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.
Более трети россиян готовы сменить место жительства из-за шума
35% россиян считают высокую слышимость в квартире весомой причиной для переезда, выяснилось в ходе опроса[1], который провела компания ROCKWOOL Russia, производитель решений из каменной ваты. Какие звуки сильнее всего раздражают жителей многоквартирных домов и можно ли решить проблему без переезда?
Самыми надоедливыми источниками шума респонденты назвали уличный транспорт (22%), ремонтные работы (18%) и соседей (16%). Кроме того, россиян раздражают крики и топот чужих детей (8%), а также громкая музыка (5%).
«Чаще всего жители многоквартирных домов страдают от воздушных шумов (звуки музыки, речь, работающий телевизор). Они передаются из одного помещения в другое прямым путем, то есть через смежные стены и окна. Но нередко в квартирах приходится сталкиваться и с другими видами шума. Например, топот ног, падение тяжелых предметов ― это ударный шум, а ремонтные работы ― структурный. Особенность последнего в том, что он обычно распространяется косвенно - через несущие и конструктивные элементы здания. Именно поэтому вы можете слышать звук перфоратора, который работает через несколько пролетов от вашей квартиры. В зависимости от типа шума следует выбирать и способы защиты от него, но именно здесь большинство жильцов совершают ошибки», ― рассказывает Наталья Пахомова специалист по технической поддержке и обучению компании ROCKWOOL в России, производителя материалов для тепло- и шумоизоляции.
Так, чтобы избавиться от надоедливых звуков, 21% россиян используют мягкую мебель и ковры, 12% просто уходят в другую комнату, 10% пытаются как-то договориться с соседями, столько же перебивают неприятный шум музыкой. 5% и вовсе используют беруши.
«Мебель и ковры действительно являются звукопоглотителями и хорошо справляются с эхом в помещении, но их способность к снижению уровня шума очень мала. В том числе и потому, что ни ковры, ни мебель обычно не могут закрыть собой все пространство стены. Кроме того, такой способ спасает скорее от шума внутри квартиры, а не от наружного. Например, если постелить толстый ковер на пол, топот ног в этой комнате будет тише, но это не избавит вас от громкой музыки соседей снизу. Самый надежный способ решить проблему ― полноценная шумоизоляция специальными материалами, например, плитами из каменной ваты. Они обеспечивают снижение уровня воздушного шума на 43-62 дБ, что сопоставимо с шумом городского транспорта или громким детским плачем», ― объясняет Наталья Пахомова.
При этом полной шумоизоляцией квартиры (когда защищены все стены, пол и потолок) могут похвастать только 5% участников опроса. Еще у 36% шумоизоляция выполнена частично. По словам эксперта ROCKWOOL, такой вариант может обернуться пустой тратой денег. Дело в том, что проводником звука выступают абсолютно все поверхности в квартире. Кроме того, шум прекрасно проникает сквозь отверстия под розетки и коммуникации.
«Часто жильцы небольших квартир отказываются от полной звукоизоляции, так как боятся существенно сократить пространство из-за толщины материалов. Но и в такой ситуации есть выход: на рынке уже не один год существуют звукопоглощающие плиты толщиной всего 27 мм. Они не только защитят от шума, но и не “съедят” полезную площадь. К примеру, в линейке звукоизоляционных решений ROCKWOOL это плиты из каменной ваты Акустик УЛЬТРАТОНКИЙ: по эффективности они сопоставимы с традиционными звукопоглощающими наполнителями, которые почти в два раза толще. Проникающий шум снижается на 57 дБ», ― рассказывает Наталья.
Некоторые отказываются от звукоизоляции, чтобы удешевить ремонт квартиры. Однако цена вопроса не так высока, как может показаться. Например, для шумоизоляции стены площадью 20 квадратных метров плитами Акустик УЛЬТРАТОНКИЙ потребуется до 20 тысяч рублей. Это стоимость полного комплекта системы, в которую включены не только самая тонкая звукоизоляция из каменной ваты толщиной 27 мм, но и все системные компоненты, такие как гипсокартон, подвесы, профили и многое другое. Сделать точный расчет звукоизоляции для проекта можно при помощи специального бесплатного калькулятора, разработанного специалистами компании ROCKWOOL: он учитывает множество факторов и предлагает расчеты для стены и потолка, а также демонстрирует акустический эффект от установленной конструкции.
