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.
Опалубка «Вектора»: задавая высокий темп
В современном мостостроении — как при выполнении госзаказа, так и при реализации крупных концессионных проектов — ключевое значение имеет скорость производства работ. Существенно ее повысить позволяет использование несъемной опалубки из фибробетона, выпускаемой компанией «Вектор».
«С момента основания компании в 2008 году мы выбрали одним из ключевых направлений своего развития именно изготовление несъемной опалубки из фибробетона. Тогда для российского рынка это была достаточно новая технология, но мы сразу сумели оценить перспективность ее внедрения и широкого использования в сфере мостостроения», — вспоминает генеральный директор ООО «Вектор» Дмитрий Шантин.
Плюсы и еще плюсы
Использование фибробетонных плит и карнизных блоков позволяет значительно упростить строительство мостов, существенно сокращая время обустройства опалубки и объединяя в одном технологическом цикле сразу несколько операций (фото 2 и 3).
Кроме того, исключается время на демонтаж, снижаются расходы на реализацию подмостей и других методов подмащивания, которые используются в более консервативном строительстве (фото 4).
Консольные карнизные блоки из фибробетона незаменимы при строительстве современных мостовых сооружений. Хотя цена фибробетона несколько выше, чем у простых марок, разница в стоимости с лихвой покрывается скоростью ведения работ и меньшим объемом материала, что возможно благодаря его большей прочности. Особенно актуально использование этой технологии для проведения работ в труднодоступных местах, где проблематично применение грузоподъемных механизмов. Кроме того, при использовании несъемной опалубки не требуется дополнительной обработки поверхности — она получается гладкой и ровной, дающей возможность сразу приступать к работам по окраске подмостовой части плиты проезжей части.
Сравнение экономики применения несъемной опалубки из стеклофибробетона с использованием съемных систем позволяет сделать решительный выбор в пользу первого варианта.
В целом же можно выделить целый перечень серьезных преимуществ данной несъемной технологии. Прежде всего это минимизация временных и трудозатрат. В сравнении с традиционными методами существенно повышается скорость работ, сокращается число процедур, отсутствует необходимость снятия опалубки. Для монтажа плит или карнизных блоков нужны всего два человека, причем процесс не требует специфических знаний и умений.
Благодаря конструкции плиты, особенности сечения (чертеж 1), а также высоким механическим характеристикам прочности на сжатие и растяжение несъемная опалубка из этого материала обладает небольшим весом и низким уровнем прогиба.
Плотность фибробетона обеспечивает дополнительную защиту. Благодаря этому сооружение реже нуждается в ремонте и реконструкции, имеет более длительный срок эксплуатации. Кроме того, подобная защита оберегает стальную арматуру от проникновения внутрь вредных антиобледенительных солей и реагентов, которыми часто покрывают дорожное полотно.
Устойчивость к температурным перепадам фибробетона позволяет использовать его в любом регионе России.
Возможно создание фибробетонной опалубки для проектов со сложной конфигурацией. Высокий уровень пластичности армированного фиброй материала позволяет делать изделия любой сложности и по индивидуальным типоразмерам. Продукция подходит для обустройства плит проезжей части любых размеров и конфигураций в плане и поперечном сечении. Таким образом обеспечивается возможность создания различного архитектурного облика мостовых сооружений.
И не только
Неудивительно поэтому, что продукция ООО «Вектор» находит широчайшее применение при дорожно-строительных работах в разных частях России, включая самые крупные и ответственные объекты. Широкая география использования системы наглядно подтверждает ее универсальность, возможность работы в разнообразных климатических условиях.
«В числе наших заказчиков такие крупные строительные компании, как АО "ДиМ", АО "Мостострой 11", ООО "Мостоотряд 75", ООО "Московская мостовая компания", СК "Мосты и тоннели", ООО "СТМ-Центр", ООО "Горка" и многие другие, работающие по всей стране», — отмечает Дмитрий Шантин.
Среди наиболее значимых объектов, на которых использовались фибробетонные плиты, можно выделить Керченский мост (фото 5); развязку Северо-Восточной хорды в Москве; путепроводы и развязки в составе ЦКАД; развязки на автомагистрали «Таврида» в Крыму (фото 6); Фрунзенский мост в Самаре (фото 7), участок федеральной автодороги М-4 «Дон» в Ростовской области; автомобильный мост на юге Приморского края в рамках строительства дороги Владивосток — Находка — порт Восточный (интересно, что плиты изготавливались в непосредственной близости от объекта в целях сокращения временных затрат и издержек на доставку) (фото 8). Несъемную опалубку из фибробетона использовали также на объектах ЦКАД, при строительстве мостов на скоростной магистрали Москва — Санкт-Петербург (М-11 «Нева»), Бугринского моста в Новосибирске, путепровода через железнодорожные пути в Киришах (Ленобласть) — на данном объекте было применено техническое решение по надвижке пролета сразу с установленными плитами несъемной опалубки, и пр. Карнизные блоки нашли применение на строительстве «Тавриды» в Крыму (фото 10), мосте в составе федеральной трассы М-5 «Урал» в Башкирии, путепроводе через железную дорогу на Киевском шоссе под Обнинском, в составе ЦКАД над р. Москвой (фото 11) и др.
