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.
Не остаться без архива
В Ленобласти расформирован единый архивный фонд инженерных изысканий. Хранением и выдачей документов теперь будут заниматься органы местного самоуправления.
С 1 сентября 2019 года ГАУ «Леноблгосэкспертиза» прекращает оказание услуг по регистрации и учету результатов инженерных изысканий, проводимых в Ленобласти. В том числе учреждение не будет заниматься выдачей архивных материалов по изысканиям из специализированного фонда, в котором был собран массив данных с 1947 года.
Как говорится в сообщении на сайте ГАУ «Леноблгосэкспертиза», теперь подготовкой документации по изысканиям и выдачей архивных сведений будут заниматься районные органы местного самоуправления. Им уже переданы все материалы по изысканиям, которые проходили на их территории. Решение о распределении архива было принято во исполнение п. 51 ст. 26 Федерального закона № 342-ФЗ «О внесении изменений в Градостроительный кодекс РФ» от 3 августа 2018 года.
Двоякое толкование
Новшеством серьезно обеспокоено сообщество изыскателей. По их мнению, ликвидация единого архива и работа с документами «на местах» может негативно отразиться на сроках и качестве проведения изысканий.
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев уже написал открытое письмо губернатору Ленобласти Александру Дрозденко. В нем он от имени всех изыскателей, проектировщиков и девелоперов Санкт-Петербурга и Ленобласти просит главу региона вмешаться в ситуацию и предотвратить разрушение архива о пространственных данных, который долгие годы создавался большим трудом и силами сотен изыскательских компаний.
«Отсутствие единого архива приведет к снижению качества инженерных изысканий, скорости работы. Вследствие функционирования без него возрастет также количество аварийных случаев на строительных объектах. Можно ожидать фальсификации согласований инженерных сетей для прохождения экспертизы ввиду отсутствия проверяющего органа», – уверен Сергей Лазарев.
Главный инженер ООО «Изыскатель» Кирилл Черняк обращает внимание на казусы норм п. 51 ст. 26 Закона 342-ФЗ. По его словам, из текста видно, что допускается различное толкование, куда именно должны быть переданы данные об инженерных изысканиях – в органы власти субъектов РФ или в органы местного самоуправления.
«Существовала годами отработанная система сдачи материалов в архив. В последнее время было проведено множество улучшений, связанных с возможностью передачи материалов в цифровом виде, а также с заказом, получением и сдачей материалов в онлайн-режиме. Была сделана удобная геоинформационная система на базе сайта Geobridge. С передачей всех функций в различные органы местного самоуправления все это будет утеряно», – высказывает озабоченность эксперт.
Немного оптимизма
По словам генерального директора ООО «Гео-Вектор» Сергея Мясникова, теперь на органы местного самоуправления и на исполнителей изыскательских работ лягут дополнительные трудозатраты в плане обработки и получения информации.
Органы местного самоуправления будут выполнять функцию приемки и оценки качества работ по районам, предупреждать недобросовестное выполнение проектов.
Кроме того, под их ответственностью теперь будет ведение архива данных, аккумулирующего все работы в направлениях изыскательской деятельности, который ранее по всем районам вело ГАУ «Леноблгосэкпертиза».
«Нововведения повлекут увеличение сроков проведения изысканий, так как любые изменения в законодательстве требуют времени на адаптацию к новым правилам взаимодействия. Но мы верим, что в перспективе работа будет оптимизирована и будущее за цифровой трансформацией», – считает он.
Схожие выводы делает и генеральный директор ЗАО «ЛенТИСИЗ» Николай Олейник. Он отметил, что среди всех регионов РФ, в которых приходилось работать организации, только «Леноблгосэкспертиза» требовала от изыскателей предоставления согласования верности нанесения абсолютно всех инженерных сетей, попадавших в границы топосъемки. Данные строгие правила не допускали сдачу заказчику недостоверных материалов изысканий, заказчик всегда мог быть уверен, что выданные ему материалы изысканий соответствуют действительности.
«Надеюсь, что данная процедура сохранится и в муниципалитетах, но для этого общий штат специалистов по приемке материалов изысканий в районах Ленобласти должен будет увеличиться в десятки раз по сравнению со штатом, который отвечал за это в «Леноблгосэкспертизе». Добавлю, что единый фонд материалов до 1990 года по территории всей Ленобласти также хранится в архиве ЛенТИСИЗ, и в ближайшие несколько лет мы планируем его оцифровать. Сведения из него намерены интегрировать в информационный портал Geobridge, куда до недавнего времени «Леноблгосэкспертиза» вносила сведения об имеющихся у них материалах изысканий», – подчеркнул Николай Олейник.
