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.
Как “не прогореть” со складом?
Пожары в секторе складской недвижимости случаются с удручающей частотой: так, 3 августа произошел резонансный пожар на складе Ozon в Подмосковье, 14 августа загорелся склад с растительным маслом в Казани, 15 августа — склад с горючим в Санкт-Петербурге и мебельный склад в Ижевске, и это лишь самые громкие ЧП. Почему горят склады и как сократить масштабы возможных последствий ЧП еще на этапе строительства — разбирались эксперты компании ROCKWOOL Russia, производителя строительных материалов из каменной ваты.
В конце 2021 года склады стали самым растущим сектором коммерческой недвижимости, а в начале 2022 года этот рост продолжился, несмотря на санкции. За первое полугодие в России ввели в эксплуатацию 1 232 тыс. кв. м. складов, что на 79% больше, чем за аналогичный период 2021 года, сообщает консалтинговая компания Knight Frank Russia. На сегодняшний день общий объем складов в России превышает 34 млн кв. м..
«Развитие e-commerce и розничной торговли подтолкнуло рынок складской недвижимости к интенсивному развитию и быстрому возведению новых площадей. На строительство крупного склада «под ключ» сегодня уходит не больше двух лет, но скорость порой плохо сказывается на качестве. Кроме того, компании зачастую стремятся не только ускорить, но и удешевить процесс возведения склада и экономят на материалах с высокой степенью огнестойкости. А это чревато большими рисками. Если элементы конструкции склада не могут сопротивляться огню, пламя будет распространяться по помещениям очень быстро», — отмечает Андрей Петров, ведущий инженер-проектировщик ROCKWOOL.
Почему горят склады?
По данным ФГБУ ВНИИПО МЧС РОССИИ, пожары в производственных зданиях и на складах чаще всего происходят по причине нарушения правил эксплуатации электрооборудования и бытовых электроприборов — в 2021 году с этим было связано 2 460 возгораний на подобных объектах. На втором месте оказалось неосторожное обращение с огнем (734 пожара), на третьем — нарушение правил устройства и эксплуатации печей (570 возгораний).
Пожар на складе — это, как правило, существенный материальный ущерб, а зачастую и человеческие жертвы. Что необходимо учитывать при строительстве склада, чтобы минимизировать последствия возможного возгорания и выиграть время на эвакуацию людей? В зависимости от типа склада (открытый или закрытый), а также от его специализации (то есть, характера имущества, которое планируется хранить), правила могут отличаться, однако есть принципы, которые необходимо соблюдать при строительстве любой складской недвижимости.
Огнестойкость здания
Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его строительных конструкций. Этот параметр говорит о том, как долго постройка может противостоять пожару и удерживать распространение огня. Ключевой фактор здесь — это температура, при которой строительные материалы воспламеняются. Так, очень низкой огнестойкостью отличается дерево: оно загорается уже при 150 °С. И наоборот — высокой устойчивостью к огню обладает красный глиняный кирпич, он не горит и может выдерживать температуру до 900 °C до пяти часов.
Также с точки зрения огнестойкости часто допускаются ошибки при тепло- и звукоизоляции складского комплекса. В этой категории существует множество строительных материалов, которые легко воспламеняются под воздействием высоких температур. Например, полимерные утеплители с большим количеством антипиренов при пожаре разрушаются и выделяют горючие газы с ядовитыми продуктами горения. Кроме того, в зависимости от сложности пожара и длительности теплового воздействия даже слабогорючие материалы могут утратить свои свойства. Например, PIR-панели: формально их относят к слабогорючим, но они выдерживают температуру лишь до 140-150°С, тогда как при пожаре температура внутри помещения достигает 800-900 °C.
Чтобы обезопасить склад от быстрого распространения огня при его возникновении, для изоляции необходимо использовать огнестойкие материалы. В частности, ФГБУ ВНИИПО МЧС РОССИИ рекомендуют применять минеральную вату. Допускается использование решений только из минераловатных плит либо комбинированных вариантов (пенополистирольные плиты с подложкой из каменной ваты).
«Каменная вата является не только негорючим, но и огнезащитным материалом. Например, испытания показали, что минеральные волокна жёстких гидрофобизированных плит FT BARRIER D выдерживают температуру более 1000°C и выступают в качестве барьера, буквально блокируя огонь в одном помещении. Задерживая распространение пламени, этот материал дает дополнительное время для спасения людей и имущества. Огнестойкость каменной ваты не утрачивается даже спустя годы использования. Кроме того, этот материал экологичен и в случае пожара не выделяет жара, дыма или горящих капель. Эта особенность снижает вероятность отравления людей токсичными продуктами горения», — рассказывает Андрей Петров, ведущий инженер-проектировщик ROCKWOOL.
Планирование склада
Разделение на зоны, определение мест для стеллажей, выбор корректных расстояний между объектами и ширина проходов — все элементы планировки помещений склада играют роль с точки зрения пожароопасности.
Ключевое правило касается установки стеллажей. Минимальное расстояние между стеллажом и стеной, колонной, а также приборами отопления должно быть не менее 70 см, между стеллажом и перекрытием (фермой или стропилами), а также осветительным прибором — 50 см. В складских помещениях шириной до 30 метров и площадью до 700 кв. м. напротив эвакуационных выходов и дверных проемов должен быть проход шириной не менее 1,5 метра. Если площадь больше 700 кв. м., необходим такой же проход и вдоль помещения склада.
В отдельных случаях расстояния между стеллажами определяются соответствующими технологическими инструкциями. Например, на складе для хранения автошин продольный проход должен быть не менее 1,2 метра шириной, а поперечные проходы напротив дверей — не менее 4,5 м. На складах для хранения хлопка-волокна, шерсти, брезента или мешков все проходы должны иметь ширину не менее 2 метров.
