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.
Повышая качество
Для улучшения качества бетона производители его основных составляющих и дополнительных компонентов продолжают модернизировать и расширять линейки продукции.
В Петербурге прошел научно-практический семинар «Качество бетонов в современном строительстве. Влияние исходных компонентов». В его работе приняли участие представители ведущих строительных и производственных компаний Санкт-Петербурга и Ленобласти, органов исполнительной власти. Организатором мероприятия выступила компания «Полипласт Северо-Запад».
С приветственным словом на семинаре выступил помощник начальника Управления перспективного развития и координации проектно-изыскательских работ Комитета по строительству Петербурга Михаил Потапов. Он поздравил всех присутствующих с прошедшим чуть ранее профессиональным праздником – Днем строителя. Открыл мероприятие генеральный директор компании «Полипласт Северо-Запад» Алексей Емельянов. Мероприятие он назвал площадкой для обмена опытом и пожелал всем участникам новых профессиональных успехов.
В рамках первого блока семинара приглашенные специалисты рассказали о специфике производства в СЗФО цемента, который является основным компонентом бетона и бетонной смеси. В частности, технический эксперт сланцевского цементного завода «Цесла» Павел Парфенов выступил с докладом об особенностях шлакового цемента. По его словам, в сентябре этого года на предприятии в данном сегменте будет запущена новая марка цемента для дорожного строительства. Продукт будет соответствовать ГОСТу и техническому регламенту Таможенного союза. «Это будет принципиально новая марка. В настоящее время на рынке СЗФО аналогов нет», – подчеркнул он.
Менеджер по бенчмаркингу компании «Евроцемент групп» Сергей Минаков поделился информацией о проходящей модернизации предприятий холдинга в северо-западном регионе. Специалист сообщил, что завод « Пикалевский цемент» в Ленобласти в рамках данной масштабной программы перешел на замкнутый цикл помола цемента. Это уже положительно отразилось на характеристиках продукта. По его словам, в настоящее время технологическая модернизация предприятия продолжается. Генеральный директор компании «ЛидерПром» Левон Давидянц уточнил у Сергея Минакова особенности реконструкции «Пикалевского цемента» и сроки завершения всех работ по модернизации предприятия.
Участники семинара задали представителям цементных компаний ряд актуальных вопросов о качестве продукции. Также они предложили производителям цемента продолжать разработку его новых типов с другими пропорциями основных составляющих.
Отдельный блок семинара был посвящен производству и применению химических добавок в бетон. Директор НТЦ ГК «Полипласт» Анатолий Вовк рассказал об особенностях добавок на основе поликарбоксилатов. В настоящее время их отечественные виды по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам. При этом эксперт напомнил, что поликарбоксилаты более чувствительны к составу цемента, чем нафталинсульфонаты, и могут вести себя непредсказуемо. «Тем не менее мы смогли разработать добавки на основе поликарбоксилатов под конкретные технологические задачи. Сейчас наша продукция используется не только в России, но и поставляется на экспорт», – добавил он.
Тему поликарбоксилатных и других видов добавок в бетон продолжил руководитель НТЦ компании «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. Он рассказал о характеристиках выпускаемой на предприятии продукции и новых перспективных разработках. По словам специалиста, в настоящее время очень быстро меняется минералогия цемента, поэтому перед производителями добавок в бетон стоит задача быстрой адаптации своего продукта под данный компонент. Новые добавки «Полипласт Северо-Запад» уже в большей степени устойчивы к изменению минералогии цемента, что положительно отражается на качестве бетона.
Присутствующих в зале представителей производственных и строительных организаций заинтересовала поликарбоксилатная продукция компании «Полипласт». Анатолию Вовку и Игорю Ковалю участники семинара задали множество вопросов о её потребительских свойствах. В частности, представитель компании «БетоНика» Наталья Уласевич попросила специалистов поподробнее рассказать об экологических особенностях поликарбоксилатных добавок. Ольга Рудковская из ГК «КВС» задала ряд уточняющих вопросов о том, как подтверждается качество и определенные характеристик добавок в бетон и самого бетона в соответствии с СП (сводами правил по строительству). В ходе развернутой дискуссии на вопросы Ольги Рудковской ответила Анна Миронова из ГК «Девиз», занимающейся производством бетона.
