизах 2020 года система Renga развивала поддержку международного формата обмена данными IFC4 и настройку экспорта. Теперь при выдаче проекта в виде IFC-модели могут исполняться требования не только госэкспертизы, но и других возможных потребителей информационной модели.
Стандартизация цифровизации
Участие российских разработчиков программного обеспечения в работе по стандартизации требований к информационным моделям и созданию нормативно-технической базы BIM-технологии продолжается в рамках деятельности подкомитета 5 «Технология информационного моделирования зданий и сооружений» технического комитета 465 «Строительство» при Минстрое России. «Наша компания, как один из участников подкомитета, привлекается в качестве консультанта к обсуждению проектов ГОСТов, стандартов, сводов правил, — рассказывает Максим Нечипоренко, заместитель генерального директора Renga Software. — Мы также участвуем в заседаниях рабочей группы при Правительстве Санкт-Петербурга по внедрению технологий информационного моделирования в строительном комплексе Санкт-Петербурга».
Формирование нормативной базы для использования технологий информационного моделирования (ТИМ) находится на завершающем этапе, в связи с этим летом 2020 года Правительством РФ было объявлено, что переход на обязательное применение цифровых моделей объектов в сфере государственного заказа должен произойти не позднее 2021 года.
Будущее уже сегодня
«Проект постановления Правительства, утверждающего перечень случаев, в которых применение информационного моделирования будет обязательным, уже подготовлен и проходит последние согласования. Как только документ выйдет, ни один из объектов перечня, а речь идет в основном об объектах социальной инфраструктуры со стоимостью строительства свыше 500 млн рублей, не сможет быть построен без BIM-технологии, — поясняет Максим Нечипоренко. — Поэтому говорить о технологиях информационного моделирования как о грядущем будущем уже не приходится. Теперь это реальность».
Готова ли к уже свершившемуся переходу строительная отрасль? По словам Максима Нечипоренко, игнорировать пункт договоров, в котором говорится о необходимости предоставить модель объекта, теперь уже не представляется возможным. Потратив время и ресурсы на создание проекта традиционным способом, проектировщику придется создавать модель и тратить на это дополнительные ресурсы, и это может объяснять повышение стоимости проектирования. «Регулярные примеры — когда компания декларирует себя как предприятие, где налажено BIM-проектирование, а на поверку оказывается, что в BIM-отделе работает 5–7 человек, а вся остальная структура проектировщиков по-прежнему продолжает чертить. В итоге BIM-отдел по чертежам создает модель, что удорожает стоимость проектирования, — объясняет эксперт. — При этом есть масса положительных примеров, которые свидетельствуют: когда проектировщики сразу начинают делать проект с модели и затем из модели делают чертежи, это облегчает работу и уменьшает затраты».
Опытом применения BIM-системы делится Николай Дубовой, директор ООО «ПСК-Регион»: «В процессе реализации пилотного проекта в системе Renga мы смогли убедиться, что BIM — это несложно и недорого. Мы довольны полученным опытом 3D-проектирования и уровнем отечественной BIM-системы. Renga позволила нам создать полноценную 3D-модель от фундамента до розеток. Наглядность BIM-проектирования помогла избежать коллизий и нестыковок в проекте. Планируем реализовывать в Renga и другие наши проекты».