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2022年6月1日 星期三
· 什麼是太陽能電池？（包括類型、效率和發展）
鈣鈦太陽能電池可能是能源的未來嗎
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| 不只是縮時，還有粉塵、噪音、位移偵測 |
太陽能電池，也稱為光伏電池，利用光伏效應將光能轉化為電能。其中大部分是矽電池，它們具有不同的轉換效率和成本，範圍從非晶矽電池（非晶）到多晶和單晶（單晶）矽類型。
與電池不同，太陽能係統不使用化學反應，也不需要燃料。此外，太陽能電池沒有像發電機這樣的運動部件。家用太陽能係統將接收到的大約 20% 的陽光轉換為電能，而更昂貴的商業系統可以轉換高達 40%。然而，隨著技術的進步，這些面板的太陽能效率有望提高。
太陽能電池的最大形式稱為陣列，它由數千個單獨的電池組成，可以組合成太陽能農場，將陽光轉化為電力，用於大規模的商業、工業和住宅用途。
較小的電池組稱為太陽能電池板，或更常見的是太陽能電池板。不同類型的太陽能電池板有多種用途，從放置在屋頂以替代或補充國內電力供應，或為無法獲得傳統能源或安裝成本高昂的地方提供電力。由於缺乏移動部件或燃料，太陽能電池板也廣泛用於太空，包括用於衛星和空間站，儘管太陽能量在太陽係其他部分的擴散意味著這些電池板不能用於發送探測器出星際空間。
在最小的層面上，太陽能電池用於許多消費產品，包括玩具、計算器和收音機。這些太陽能電池還可以使用人造光和陽光來發電。
案例研究：OLEDSOLAR 項目
TWI 是這個由 EC 資助的合作項目的一部分，該項目目的在開發太陽能電池板和光電設備的創新製造工藝和線上監測技術。該項目的目的是提高製造設備的品質和產量，以及提高加工效率和永續性。自動化處理軟體控製卷對捲和片對片製造，因為新的回收策略降低了產品浪費成本。感測器監控過程，以提供品質控制、檢查和功能測試。
TWI 開發了一種暗鎖定熱成像 (DLIT) 技術，用於對 OLED 和太陽能電池進行基於實驗室的在線檢測。透過向太陽膜樣品施加方波調製電壓，然後用紅外線攝影機對其進行成像，可以捕獲太陽膜樣品的熱圖像。熱像儀記錄熱圖像，繼電器電路根據產生的方波打開和關閉電源。攝影機還記錄訊號發生器的同步方波參考信號。使用熱成像，DLIT 系統能夠辨識熱點，以定位有缺陷的太陽能電池板印刷品。目前正在進行進一步的開發工作，以整合機器學習技術以自動辨識圖像中的缺陷，並提升該技術以實現大規模檢測。
你可以 在此處了解有關該專案，以及它如何改進太陽能電池製造的更多資訊。
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它們是如何工作的？
所有的太陽能電池都具有相同的基本結構。光透過光學塗層或抗反射層進入系統，最大限度地減少反射損失的光量。這會捕獲光並促進其傳輸到下方的能量轉換層。該頂部抗反射層通常是矽、鉭或鈦的氧化物，並透過旋塗或真空沉積形成。
頂部抗反射層下方是三個能量轉換層。它們是頂部結層、吸收層和背結層。還有兩個額外的電接觸層將電流傳送到外部負載，然後返回電池以完成電路。
電池表面的頂部電接觸層使用由良導體材料（如金屬）組成的網格圖案。然而，由於金屬阻擋光線，因此網格線很細且間距很大，以允許光線通過，同時也允許收集電流。背電接觸層沒有這樣的限制，通常僅由金屬製成。
為了保持高效率，太陽能電池吸收器，需要能夠吸收可見光波長的電磁輻射。能夠吸收這種可見輻射的材料被稱為半導體，並且可以在只有百分之一厘米或更小的厚度下進行處理。結形成層和接觸層更薄，這意味著太陽能電池的厚度基本上是吸收體的厚度。太陽能電池中使用的半導體材料包括硒化銅銦、砷化鎵、磷化銦和矽。
