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.
Во избежание фундаментальных проблем
Основные дефекты фундаментов связаны с размытием подстилающих слоев и повреждением гидроизоляции. Причиной нарушений все чаще становится человеческий фактор.
Обследование фундаментов является неотъемлемой частью строительных работ после нулевого цикла, при комплексной технической проверке уже возведенных зданий, а также при их реконструкции. Регламентируется оно ГОСТ 31937-2011 и имеет ряд нюансов. По словам представителей компаний, работающих в этой сфере, данная услуга востребована на рынке. Работа эксперта очень ответственна, так как дефекты и повреждения подземных стеновых конструкций хоть не всегда и видны, но очень опасны.
Пойти трещинами
По словам президента «Ассоциации обследователей зданий и сооружений» Алексея Улыбина, поскольку фундаменты скрыты под землей, их обследование наиболее трудоемко. Поэтому они обследуются, как правило, реже надземных конструкций. Чаще всего такие работы проводятся при увеличении нагрузки на фундамент, а также при наличии признаков неудовлетворительного состояния фундамента, отражающихся на надземных конструкциях.
В частности, как отмечает генеральный директор «Центра строительного контроля и экспертизы строительства» Максим Перепелицин, такие исследования необходимы, когда в стенах здания появились трещины, а дверные или оконные проемы перекосились. А также когда присутствуют визуальные просадки, хотя деформации несущих конструкций незаметны. Провести проверку фундамента нужно будет при надстройке этажа дома или его реконструкции. Не обойтись без нее и в том случае, если в подвальном помещении здания постоянно присутствует вода. Кроме того, обследование проводят при возникновении сомнений в соблюдении проекта при строительстве.
«Фундаменты постоянно находятся в агрессивной среде, так как взаимодействуют с грунтами, осадками. Это приводит к микроразрушениям бетона и снижает его прочность. Также бывает, что на фундамент воздействует землетрясение, но это нехарактерно для нашей географической зоны», – поясняет Максим Перепелицин.
Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин рассказывает, что обследование подземных конструкций начинается с изучения проектно-технической документации, затем проводится наружный визуальный осмотр объекта на наличие видимых дефектов и деформаций (трещины, осадка, коррозия и т. п.). По его итогам составляется отчет с дефектной ведомостью фундамента, в котором указываются положение и детальные характеристики обнаруженных повреждений.
«После этого применяется инструментарий. Самым популярным методом инструментального исследования является прокладывание шурфов – вертикальных выработок в грунте глубиной ниже подошвы обследуемого фундамента. Более современные методы включают ультразвуковое сканирование, тесты на неразрушающий контроль и ударный импульс, лабораторные исследования образцов фундамента и грунта. Из новых приборов используются лазерные рулетки и нивелиры, измерители прочности бетона, виброметры и пр. Они помогают анализировать геометрию конструкций, прочность материалов и несущую способность фундаментов, а также состояние арматуры и гидроизоляции здания», – отмечает эксперт.
По словам специалистов, виды фундаментов имеют свою специфику, что может отражаться на методе их исследования. Так, в Санкт-Петербурге, как сообщает генеральный директор ООО «Энигма-С» Виталий Соколов, особенно в исторической части города, у одного дома фундаменты могут быть трех и более типов (бутовый, монолитный, свайный или деревянный и т. д). «Соответственно, и оценка технического их состояния имеет свои особенности как при проведении «полевых» работ, так и при камеральной обработке данных. Самым надежным методом определения прочностных характеристик материалов фундаментов являются лабораторные испытания. Широкий спектр современной приборной базы этих испытаний позволяет определить все необходимые параметры. В том числе прочность, влажность, водопроницаемость, стойкость к агрессивным средам и т. д», – утверждает он.
Формальный подход
В последнее время, по словам специалистов, нарушения в эксплуатации и повреждения фундаментов все чаще выявляются при обследовании сравнительно новых зданий.
Как отмечает заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев, к сожалению, сегодня основательно обследуются фундаменты только в аварийных случаях. Также такое обследование проводится по окончании нулевого цикла строительства перед увеличением нагрузки. Однако строители после заливки фундамента проводят наблюдения в основном формально. Также имеет место несоблюдение проектных условий при устройстве оснований. Оно может выражаться в несоответствии использующихся марок раствора и класса бетона, нарушении правил армирования и может привести к обратному заполнению пучинистыми грунтами.
Иногда обследование фундаментов формально проводят и некоторые экспертные организации. Поэтому заказчику надо тщательнее подходить к выбору подрядчика. Директор ООО «Архитектурно-строительная компания» Вадим Аткишкин напоминает, что специалист, производящий обследование фундаментов, должен не только иметь профессиональные знания и подготовку по специальности «инженер-строитель», но и обладать знаниями и иметь подтвержденную квалификацию. Причем, согласно разъяснению Минстроя РФ, из-за обследования грунтов основания фундаментов обследование зданий и сооружений в целом отнесено к инженерным изысканиям, и, соответственно, организациям, выполняющим такие работы, необходимо иметь членство в соответствующей СРО (до 2018 года эта деятельность была отнесена к проектированию).