«Сегодня наша компания готова не только поставлять продукцию на строительные объекты, но и предлагает услуги по монтажу несъемной опалубки с последующей сдачей заказчику, а также возможно выполнение дальнейших работ по армированию и бетонированию плиты проезжей части. Квалифицированные бригады, хорошо знающие особенности наших опалубочных систем, могут быстро и качественно произвести весь комплекс работ. Это позволит заказчику не только получить комплексную услугу и не отвлекать своих работников от выполнения иных задач, но и даст дополнительный выигрыш в темпах. Нашим специалистам не надо тратить даже небольшого времени, чтобы изучить технологию. Так что теперь мы готовы предоставить услугу "под ключ", полностью освобождая заказчика от любых сложностей или нестыковок», — подчеркивает Дмитрий Шантин.
«Облегченные» технологии гидроизоляции кровли быстровозводимых зданий
Технология быстровозводимых зданий с металлическим каркасом и основанием кровли из профилированного листа — абсолютный лидер XXI века в строительстве промышленных, складских и общественных сооружений.
Унифицированные элементы, высокая скорость монтажа, относительная легкость конструкции — при всех преимуществах технологии стоить учесть: чтобы получить надежную тепло- и гидроизолированную плоскую кровлю такого здания, ее не стоит перегружать традиционными решениями, например, устройством цементно-песчаной стяжки по утеплителю.
Также необходимо понимать то, что смонтированный профилированный лист не защищает кровельную конструкцию от проникновения водяного пара из внутренних помещений. Как решить эти вопросы технологично и быстро? Варианты есть.
Как это устроено?
Классическая схема кровельного пирога по профилированному листу выглядит следующим образом: пароизоляция, теплоизоляция, основание под водоизоляционный ковер и водоизоляционный ковер. Каждый из слоев несет свою функцию, что в комплексе определяет, насколько долговечной будет крыша быстровозводимого здания и эффективными инвестиции в ее устройство.
Минус пар
Проблема первая — пароизоляция кровельного пирога. В случае с быстровозводимыми зданиями выбор материала для пароизоляционного слоя имеет принципиальное значение. Листы профнастила укладываются внахлест и совершенно негерметичны. Вся влага помещения, в особенности если это производственный цех или аквапарк/бассейн, устремляется вверх и сквозь щели увлажняет утеплитель, снижая его теплоизоляционные свойства, на поверхности профлиста появляется конденсат, который со временем приводит к коррозии. Чтобы этого не происходило, по профилированному настилу обязательно нужно устраивать пароизоляцию.
Для пароизоляции профилированного листа эксперты ТЕХНОНИКОЛЬ разработали самоклеящийся битумно-полимерный фольгированный материал ПАРОБАРЬЕР СА500 и ПАРОБАРЬЕР СФ1000 — для зданий с любым влажностным режимом помещений.
Испытания в европейских лабораториях и российском ЦНИИПромзданий показали, что материал за счет наличия фольги является эффективной защитой от проникновения водяного пара в конструкцию плоской крыши. Дополнительно он способен выдержать вес монтажника, стоящего на пароизоляции между ребер профилированного листа.
Зачастую тепло- и гидроизоляция крепится к профнастилу телескопическими крепежами, проходящими насквозь через пароизоляцию и теплоизоляцию. Это потенциальные каналы проникновения влаги. Битумно-полимерный состав ПАРОБАРЬЕРа в этом случае надежно обволакивает крепежи и перекрывает повреждение от них.
Минус стяжка
В быстровозводимых зданиях на крышах в основном не устраивают стяжку, укладка гидроизоляции осуществляется непосредственно по теплоизоляционному слою.
Чистая механика
Рассмотрим варианты устройства водоизоляционного ковра на кровельной системе с комбинированной теплоизоляцией, в которой нижний слой формируется из каменной ваты, а верхний — из LOGICPIR PROF. Данная комбинация заметно набирает популярность, так как отличается относительно высокой устойчивостью к нагрузкам при эксплуатации.
Для устройства водоизоляционного ковра из битумно-полимерных материалов с механическим креплением к несущему основанию и с применением комбинированной теплоизоляции эксперты компании ТЕХНОНИКОЛЬ разработали кровельные системы: «ТН-КРОВЛЯ Фикс Комби» и «ТН-КРОВЛЯ Мастер Соло».