Еще одно важное правило, связанное с зонированием склада, касается разметки. На полу четкими линиями должны быть отмечены места для складирования с учетом продольных и поперечных проходов, эвакуационных выходов и доступа к средствам пожаротушения.
Что обязательно должно быть на каждом складе:
- система пожаротушения и датчики, реагирующие на дым, открытое пламя (актуально для хранилищ горюче-смазочных материалов) или на резкий подъем температуры;
- сигнальная кнопка для оповещения о ЧП;
- средства пожаротушения, пожарный водопровод или щиты;
- аварийное освещение;
- рубильник для экстренного обесточивания;
- система навигации, указывающая путь эвакуации из здания;
- пути эвакуации, облицованные минеральной ватой.
Человеческий фактор
Безусловно, помимо технической защиты склада от последствий возможного возгорания, необходимо прорабатывать и человеческий фактор. Повесить на стену огнетушитель и план эвакуации недостаточно. Согласно законодательству РФ, на любом предприятии должна быть утверждена инструкция о мерах пожарной безопасности, и склад здесь — не исключение.
Чтобы избежать катастрофических последствий, как минимум раз в полгода необходимо проводить инструктаж по обеспечению пожаробезопасности объекта. Новичков можно допускать к работе исключительно после прохождения обучения мерам пожарной безопасности.
Что входит в такой инструктаж?
Во-первых, необходимо прописать правила поведения: сотрудники должны четко понимать, как вести себя на рабочем месте, чтобы не спровоцировать возгорание. Это касается не только курения, но и, например, использования электроприборов. Человек сталкивается с ними каждый день и в каком-то смысле теряет бдительность, поэтому правилам пожарной безопасности при эксплуатации бытовых электроприборoв стоит уделить особое внимание. Это может быть не только проверка знаний, но и специальные наглядные памятки в местах общего пользования.
Во-вторых, в рамках инструктажа необходимо разъяснять сотрудникам их действия при возникновении пожара. Сюда входит и знание плана эвакуации, и вызов пожарных, и умение пользоваться огнетушителем. Быстрая реакция работников склада на мелкое возгорание может спасти не одну жизнь и предотвратить многомиллионный ущерб.
Помимо сугубо практического смысла, противопожарный инструктаж имеет и психологическое значение. Четкий и понятный алгоритм действий на случай пожара позволяет избежать паники среди персонала, а значит — и снизить риски возникновения жертв.
Полной гарантии защиты от огня не может дать никто, однако сократить возможный ущерб от пожара реально. Для этого важно детально просчитывать все возможные риски и не экономить на качестве строительных материалов, а также не допускать халатного отношения к требованиям пожарной безопасности. Ведь последствия могут оказаться куда дороже.
Какая крыша не боится пожара?
Кровельным системам на основе компонентов ROCKROOF и других решений из натуральной каменной ваты ROCKWOOL присвоен наивысший класс пожарной безопасности К0 и пределы огнестойкости от RE15 до RE90. Исследование провели специалисты ВНИИПО МЧС РФ, они подтвердили, что использование таких материалов допустимо на крышах любой площади и без применения дополнительных противопожарных рассечек.
«Современная кровля – это сложная многослойная конструкция, от надежности которой зависит долговечность и сохранность всего сооружения. Заключение ВНИИПО МЧС РФ, которое получила наша продукция, несет практическую пользу для архитекторов и проектировщиков, поскольку упрощает выбор подходящего кровельного решения и ускоряет процесс согласования пожаробезопасности конструкции. Материалы ROCKWOOL официально рекомендованы для использования в зданиях различного функционального назначения», – подчеркнул Григорий Громаков, менеджер по развитию направления «Плоские Кровли» ROCKWOOL Russia.
Согласно статистике, в 70% случаев при пожарах в зданиях происходит возгорание крыши. Из-за применения в устройстве кровли непроверенных материалов, которые легко воспламеняются, при пожаре огонь распространяется стремительно, а его тушение осложняется значительной площадью горения и высокими рисками обрушения здания. Именно поэтому при строительстве так важно обращать внимание на пожаробезопасность используемых материалов.
Классификация строительных конструкций по пожарной опасности четко обозначена «Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности» (федеральный закон от 22 июля 2008 года № 123-ФЗ). Согласно этому документу, все конструкции делятся на четыре класса: К0 (непожароопасные), К1 (малопожароопасные), К2 (умереннопожароопасные) и К3 (пожароопасные). Конструкции класса К0, который был присвоен и решениям ROCKWOOL, считаются самыми надежными с точки зрения противостояния огню. Именно такие решения применяются для возведения зданий первой категории функциональной пожарной опасности – это, например, жилые дома, учреждения для людей со специальными потребностями, для детей дошкольного возраста, а также школы и больницы.
Классификация по уровню огнестойкости также регламентирована федеральным законом №123-ФЗ. Ключевой показатель – это предел огнестойкости материала, который рассчитывается как промежуток времени от начала возгорания до разрушения конструкции. В случае с кровлей речь идет о количестве минут, в течение которых она может сопротивляться огню без обрушения. По результатам проведенных исследований теплоизоляционные решения ROCKWOOL для кровель обладают пределом огнестойкости до RE90. Это значит, что кровельные системы, созданные с применением решений из натуральной каменной ваты ROCKWOOL, могут сопротивляться огню до полутора часов.
Сегодня крупнейшие отечественные девелоперы и застройщики все чаще отдают предпочтения решениям из каменной ваты. Помимо таких преимуществ, как удобство монтажа, качество изоляции и долговечность, этот материал отличается негорючестью, а значит – делает постройку более безопасной.