«Решение по устранению дефектов и повреждений рекомендуется организацией, проводившей обследование. Детально оно разрабатывается уже проектной компанией при формировании пакета проектно-сметной документации на ремонт, реконструкцию и т. д», – говорит Вадим Аткишкин.
Мнение
Максим Перепелицин, генеральный директор «Центр строительного контроля и экспертизы строительства»:
– Видов нарушений и дефектов фундаментов достаточно много. Можно выделить несколько основных. Например, нарушения возникают при неправильной глубине заложения фундамента. Устранить эту ошибку невозможно, но при небольшом проседании конструкции рекомендуется искусственно увеличить глубину заложения фундамента. При подъеме грунтовых вод спасение в устройстве дренажной системы. Трещины в конструкции при надстройке еще одного этажа означают неправильную оценку несущей способности фундамента. Соответственно, следует рассчитать новую нагрузку и усилить фундамент. При потере прочности фундамента необходим капитальный ремонт либо замена конструкций на новые.
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Основные причины дефектов фундаментов связаны с ошибками при проведении инженерных изысканий и проектировании, с нарушениями в технологии работ (избыток грунта, некачественное уплотнение, промерзание, намачивание) и в дальнейшей эксплуатации данных конструкций. После проведения обследования фундаментов всегда составляется технический отчет, в котором наряду с описанием обследуемого объекта, результатами отборов и лабораторных испытаний в обязательном порядке приводятся рекомендации по устранению нарушений. В частности, мы рекомендуем разработать проект по усилению фундамента здания или сооружения в 95% случаев нарушений.
Алексей Улыбин, президент «Ассоциации обследователей зданий и сооружений»:
– Возможность (и стоимость) устранения дефектов в фундаментах полностью зависит от того, на какой стадии они выявлены. Если речь идет о контроле в процессе строительства, устранение не вызывает больших проблем. Например, сломанную или поврежденную сваю можно заменить «дублем», а дефектный бетон демонтировать и замонолитить заново. Гораздо сложнее ситуация, когда на фундаменте уже построено здание, еще хуже, если оно эксплуатируется. В данном случае сложность работ по усилению конструкций иногда возрастает в разы, а их стоимость увеличивается на порядок.
Неровностей больше нет
В массовом и индивидуальном строительстве и при ремонте помещений все активнее становятся востребованными быстротвердеющие наливные полы.
Для укладки напольного покрытия почти всегда требуется наличие ровного основания. Однако в силу различных причин таким оно может быть не всегда. До недавнего времени избавляли от неровностей оснований только стяжки. Но сейчас все более активно используются быстротвердеющие наливные полы.
В отличие от классических ровнителей (бетонных и цементных стяжек), наливные полы – самовыравнивающиеся. То есть нет необходимости вручную тщательно выравнивать их по поверхности. Наливные полы служат базовым основанием для линолеума, ламината, паркета и т. д. Применяются как в массовом, так и индивидуальном жилищном строительстве.
Наливные полы, как отмечают в компании Kiilto, различаются в зависимости от напольного покрытия, которое планируется укладывать в дальнейшем. Соответственно, они имеют и разный состав. Есть чисто гипсовые – мягкие, предназначенные для укладки листовых материалов сверху, есть цементные – более прочные, подходящие для укладки паркета, паркетной доски и др. Есть комплексные ровнители – более универсальные, пригодные практически под любые напольные покрытия. Чаще всего они используются для укладки гибких материалов или ламината.
По словам руководителя направления «Стройматериалы» компании «Леруа Мерлен» Алексея Шамова, наливной пол чаще применяют для создания выравнивающего слоя толщиной до 5 см. При этом в инструкции к данному материалу может быть указана допустимая толщина слоя от 0,3–2 мм до 100 мм. Однако это не означает, что он подходит для укладки толстым слоем в 10 см. Это значит, что при заделывании трещины в поверхности наливной пол может проникать на большую глубину. Кроме того, создание толстого слоя наливного пола экономически невыгодно и технологически очень сложно.
Как сообщили в Kiilto, чтобы добиться идеального покрытия, необходимо знать прочность и влажность основания. По прочности оно не должно быть слабее ровнителя, который планируется использовать.
По мнению экспертов, чаще всего к неудовлетворительному результату использования наливных полов приводит не их качество, а распространенные ошибки при укладке. Так, эти материалы очень требовательны к точности пропорций при смешивании с водой. При переливе воды весь наполнитель опускается вниз, а наверху остается одна вода. В этом случае пол будет сохнуть очень долго и потрескается. Также необходимо тщательно грунтовать основание в тех местах, где будет задействован материал.
«При большой площади заливки необходимо разделять участки на секции и устанавливать мини-опалубку, которая зонирует поверхность. Если этого не сделать, то при большом объеме площадей можно не успеть залить весь пол целиком. Может сложиться ситуация, при которой часть пола высохла, а другая только начала сохнуть. Однако в Интернете можно найти все необходимые инструкции, и создание качественного выравнивающего слоя вполне доступно даже людям без опыта», – резюмирует Алексей Шамов.