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.
Шифер, прощай! Крыши загородных домов становятся все более разнообразными по своей конструкции
Крыши загородных домов становятся все более разнообразными по своей конструкции и применяемым кровельным материалам, а последние – все более универсальны по своим технологическим характеристикам.
За последние 10–15 лет рынок кровельных материалов существенно преобразился. Появилось множество видов конструкций для крыши, которые стали особо востребованными в загородном домостроении. Одна из важных тенденций десятилетия – снижение спроса на шифер. В годы СССР он был наиболее популярным кровельным материалом.
От черепицы до ондулина
По словам директора по развитию компании «Констрой» Игоря Смирнова, на смену шиферу пришел ондулин, или так называемый еврошифер, имеющий совсем другой состав, чем у шифера. Он изготавливается из целлюлозной массы, пропитанной битумом. «Это достаточно бюджетный материал. Он не проводит тепло, стойкий к повреждениям, шумопоглощающий. Сроки эксплуатации ондулина достигают 20 лет. Благодаря небольшому весу его легко монтировать. Из минусов – очень часто выгорает на солнце. Но многое зависит от производителя. Ондулин известных брендов долгое время сохраняет свой первоначальный цвет. Не стоит покупать продукцию по совсем заниженной цене. Скорее всего, она недоброкачественна или является подделкой», – отмечает он.
Эксперт добавляет, что в бюджетном строительстве как кровельные покрытия часто используются профнастил и металл. Однако у этих материалов больше минусов, в сравнении с тем же еврошифером. В частности, профнастил достаточно хрупок. Стальная крыша нагревается и не спасет от шума дождя.
Как отмечают представители «Леруа Мерлен», в настоящее время активно применяется в индивидуальном домостроении черепица. Она имеет свои подвиды. Сейчас флагманом в соотношении «цена – качество» является металлочерепица. Данный материал долговечен. Может прослужить больше 50 лет. От коррозии металлочерепицу защищает цинковое покрытие.
Также, по данным DIY-ритейла, популярна у покупателей и мягкая гибкая черепица. Она выполнена из стеклохолста, пропитанного и покрытого слоем специального битума. Является лидером по легкости, скорости монтажа, способности выдерживать большие нагрузки. Цена мягкой черепицы значительно ниже стоимости других кровельных материалов благодаря простой структуре. Срок службы такого вида кровли – около 20 лет.
Как рассказали в корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ, в коттеджном строительстве растет тренд: плоские кровли с применением в качестве сплошной гидроизоляции полимерных мембран. Благодаря этому стало возможным воплотить в жизнь необычные проекты частных домов: с лужайками на крыше, так называемые «зеленые кровли»; с зонами отдыха под открытым небом и даже с бассейном на крыше. В прошлом году была выведена на рынок новинка – кровельная ПВХ-мембрана на основе полимерного пластификатора последнего поколения. За счет уникально высокой молекулярной массы пластификатора кровля может сохранить свои высокие эксплуатационные свойства на протяжении всего срока службы дома.
Еще больше новинок
По словам федерального технического специалиста направления «Материалы для малоэтажного строительства» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Алексея Воробьёва, недавно компания впервые в России запустила в массовое производство новый гидроизоляционный самоклеящийся материал для скатной кровли – Рулонную черепицу ТЕХНОНИКОЛЬ: «Битумно-полимерный материал выгодно выделяется привлекательной ценой, простотой монтажа и эстетикой. В России аналогов производства такой новинки пока нет. За основу был взят опыт стран Евросоюза, там рулонная черепица пользуется колоссальным спросом. Первые продажи материала в России состоялись в 2016 году. Сегодня продукт вполне готов составить конкуренцию западным аналогам и уже поставляется в Болгарию, Венгрию, Германию, Грецию, Румынию, страны Балтии, а наплавляемый аналог востребован даже в Индии».