О том, как добавки в бетон ГК «Полипласт» задействуются при возведении крупных федеральных и зарубежных объектов, рассказала начальник строительной лаборатории НТЦ ГК «Полипласт» Ирина Вовк. В частности, по ее словам, добавки нашли применение при строительстве Керченского моста в Крыму, моста к острову Русский на Дальнем Востоке. Руководитель химической группы НТЦ ГК «Полипласт» Ксения Костякова рассказала о направлении деятельности компании, связанной с производством смазок для опалубки и предотвращения коррозии металла.
Также на семинаре главный инженер компании «Ленстрой» Михаил Короткин выступил с докладом об особенностях строительства современных мостовых бетонных конструкций, а также рассказал об опыте организации в реализации крупных дорожных проектах.
В конце семинара участники поблагодарили компанию «Полипласт Северо-Запад» за качественную организацию мероприятия и выразили пожелания встретиться в таком формате еще не раз.
Кстати:
В рамках практической части семинара компания «Полипласт Северо-Запад» продемонстрировала добавки в бетон в действии. Специалисты предприятия дали подробные консультации о том, как их наиболее правильно и эффективно использовать в бетонной смеси.
Стройка нового формата
В управлении строительными проектами все активнее задействуются цифровые технологии. Это не только BIM-моделирование, но и ряд других форматов
и направлений, позволяющих эффективно решать поставленные задачи.
В консервативную строительную отрасль продолжает приходить цифровизация. Об этом уже говорят не только чиновники, но и сами игроки рынка. Различные цифровые технологии задействуются как в управлении самой девелоперской компанией, так и в отдельных проектах.
Технологичный контроль
Руководитель направления информационного моделирования AECOM Андрей Кумсков отмечает, что в управлении строительством распространение новых технологий можно разделить на два направления: строительный контроль и анализ проектной и строительной информации. Эти направления имеют разные начала. Первое распространяется с площадки строительства с уровня технических специалистов, второе – из офиса с уровня менеджмента.
«Технологии строительного контроля включают организацию единой среды хранения проектной и строительной информации. В том числе инструменты для использования планшетов для подгрузки актуальной BIM-модели и чертежей выпущенных в производство работ непосредственно на стройплощадке. Применяемая система стройконтроля также обеспечивает систематическое хранение результатов инспекции строительных работ, выдачи заданий и предписаний на устранение замечаний», – рассказывает он.
Основатель проектного бюро Rumpu Евгений Богданов отмечает, что специальная система контроля уже задействована для авторского надзора. «Наши чертежи, созданные в Revit, имеются в оперативном доступе на планшете у специалиста, который находится на объекте. При проведении надзора он имеет возможность прикрепить фотографию, например, нарушения качества строительных работ напрямую к чертежу и отправить ее в отчете заказчику. Это гарантированно позволяет избежать ситуаций, когда кто-то что-то забыл, сделал не так, как было нужно, и т. д», – говорит он.
Не в полную мощь
Тем не менее BIM как платформа управления строительством, как считают многие эксперты, пока еще отраслью не «распробована». В настоящий момент, отмечает технический специалист САПР компании «Системный софт» Олег Кирьянов, рынок изобилует решениями от разных вендоров, которые перекрывают практически все задачи проектировщиков. Чего нельзя сказать о разнообразии решений для управления строительством. Комплексных решений для управленцев и строителей пока что нет. Есть только отдельные программы, которые решают определенные виды задач.
С этим согласен и директор по строительству компании «Строительный трест» Андрей Паньков. «К сожалению, несмотря на огромные возможности, которые предоставляют BIM-технологии, сегодня они не используются на полную мощность. Отчасти эту тенденцию можно объяснить спецификой и масштабом отечественного рынка, а также отсутствием достаточного количества компетентных кадров. И если на этапе проектирования здания возможности BIM сегодня применяются максимально эффективно, то непосредственно при строительстве его используют единицы. На этапе эксплуатации здания BIM-технологии не применяются вовсе», – подчеркивает он.