當光遇到太陽能電池時，吸收層中的電子會從與固體中特定原子結合的低能量「基態」轉變為能夠在固體中自由移動的「激發態」。結形成層產生產生光伏效應的內置電場。該電場產生集體電子運動，使它們流過電接觸層，並進入外部電路。兩個結形成層需要與吸收體不同，以產生電場來承載電流。因此，這些可以是不同的半導體（或具有不同導電類型的相同半導體）或金屬和半導體。
由於太陽能電池不能在黑暗中發電，它們會儲存一些能量，以便在沒有光的情況下使用。這可以通過給電化學蓄電池充電，類似於植物的光合作用過程。
總之：
- 陽光照射在細胞表面
- 能量以光子的形式穿過細胞層
- 光子將它們的能量傳遞給下層的電子
- 電子利用這種能量跳回上層，並逃逸到電路中
- 在電路周圍流動的電子為設備提供電力
類型
太陽能電池可分為三大類，即基於晶體矽的薄膜太陽能電池，以及一種較新的發展，即其他兩者的混合物。
1. 結晶矽電池
大約 90% 的太陽能電池是由晶體矽 (c-Si) 晶片製成的，這些晶片是從實驗室生長的大錠中切下的。這些錠需要長達一個月的時間才能生長，並且可以採用單晶或多晶的形式。單晶用於製造單晶太陽能電池板和電池（單晶矽），而多晶用於多晶電池板和電池（多晶矽或多晶矽）。
這些太陽能電池使用 n 型錠，它是通過加熱帶有少量磷、銻或砷作為摻雜劑的矽塊製成的。n 型錠與使用硼作為摻雜劑的 p 型矽層耦合。在 1954 年首次設計的工藝中，將 n 型和 p 型錠融合以形成結。
單晶電池具有獨特的外觀，通常是有顏色的，並且往往呈圓柱形。這些電池被切成形狀，這可能是浪費的，但確實提供了最高水平的效率。多晶電池不需要切割成型，因為矽被熔化並倒入方形模具中。多晶太陽能電池板在價格和效率方面都被視為中檔選擇。
2. 薄膜太陽能電池
晶體矽電池由只有幾分之一毫米深（約 200 微米，200 微米）的晶片製成，但薄膜太陽能電池（也稱為薄膜光伏電池）的厚度要薄約 100 倍。這些薄膜太陽能電池板和電池由非晶矽 (a-Si) 製成，其中原子是隨機排列的，而不是有序的晶體結構。這些薄膜也可以由碲化鎘 (Cd-Te)、銅銦鎵二硒 (CIGS) 或有機 PV 材料製成。
這些電池是通過層疊光伏來製造一個模塊，是生產太陽能電池板的最便宜的選擇。這些電池可以層壓到窗戶、天窗、屋頂瓦片和其他基材上，包括玻璃、金屬和聚合物。然而，儘管具有這種靈活性，但它們的效率不如常規晶體矽電池。晶體矽電池可以產生 20% 的效率，而這些薄膜電池只能達到 7% 左右的效率。即使是最好的 CIGS 電池也只能達到 12% 的效率。
3. 第三代太陽能電池
最新的太陽能電池技術結合了晶體矽和薄膜太陽能電池的最佳特性，可提供高效率和改進的使用實用性。它們往往由非晶矽、有機聚合物或鈣鈦晶體製成，並具有由不同半導體材料層組成的多個結。
這些電池有可能比其他類型的電池更便宜、更高效和更實用，並且已被證明能夠實現約 30% 的效率（使用鈣鈦礦-矽串聯太陽能電池）。
太陽能電池的效率如何？
太陽能電池只能根據它們接收並能夠處理的光來發電。大多數電池僅將其接收到的能量的 10-20% 轉化為電能，而最高效的電池實驗室電池，在完美條件下可達到 45% 左右的效率。原因是太陽能電池被優化為僅捕獲特定頻帶內的光子，而超出該頻帶的光子則被浪費了。此外，在頻帶內的光子中，一些光子缺乏產生電子所需的能量，而另一些光子則過多，因此浪費了多餘的能量。
大多數現實世界的太陽能電池板只能達到 10-20% 的效率，因為現實世界的因素，如面板結構、定位、對齊、陰影、熱量和缺乏清潔度，都會降低最佳效率。
這種總太陽能電池效率由電荷載流子分離效率、導電效率、反射效率和熱力學效率的組合決定。
它們是如何製造的？
製造太陽能電池有七個階段，如下所示：
第一階段：淨化矽