Важность акустического комфорта в современном мире сложно переоценить. Не случайно недавно Минстрой РФ усовершенствовал свод правил по защите от шума в жилых домах: акцент сделан на более эффективную звукоизоляцию перекрытий между этажей и изоляцию ударного шума с помощью современных материалов. Возможно, в будущем даже квартиры эконом-класса будут радовать полной тишиной, но пока дело лучше взять в свои руки. Ведь даже переезд в более комфортное жилье не гарантирует защиту от раздражающих звуков.
[1] Опрос проводился компанией ROCKWOOL 4-15 июля 2022 года, участие приняли 1437 человек, проживающих в многоквартирных домах
Эффективность однослойных кровель — быстро и надежно
В современных реалиях экономичность при выборе материалов выходит на первый план. В то же время крыша должна быть надежной и долговечной, чтобы оправдать вложения. «Ответом» на данный запрос стало решение с применением однослойной битумно-полимерной мембраны с механическим креплением. Расскажем, почему это кровельное решение становится популярным у строителей.
Какие материалы можно применять в один слой
При устройстве кровли на быстровозводимых зданиях очень важна доступность материалов и, конечно, надежность покрытия. Однослойная гидроизоляция становится оптимальным решением такой задачи.
Согласно СП 17.13330.2017 Кровли, в один слой можно применять битумно-полимерный кровельный материал, закрепляемый механическим способом, толщиной не менее 5 мм с относительным удлинением не менее 30%, прочностью вдоль/поперек полотна не менее 900/700 (Н/5 см) по ГОСТ 31899-1 и сопротивлением раздиру стержнем гвоздя не менее 240 Н по ГОСТ 31898-1.
Специалисты компании ТЕХНОНИКОЛЬ создали материал, который полностью соответствует данным требованиям, — ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1.
Готовность к нагрузкам
Кровельные рулонные битумосодержащие материалы должны соответствовать ГОСТ 32805-2014. По этому стандарту, для однослойных кровельных материалов дополнительно нужно определять сопротивление статическому (ГОСТ 31897) и динамическому (ГОСТ EN 12730) продавливанию. Это очень важно, потому что при эксплуатации в кровельных системах материалы могут подвергаться механическому воздействию двух типов — долговременным статическим нагрузкам или кратковременным динамическим нагрузкам. Данные значения могут стать ключевыми при сравнении с другими типами гидроизоляционных материалов.
Таблица с характеристиками ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1
На долгие годы
Подбирая материал для устройства кровли, любой застройщик хочет не просто защитить здание от атмосферных осадков, а сделать так, чтобы она прослужила много лет без ремонта. Чтобы оценить возможности однослойной мембраны, компания ТЕХНОНИКОЛЬ провела испытания в ЦНИИПромзданий по методике определения потенциального срока службы битуминозных рулонных и мастичных кровельных материалов. Для этого в лабораторных условиях создаются циклические воздействия атмосферных факторов (ультрафиолетовых лучей, тепла, воды и мороза) и определяются изменения показателей материала. Согласно заключению ЦНИИПромзданий, потенциально возможный срок службы ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1 на крыше может достигать 35–40 лет.
«Не унесенные ветром»
Чтобы кровля «не улетела», важно правильно рассчитать необходимое количество крепежа. Выяснить, какую нагрузку способен выдержать материал вместе с крепежом, специалистам ТЕХНОНИКОЛЬ помогли испытания в Швеции по методикам EN-16002:2010 и ETAG 006:2000. Полученные данные были включены в расчет, который размещен на сайте https://nav.tn.ru/calculators/roof-load/. Также расчет можно заказать через Проектно-расчетный центр ТЕХНОНИКОЛЬ (https://nav.tn.ru/services/proektno-raschetnyy-tsentr/).
Эффективное комбо
При укладке кровли по теплоизоляционным плитам выбор материалов для утеплителя зависит от того, каким образом будет эксплуатироваться крыша, от требований СП 17.13330.2017 Кровли и пожарной безопасности конструкции.