По словам эксперта компании bimaudit.ru Олега Кырова, сейчас уже появилась пятимерная BIM-модель, где четвертое измерение – это время, а пятое – сметная цена. Соответственно, можно в реальном времени управлять изменением сметной стоимости. Эксплуатирующей компании пригодится BIM-модель с LOD (level of detalization) 350 или 400, чтобы обеспечивать эффективное функционирование здания. Все эти технологии активно предлагаются разработчиками программного обеспечения.
Не только BIM
По словам специалистов, цифровизация строительной сферы предполагает использование не только BIM, но и других технологий. К ним можно отнести переход на электронный документооборот. Директор департамента информационных технологий Группы ЦДС Михаил Орлов сообщил, что компания уже начинает в таком формате работать с поставщиками. Эффект от этого будет виден чуть позже. В «цифру» будут переведены как юридические документы (счета-фактуры, акты и т. д.), так и коммуникация между поставщиком, отделом материально-технического обеспечения генподрядчика и стройплощадкой. «Сроки перехода на электронный документооборот достаточно длительные, так как нам приходится работать индивидуально с каждым поставщиком. Но важно, чтобы не только мы, но и каждый партнер, с которым мы сотрудничаем, был готов перейти на новую систему взаимодействия», – отмечает он.
Также проконтролировать поставку того или иного материала на стройку помогут электронные датчики. В частности, RFID-метки на железобетонных изделиях уже сейчас позволяют контролировать бизнес-процессы, рассказывает начальник отдела технологии сохранности департамента стратегического развития ГК «Силтэк» Максим Селиванов. Они помогают отслеживать каждую единицу маркированной продукции на протяжении всего производственного цикла, а также выделить изделия внешне одинаковые, но имеющие разную характеристику, например, по марке бетона, форме металлокаркаса и т. д. «Строительная организация, принимая партию продукции, может очень быстро сделать входной контроль, получив от поставщика первоначальную информацию из RFID-меток. Контроль может продолжаться и дальше, уже на стадии сборки и эксплуатации железобетонных изделий», – подчеркивает специалист.
Мнение
Андрей Кумсков, руководитель направления информационного моделирования AECOM:
– В некоторой степени новые технологии строительного контроля принимаются легче, чем новые технологии анализа проектной и строительной информации. Дело в том, что они накладываются на привычные методы работы, лишь совершенствуя их, сохраняя при этом сформировавшиеся устои организации работы. Новые же технологии анализа проектной и строительной информации подразумевают более комплексный подход, так как вовлекают множество участников проекта. Например, 4D- и 5D-моделирование позволяет проанализировать качество и стоимость строительных работ на новом уровне, получить более точную картину графика поставки материалов, но также предполагает включение в процесс проектировщиков и специалистов по планированию, сметчиков, специалистов ПТО, руководителей различных звеньев со стороны генерального проектировщика, генподрядчика, техзаказчика, подрядчиков. Качество реализации данной работы во многом зависит от слаженности взаимодействия каждого из звеньев.
Тимофей Татаринов, член экспертной комиссии по внедрению BIM-технологий при Общественном совете Минстроя РФ, генеральный директор ООО «Мобильные решения для строительства»:
– Имея пятилетний опыт внедрения IТ-продуктов для строительной отрасли, могу с уверенностью сказать, что ни один программно-аппаратный комплекс не будет приносить желаемую пользу без экспертного аудита бизнес-процессов, выверенного внедрения и дальнейшего сопровождения. При комплексном подходе эффект можно получить уже в первые три месяца и реально оценить результаты внедрения после сдачи объекта, что в среднем по РФ составляет 18 месяцев. Именно поэтому успешно внедренных и оттиражированных цифровых технологий для управления строительством – единицы.
Для управления качеством внедряется мобильный строительный контроль, для управления сроками – умные системы мониторинга выполнения объемов СМР. Искусственный интеллект и big data помогают анализировать план-факт и все происходящее на стройке, прогнозировать внештатные ситуации, отставание от графика, а также выступают в роли цифрового ассистента для каждого непосредственного участника строительства. А облачные и мобильные технологии создают единое специализированное информационное пространство, запрос на которое есть уже не только у ведущих столичных застройщиков, но и у региональных девелоперов. Экономия 16% на дополнительных работах, увеличение скорости устранения замечаний до 10 раз, снижение риска срыва сроков на треть – доказанный эффект от внедрения проверенных цифровых технологий в управлении строительством.