В основе материала – кроссармированный стеклохолст, пропитанный битумно-полимерным составом. При этом нижний самоклеящийся слой закрыт полимерной защитной пленкой. Верхнее покрытие – крупнозернистая базальтовая посыпка с рисунком. Разнообразная цветовая палитра позволяет решать самые смелые архитектурные задумки. Монтируется материал на сплошной деревянный настил. Благодаря герметичному самоклеящемуся слою и отличной адгезии к основанию, при работе с рулонной черепицей не требуется применение подкладочных ковров. Подобно хорошей декоративной гидроизоляции, Рулонная черепица ТЕХНОНИКОЛЬ сохраняет яркость цвета в течение всего срока эксплуатации, служит более 20 лет, защищает от шума во время дождя, препятствует лавинообразному сходу снега.
Мнение
Алексей Воробьёв, федеральный технический специалист направления «Материалы для малоэтажного строительства» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Уверен, что сегодня скорость, высокое качество и доступная цена стали основными конкурентными преимуществами в стройиндустрии. С появлением новых технологий нет смысла тратить силы и средства на дорогостоящие решения, требующие ресурсов и высокого уровня квалификации, в том числе при использовании кровельных материалов в загородном домостроении.
Вид сверху. В геодезии все активнее применяются БПЛА
Профессиональные БПЛА требуют серьезного вложения денежных средств. Технология исследования местности с помощью БПЛА имеет ряд особенностей.
По словам и. о. зав. кафедрой городского хозяйства, геодезии, землеустройства и кадастров СПбГАСУ Алексея Волкова, геодезическая деятельность предусматривает разнообразное использование БПЛА. В инженерно-геодезических изысканиях для строительства они чаще всего используются при создании и обновлении инженерно-топографических планов масштабов от 1:500 до 1:5000 как основы для производства дальнейших работ (без подземных коммуникаций). Многие компании применяют БПЛА при рекогносцировочном обследовании территории предполагаемого строительства, при строительном контроле объемов выполненных работ и контроле геометрических параметров возводимых конструкций.
В целом, отмечает руководитель конструкторского бюро Optiplane Кирилл Яковченко, использование БПЛА позволяет существенно удешевить и ускорить проведение измерительных работ геодезистом, особенно если площадь или протяженность объекта больше, чем люди способны охватить традиционными методами съемки. Есть случаи, когда без данного оборудования просто не обойтись. Существуют труднодоступные места, добраться до которых зачастую практически невозможно или чрезвычайно дорого.
Эксперт выделяет три вида беспилотников. Первый – это квадрокоптеры, у которых синхронизацией моторов управляет инерциальная система. Такое оборудование отличается хорошей управляемостью, маневренностью и гибкостью эксплуатации. Недостаток – малые скорость и продолжительность полетов. Второй тип – самолеты (планеры), тут главная цель – экономичный полет. Главные недостатки самолетов – это невозможность маневрировать, зависать над объектом и включать реверс, большие петли разворота (лишние расстояния) при выходе на параллельную линию для покрытия площадей. Третий тип БПЛА – это дроны с гибридной аэродинамикой, например, винтокрылы, которые лишены недостатков предыдущих двух схем. Они могут вертикально взлетать и садиться, а также маневрировать на малой скорости. Кроме того, они могут летать далеко, как самолеты.
Начальник отдела мониторинга и геодезического контроля компании «Строй-Эксперт» Дмитрий Егоров рассказывает, что для геодезистов интерес представляют БПЛА самолетного и вертолетного типа: «Самолетный тип обеспечивает высокую скорость и дальность полета, используется в основном для аэрофотосъемки больших площадей земной поверхности и линейных объектов. Вертолетный используется для детальной аэрофотосъемки небольших участков и точечных объектов».
Цена вопроса
Стоимость беспилотников варьируется очень широко из-за разных задач использования. Приобретение высокопрофессионального БПЛА для геодезической организации – серьезные финансовые расходы. Кроме самого летательного аппарата, поясняет Алексей Волков, необходимо приобретать камеру, GNSS-оборудование, гиростабилизирующее оборудование, а также специализированное программное обеспечение. Поэтому средняя стоимость комплектов БПЛА для геодезических работ может быть от 300 тыс. до 3 млн. рублей.