Для обеспечения класса пожарной опасности конструкции К0 в кровельных решениях по профилированному настилу предусмотрено применение плит из негорючей каменной ваты.
Прочность и возможное сочетание теплоизоляционных плит, согласно СП 17.13330.2017 Кровли, зависит от интенсивности пешеходной нагрузки (динамичная точечная многократно повторяющаяся нагрузка, действующая на неэксплуатируемую кровлю, например, при сезонных осмотрах кровли, текущем обслуживании оборудования на крыше, снегоудалении, ремонте крыши и т. п.).
Если рассматривать варианты с высокой нагрузкой, связанной с эксплуатацией крыши, и применением плит из каменной ваты с прочностью на сжатие не менее 40 кПа (ТЕХНОРУФ Н ПРОФ или ТЕХНОРУФ Н ОПТИМА), то выигрывают комбинированные решения: на слой минераловатного утеплителя укладываются плиты из экструзионного пенополистирола (XPS ТЕХНОНИКОЛЬ CARBON PROF) или пенополиизоцианурата (LOGICPIR PROF). Данное сочетание возможно применять на крышах торговых центров, производственных и складских комплексов, спортивных центров и других общественных зданий.
Пару — отпор
Кровельная конструкция должна быть защищена от влагонакопления. Это может случиться из-за неправильного выбора материала для пароизоляционного слоя или ошибок при монтаже. Теплоизоляционные плиты постепенно начнут промерзать и потеряют свои свойства, что приведет к разрушению всей кровельной системы и необходимости масштабного ремонта.
Полимерные пароизоляционные пленки не всегда способны обеспечить герметичность пароизоляционного слоя. Тем более если речь идет о кровельных системах с механической фиксацией: через образованные отверстия в местах крепежа в конструкцию крыши интенсивно проходит водяной пар. Вот почему для данных конструкций больше подходят пароизоляционные битумно-полимерные материалы. Они обволакивают крепеж битумно-полимерным вяжущим. Именно такие решения признаны наиболее надежными для крыш с мехфиксацией кровельных слоев к профлисту — это отражено в СП 17.13330.2017 Кровли.
В линейке ТЕХНОНИКОЛЬ представлен специальный продукт для пароизоляции — ПАРОБАРЬЕР С, который успешно применяется в указанных кровельных системах. Этот фольгированный битумосодержащий материал, армированный стеклосеткой, обладает множеством преимуществ. Он очень удобен в монтаже, легко и надежно приклеивается к поверхности — по такому покрытию можно передвигаться прямо во время работ. Мембрана создает надежный «барьер» водяному пару из внутренних помещений, поэтому ПАРОБАРЬЕР С эффективно «работает» в зданиях с любым влажностным режимом.
Системное решение
Однослойное решение кровли из материала ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1, комбинированная теплоизоляция и ПАРОБАРЬЕР как раз представлены в решениях ТН-КРОВЛЯ Мастер Соло и ТН-КРОВЛЯ Соло Смарт.
Материал ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1 обладает повышенными противопожарными характеристиками — РП1, В2, что позволяет получить группу пожарной опасности кровли КП0 согласно таблице 5.2 СП 17.13330.2017 и применять систему ТН-КРОВЛЯ Мастер Соло на крышах зданий большой площади без устройства противопожарных рассечек. Для системы ТН-КРОВЛЯ Смарт Соло максимально допустимая площадь кровли без устройства противопожарных рассечек составляет 5200 м2.
Цена вопроса
ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1 является оптимальным решением с экономической точки зрения по сравнению с другими типами однослойных гидроизоляционных материалов. В то же время надежность и долговечность покрытия не снижаются. Поэтому при прочих равных условиях (стоимость теплоизоляционного и пароизоляционного слоев) данный продукт наиболее интересен по соотношению «цена — качество».
Вывод
Кровельные системы ТН-КРОВЛЯ Мастер Соло и ТН-КРОВЛЯ Смарт Соло с комбинированной теплоизоляцией по праву считаются одним из самых эффективных решений на сегодняшний день — обеспечивается и долговечность, и способность выдерживать максимальные для неэксплуатируемых крыш нагрузки, и пожарная безопасность. А применение в составе систем материала ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1 делает такие решения экономически выгодными для инвестора.