二氧化矽被放置在電弧爐中，並應用碳弧釋放氧氣。這留下了二氧化碳和熔融矽，它們將產生只有 1% 雜質的矽，但即使這樣也不足以用於太陽能電池。純度為 99% 的矽棒沿同一方向多次通過加熱區，該工藝稱為浮動區技術。重複這個過程會將所有雜質拉到棒的一端，最終讓這個不純的一端被簡單地去除。
第二階段：製造單晶矽
最常見的製造單晶矽的方法稱為 Czochralski 方法，將矽晶種浸入熔化的多晶矽中。當從熔化的多晶中取出晶種時，透過旋轉該晶種，可以產生圓柱形錠或晶錠。
第三階段：切割矽片
使用圓鋸將第二階段的晶錠切割成矽晶片。金剛石是這項工作的最佳鋸材，可以生產矽片，然後可以進一步切割形成正方形或六邊形，這些正方形或六邊形更容易組裝到太陽能電池的表面上。然後通常對切片的晶片進行拋光以去除鋸痕，儘管一些製造商會留下這些缺陷，因為人們認為較粗糙的電池可以有效地吸收更多的光。
第四階段：興奮劑
在較早階段純化矽後，材料現在可以重新添加雜質。這個過程稱為摻雜，通常涉及使用粒子加速器將磷離子發射到矽錠中。控制離子的速度可以讓你控制穿透深度。通過使用更傳統的在切割晶片時引入硼的方法，可以跳過這部分過程。
第五階段：添加電觸點
電觸點將太陽能電池彼此連接起來，並充當產生電流的接收器。這些觸點很薄，以免阻擋陽光進入電池，並由鈀或銅等金屬製成。金屬要么通過光刻膠真空蒸發，要么沉積在電池的暴露部分上，這些部分已部分覆蓋有蠟。一旦觸點就位，就會在電池之間放置薄條，通常是鍍錫銅。
第六階段：添加抗反射塗層
矽的閃亮特性意味著它可以反射高達 35% 的陽光。為了減少反射損失的陽光量，矽中添加了抗反射塗層。二氧化鈦和氧化矽通常用於此目的，材料被加熱直到分子沸騰並移動到它們凝結的矽上。或者，可以使用高電壓從材料中去除分子，然後在稱為“濺射”的過程中將它們沉積在對面電極的矽上。
第七階段：封裝細胞
最後，太陽能電池被封裝在矽橡膠或乙烯醋酸乙烯酯中，並放置在帶有背板和玻璃或塑料蓋的鋁框架中以進行保護。
太陽能電池能產生多少電力？
每天從太陽到達地球的勢能足以滿足我們所有的發電需求。然而，如上所述，大多數太陽能電池只能捕獲到達它們的大約 15% 的光。當然，太陽能電池板或陣列越大，它可以捕獲的能量就越多。
由於單晶、多晶和薄膜太陽能電池具有不同的效率，我們將研究最常見的晶體矽太陽能電池類型。
單個太陽能電池（大約是光盤大小）可以產生 3-4.5 瓦的功率。透過將 40 個這些電池一起放入一個典型大小的模組中，你可以產生 100-300 瓦的功率。將這些模組中的幾個放在一起形成幾個太陽能電池板，可以產生幾千瓦的能量，這應該足以滿足大多數家庭的峰值能源需求。太陽能農場仍然能夠產生更多的電力，據估計需要在 30 英畝的土地上安裝 22,000 塊電池板，才能產生 4.2 兆瓦的電力；足以為 1,200 戶家庭供電。
相比之下，需要 500-1000 個太陽能屋頂裝置才能匹配大型風力渦輪機（2-3 兆瓦）的發電量，而需要大約 100 萬個太陽能屋頂裝置，才能達到大型煤炭或核電站（以千兆瓦為單位）。
這引發了對太陽能滿足我們未來能源需求的能力的質疑……
未來和最新發展
太陽能已經為用戶提供了許多好處，同時也有助於減輕化石燃料發電對環境的負面影響。除了減少使用太陽能帶來的空氣污染和二氧化碳排放外，在更局部的層面上也有好處，因為它將發電置於使用點。
在最小的範圍內，這使我們能夠在沒有電池的情況下，為手錶和計算器供電，而公路和鐵路維護標誌也可以由太陽能供電，因此它們甚至可以在最偏遠的地方使用。一些國家還使用太陽能來為醫院和診所的水泵、電話亭甚至製冷裝置供電。
目前正在開髮用於太陽能電池板的自清潔塗層以提高其效率，以及減少製造過程中材料浪費的項目（參見下面的 OLEDSOLAR 案例研究）。
未來，隨著化石燃料資源的減少，將越來越需要尋找包括太陽能在內的可再生能源。那些支持「太陽能經濟」的人認為，我們的大部分全球能源需求，可以透過以 20% 的效率運行，且僅覆蓋地球表面 191,817 平方英里的太陽能電池板來滿足。鑑於矽是地殼中第二豐富的元素，這至少在理論上是可能的。