«ТН-КРОВЛЯ Фикс Комби» подразумевает крепление первого (нижнего) слоя гидроизоляции с материалом ТЕХНОЭЛАСТ ФИКС, к несущему основанию крыши. ТЕХНОЭЛАСТ ФИКС не требует праймирования поверхности утеплителя. Второй (лицевой) слой гидроизоляции с материалом ТЕХНОЭЛАСТ ПЛАМЯ СТОП укладывается уже методом наплавления.
Еще одно системное решение «ТН-КРОВЛЯ Мастер Соло» — устройство однослойной гидроизоляции с мембраной ТЕХНОЭЛАСТ СОЛО РП1, обладающей повышенными прочностью и противопожарными характеристиками. Гидроизоляция крепится на телескопические крепежи по специальной кромке в местах нахлеста рулонов.
Кстати, битумно-полимерные материалы, предназначенные для укладки методом механической фиксации, в лабораториях ТЕХНОНИКОЛЬ проходят дополнительный тест на сопротивление раздиру стержнем гвоздя. Также делается обязательный расчет ветровой нагрузки, индивидуально определяются количество и шаг крепежа.
Наплавляй. А что, так можно было?
До определенного момента в России не было технологии, позволяющей наплавлять гидроизоляцию на утеплитель. В итоге эксперты ТЕХНОНИКОЛЬ решили этот вопрос в системе «ТН-КРОВЛЯ Мастер». В данном случае механически к основанию крепится только теплоизоляция. Первый слой гидроизоляции монтируется методом наплавления с битумно-полимерной мембраной УНИФЛЕКС ЭКСПРЕСС или с применением самоклеящегося материала УНИФЛЕКС С на LOGICPIR PROF СХМ/СХМ, кашированные стеклохолстом. Второй (верхний) слой укладывается с мембраной ТЕХНОЭЛАСТ ПЛАМЯ СТОП. Технология прошла испытания в ЦНИИПромзданий и получила положительный отзыв экспертов.
«ТН-КРОВЛЯ Мастер»
- ПАРОБАРЬЕР С (А500 или Ф 1000)
- Минераловатный утеплитель ТЕХНОРУФ Н ПРОФ
- Плиты теплоизоляционные LOGICPIR CXM/CXM SLOPE
- Плиты теплоизоляционные LOGICPIR CXM/CXM
- Телескопический крепеж ТехноНИКОЛЬ
- Праймер битумный ТЕХНОНИКОЛЬ № 01
- УНИФЛЕКС С (УНИФЛЕКС ЭКСПРЕСС)
- ТЕХНОЭЛАСТ ПЛАМЯ СТОП
УНИФЛЕКС ЭКСПРЕСС был специально разработан для наплавления нижнего слоя гидроизоляции по теплоизоляционным плитам. Мембрана обладает высокими прочностными и деформационными свойствами, сохраняет стабильность параметров при высоких и низких температурах. Специальный состав битумно-полимерного вяжущего позволяет быстро и надежно наплавить материал на поверхность утеплителя.
Наплавление УНИФЛЕКС ЭКСПРЕСС на кашированную стеклохолстом поверхность теплоизоляционных плит LOGICPIR PROF СХМ/СХМ имеет ряд особенностей. Оно выполняется при пониженном (до 1,2 атмосферы) давлении газа. При этом пламя горелки должно быть направлено параллельно поверхности теплоизоляции. Это необходимо для того, чтобы разогревался только гидроизоляционный материал.
Образцы для испытания на адгезию наплавленного рулонного материал к PIR-плите
Источник: пресс-служба компании ТЕХНОНИКОЛЬ
Образцы для испытания на адгезию наплавленного рулонного материал к PIR-плите
Испытания показали: прочность сцепления наплавленного рулонного материала УНИФЛЕКС ЭКСПРЕСС к плите LOGICPIR PROF СХМ/СХМ составила 0,1 Мпа. Это означает, что система способна выдерживать экстремальные ветровые нагрузки.
Применение в качестве нижнего слоя самоклеящегося материала УНИФЛЕКС С сокращает время на монтаж водоизоляционного ковра, так как материал имеет самоклеящийся слой для надежной фиксации на поверхности плит PIR. Прочность сцепления в этом случае также составляет более 0,1 МПа.
В завершение отметим — в двухслойных бесстяжечных системах в качестве верхнего слоя гидроизоляции применяется битумно-полимерная мембрана ТЕХНОЭЛАСТ ПЛАМЯ СТОП ЭКП с повышенными пожарно-техническими характеристиками РП1 и В2. Лабораторные испытания в рамках процедур сертификации материала доказали класс пожарной опасности кровли КП0. Таким образом, материал можно монтировать на кровлях любой площади без противопожарных рассечек.