Генеральный директор кадастровой компании «Вита-Хауз» Марьян Будич отмечает, что для того, чтобы выбрать хороший беспилотник, нужно обратить внимание на некоторые характеристики, а именно устойчивость и стабильность прибора, точность позиционирования и, конечно, качество матрицы фотоаппарата. По его словам, самые распространенные и дешевые беспилотники – DJI Phantom. Их стоимость начинается от 80 тыс. рублей. С их помощью можно проводить геодезические работы, но характеристики фотографий неидеальны, на них больше искажений, и эти аппараты не снимают до сантиметровой точности. Еще один недостаток дешевых беспилотников в том, что они легкие – и уровень стабильности у них низкий. Это означает, что на проведение съемки влияют погодные условия, например, ветер.
«Более профессиональные БПЛА на рынке можно встретить по цене от 200 тыс. руб. Они тяжелее и устойчивее – и, соответственно, камера фотоаппарата позволяет делать более детальные снимки. Кроме того, при работе с БПЛА следует учитывать и покупку специального программного обеспечения, стоимость которого может доходить до 100 тыс. рублей. В такой специальной программе сшиваются все фотографии, сделанные беспилотником, проводится фототриангуляция. Такую сшивку программа делает за 8–12 часов. Разумеется, для этого нужен мощный компьютер. Его покупка обойдется тоже примерно в 100 тыс. рублей», – объясняет Марьян Будич.
Не быть вне закона
В 2016 году российские власти ужесточили возможности использования БПЛА. Согласно принятому закону, аппараты, взлетная масса которых более 250 г, должны быть зарегистрированы и сертифицированы. В государственный орган необходимо предоставить план полета и получить отметку об его согласовании.
В настоящее время данные правила использования БПЛА как гражданами, так и многими компаниями не исполняются. Тем не менее, представители геодезических компаний опасаются, что их беспилотники стоимостью в несколько сотен тысяч рублей могут быть без предупреждения сбиты сотрудниками правоохранительных органов или спецслужб.
Безусловно, считает Кирилл Яковченко, правовые ограничения нужны, чтобы отделить профессионалов от «серых дронщиков», летающих без разрешений и создающих опасность для имущества и здоровья граждан: «На наш взгляд, важно ввести обязательное страхование гражданской ответственности для работ с использованием БПЛА. В этом случае страховые компании быстро проведут квалификационный отбор участников рынка. Кроме того, необходимо выполнить необходимую работу над нормативно-правовыми актами, указанными в «дорожной карте» AeroNet».
С его доводами согласны и другие эксперты. «Некоторые БПЛА весят достаточно много, и если они управляются непрофессионалами – могут возникнуть серьезные проблемы. Также их характеристики позволяют подниматься на высоты, где летают самолеты и вертолеты, что естественным образом приводит к опасности. Поэтому правовое регулирование этой сферы обязательно должно быть», – полагает Марьян Будич.
По словам Дмитрия Егорова, ужесточение возможности использования БПЛА, безусловно, необходимо: «Эти аппараты являются такими же участниками воздушного движения, как и все остальные. Следует допускать к управлению беспилотным летательным аппаратом только тех, кто прошел специализированное обучение, а также усовершенствовать саму процедуру получения разрешения на полеты БПЛА».
Сравнение облака точек и 3D-модели по данным БПЛА и НЛС. Зеленый цвет – ошибка в 25 мм, синий – 5–10 мм
Мнение
Дмитрий Егоров, начальник отдела мониторинга и геодезического контроля ООО «Строй-Эксперт»:
– Специалисты ГК «Строй-Эксперт» проводили собственное исследование, сравнивая данные аэрофотосъемки и данные, полученные с помощью наземного лазерного сканирования (НЛС). Сравнивали следующие параметры – точность, полноту, время выполнения и создания 3D-модели. В результате пришли к выводу, что использование БПЛА немного уступает в точности данных НЛС, но скорость выполнения и полнота данных в некоторых случаях в разы лучше, чем при использовании НЛС.