Мнение
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Для изыскателей работа с «местными» фондами будет сопровождаться большими денежными затратами вследствие больших расстояний, времени и локальных бюрократических проволочек. Кроме того, к моменту их создания большая часть сведений о пространственных данных может стать уже неактуальной.
Сергей Мясников, генеральный директор ООО «Гео-Вектор»:
– При этом в данных условиях ожидается повышенная активность мелких недобросовестных компаний – «однодневок», которые будут предлагать провести инженерные изыскания по низким ценам и в кратчайшие сроки, пренебрегая важными этапами и условиями работы.
Например, такой исполнитель может сэкономить на проведении сверки всех сетей в рамках проведения работ. Последствия – от порванного в процессе стройки кабеля до взрыва газопровода. Некачественно выполнено бурение, экономия на количестве и глубине скважин, - и в перспективе трещины в зданиях.
Мелкие компании могут через несколько лет уже не существовать и, соответственно, отвечать за последствия будет некому.
Поэтому задача заказчиков инженерных изысканий – обращаться к серьезным проверенным компаниям с хорошей репутацией, а не гнаться за призрачно выгодными условиями («быстро и дешево»), ставя под угрозу будущее проекта и создавая вероятность возникновения последствий с угрозой уголовной ответственности.
Строительная «цифра»
Представители строительного сообщества, специалисты финансового сектора и профессионалы IT-индустрии обсудили на II Международном цифровом форуме ряд вопросов, связанных с цифровой трансформацией строительной отрасли и управления недвижимостью.
В рамках дискуссии, модератором которой выступил вице-президент Санкт-Петербургского отделения Project Management Institute Максим Гришин, были освещены вопросы цифровой трансформации реализации инвестиционных проектов или, как их еще называют, систем управления жизненным циклом объектов строительства.
Участники обсудили также основные тенденции развития рынка после очередных изменений законодательства в строительной сфере, вступивших в силу 1 июля 2019 года. В частности, затронули вопросы цифровизации проектного и банковского сопровождения строительной отрасли, готовность участников рынка к новым подходам и решениям, а также оптимизацию издержек за счет внедрения передовых технологий и IT-решений при управлении недвижимостью.
Оптимизация и искусственный интеллект в строительстве
Сегодня цифровизация и применение информационных технологий в России стали уже глобальными трендами. Это уже не будущее, а новая реальность. В том числе и в строительстве.
С информационными технологиями строительные компании Северо-Западного округа работают не первый год, накопился некоторый опыт, и поэтому диалог строителей и IT-разработчиков, неуверенно складывавшийся на предыдущем форуме, сейчас прошел на достойном уровне.
Своим опытом по применению облачных технологий как катализатора практической цифровизации поделился заместитель директора по развитию компании «Бонава» Александр Бойцов. «Визуализируя проект при помощи информационной модели, мы на 30–50% сокращаем время и затраты, а также уменьшаем количество несоответствий между проектом и реальным объектом. До 10 раз уменьшилось количество ошибок в чертежах панелей, которые мы предоставляем заводам-производителям, а также в 2–3 раза меньше стало критических пересечений с архитектурой, конструкциями и инженерными системами», – подчеркнул он.
С примерами повышения эффективности и оптимизации управления стройкой из российской практики, а также с практикой применений «искусственного интеллекта» ознакомил участников панельной дискуссии технический директор Autodesk в России и СНГ, к. т. н. Петр Манин: «Облачный обмен информацией в строительстве сейчас оптимизирует работу на всем жизненном цикле. Все основные девелоперы в России уже используют его для прогрессивной работы на стройке. Ведущие мировые компании, тоже наши клиенты, вовсю тестируют технологии машинного обучения и нейронных сетей для своих проектов, используя наши сервисы. Это тоже уже реальность. С использованием big data из проектов – информационной модели, фотоснимков, облаков точек, данных с дронов – все риски и ошибки на стройке автоматически сводятся в единую информационную таблицу, которая предоставляет заказчикам объективную информацию по состоянию дел на объекте, планированию дальнейшей работы с многочисленными подрядчиками и закрытию их работ».
Взаимопонимание
В ходе дискуссии не раз отмечалась важность взаимопонимания между заказчиком, проектировщиком и менеджером информационных технологий. Действительно, платформы, на которых создаются модели, различны, но уже создано программное обеспечение, конвертирующее данные и приводящее их в единый формат.
Однако сегодня не редки случаи, когда заказчик, получив носитель с информационной моделью, кладет его «в стол».
Эту проблему затронул руководитель департамента информационного моделирования российского филиала Semre´n&Ma˙nsson Алексей Кушнир. «Технологическая незрелость технического заказчика или его непонимание BIM-модели как инструмента получения прибыли являются стопором в продвижении технологий информационного моделирования. Зачастую заказчик или не умеет, или просто не знает, что ему делать с занимающей место на электронном носителе информацией об объекте строительства. Для решения этой проблемы мы разработали сервис, который отражает данные информационной модели в удобном виде для своевременного принятия управленческих решений», – отметил он.
Банкам тоже интересно
Интерес вызвал и экономический аспект информационного моделирования. Операционный партнер фонда Larix Александр Жданов сделал акцент на обзоре инвестиций в самых сильных предпринимателей для развития ведущих мировых компаний мирового и российского строительного рынка.
Руководитель центра цифрового строительства «Уральский BIM-cluster» Андрей Белькевич поделился практикой использования разработанного в Екатеринбурге сервиса облачного решения для автоматизации стоимостных расчетов на основании BIM-модели. «Разработанная программа позволяет отслеживать динамику изменения стоимостных показателей и снимать метрики с модели, а также благодаря высокой скорости и точности подсчетов обеспечивать выполнение проектов в установленные сроки и бюджет. Уральский филиал Сбербанка РФ уже заинтересовался этим продуктом как целесообразным решением для проверки достоверности заявок на финансирование строительства и впоследствии – для контроля над ходом реализации возведения объекта», – рассказал он.
Заместитель председателя правления банка «Александровский» Илья Кокарев высказал предположение, что данное программное обеспечение может быть рассмотрено также для применения в работе со строительными компаниями по эскроу-счетам.
Когда будут BIM-кадры?
На II Международном цифровом форуме особое внимание уделили вопросу подготовки кадров для обеспечения поступательного развития цифровизации в России.
Так, первый заместитель руководителя Администрации Президента РФ Сергей Кириенко подчеркнул, что «главное в цифровизации экономики – кадры». Строительной отрасли это касается в первую очередь.
Пока наблюдается необходимость в «переводчиках» между большинством строительных компаний и представителями IT.
Информационное моделирование все активнее применяется в строительной отрасли. Сделаны и первые шаги для решения «языковых и информационных» препятствий: в проектных и строительных организациях работают BIM-консультанты, в некоторых профильных учебных заведениях факультативно ведется курс по технологиям информационного моделирования, активно работают и национальные объединения.
Вице-президент, координатор НОПРИЗ по СЗФО, профессор ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (СПбГАСУ) Александр Гримитлин отметил: «Строительство и IT стремительно сближаются, и проблема подготовки квалифицированных кадров выходит на передовые позиции. Для ее решения Национальное объединение изыскателей и проектировщиков совместно с СПбГАСУ на территории Северо-Западного федерального округа организовало конкурс архитектурно-проектных работ с применением технологий информационного моделирования "BIMSkills", в котором могут принять участие студенты и аспиранты ведущих профильных высших учебных заведений, расположенных в нашем округе».
Подробнее о роли конкурса в жизни профсообщества рассказал руководитель рабочей группы по информационным технологиям при координаторе НОПРИЗ по СЗФО Алексей Агафонов. «Конкурс не только призван оказывать содействие развитию и обеспечению кадрами проектной деятельности в регионе. Он будет способствовать подготовке специалистов в сфере информационного моделирования в строительстве, реализации комплексного подхода в обеспечении строительной отрасли квалифицированными кадрами в целом, а также помогать студентам в профориентации и трудоустройстве и получать обратную связь от потенциальных работодателей – проектных, строительных и IT-организаций», – сообщил он.
Но для подготовки полноценных специалистов в области информационного моделирования и сопровождения проектов строительства, для их обучения и повышения квалификации еще должно пройти время, так как профессиональный стандарт «Специалист информационного моделирования» сейчас отправлен на утверждение в Министерство труда.
Вице-президент по развитию квалификаций BIM-Ассоциации Надежда Прокопьева отмечает: «Профстандарт, разработанный BIM-Ассоциацией, сейчас на стадии утверждения в Минтруде. После его вступления в силу работающие специалисты смогут подтвердить свою квалификацию, а вузы и ссузы – начать разработку обучающих программ по данной специальности. Первый набор на бакалавриат по этой профессии можно ожидать в 2021 году после утверждения программ профильными министерствами».