雖然很容易看到廉價、清潔和可再生的陽光資源，被用來為人類供電，但風能等其他可再生資源的進步，使這不太可能發生。相反，太陽能更有可能只是由不同來源，組成的整體可再生能源組合的一部分。
然而，太陽能仍將在較小範圍內找到當地應用，尤其是在氣候適宜的發展中國家。太陽能也是家庭和小規模商業用途的理想選擇，這讓一些人設想了一個每個人都可以「離網」，並創造自己的個人能源供應的時代。雖然這是一個誘人的概念，但其他人認為需要維護電網，以便我們可以確保每個人都能在任何情況下獲得所需的電力。
結論
太陽能電池被廣泛用作可再生能源，其規模從最小的手持設備到為整個社區供電。隨著朝著實現淨零碳排放的方向繼續前進，太陽能看起來將成為整體可再生能源組合的一部分。隨之而來的是投資和技術進步以及太陽能系統成本的降低。
· 在 2022 年將改變工業消防的技術
2022 年你必須看的驚人的消防機器和發明
Flyabilitys elios 2 正在進入沙井。
飛行性
工業火災會對設施、人員和周邊社區造成危害。易燃材料的釋放，會產生火球、池火、閃火、耀斑或噴射火，甚至是無約束的蒸氣雲爆炸。
在工業設施中，爆炸、化學品洩漏和迅速擴大的火災風險很大。美國每年發生 37,000 起工業火災，平均造成 18 人死亡、279 人受傷和 10 億美元的直接財產損失。
但技術正在工業消防作業中留下印記，並將在 2022 年繼續這樣做，因為創新的小玩意和小工具進入競爭，以幫助消防隊預防和撲滅火災。這些技術突破，將在 2022 年對工業消防產生永久性影響。
無人機技術的進步
使用無人機處理工業火災的情況正在增加，消防員可能會遇到酷熱的火焰、爆炸風險、有毒煙霧和危險化學品。
Aquiline Drones 的創始人兼首席執行官 Barry Alexander 說：「無人機可以從多個有利位置，對這些火災場景進行更全面的觀察。」 「無人機可以為你提供完整的場景畫面，同時讓人類遠離危險。」
無人機提供增強態勢感知的航拍圖像。無人機上新的低成本熱成像解決方案，提高了在困難條件下的能見度。該技術幫助無人機「透視」煙霧，向消防員傳遞關鍵資訊。事故指揮官可以接收即時影像、疊加區域地形和地圖，以獲得增強消防任務的洞察力。當無人機飛過頭頂時，該技術可以查明屋頂和牆壁中隱藏的火災，以更好地保護消防員。如果人類留在建築物中，這項技術也可以確定他們的下落。
Flyability SA 的室內無人機，可以在消防員保持安全距離的情況下檢查建築物。「當你不確定內部條件時，無人機可能會發生危險事件。他們可以直觀地調查現場，以幫助你確定有人進入是否安全，」Flyability SA 的內容行銷經理 Zack Dukowitz 說。「事後，你可以使用無人機收集視覺數據，以進行潛在的縱火調查。」
在室內操作的無人機需要有碰撞耐受性，因此它可以在狹窄的空間內飛行，與牆壁發生碰撞，並在不損壞無人機的情況下繼續飛行。Dukowitz 指出，它們還需要能夠在沒有訊號和極端溫度的情況下運行。
工業消防隊也可以使用無人機進行例行檢查。儲罐檢查傳統上是一個費力、昂貴的過程，涉及延長停機時間和對檢查人員的安全問題。使用無人機徹底改變了這項任務，提供有關儲罐狀況的所需資訊，同時提高安全性並減少停機時間。
揭示 FirePRO X
尋求熱量
揭示 FirePRO X
尋求熱量
採用熱像儀
紐約哈弗肖的消防隊長 Jose Mulero 說，「“就像每個消防員都有手電筒和收音機一樣，每個消防員很快就會擁有一台熱像儀。」
Mulero 希望為團隊的每一位成員配備 Reveal FirePRO X。這與負責人攜帶的熱像儀截然不同。
個人熱像儀將改變旅撲滅工業火災的方式。它們的用途包括：
- 主要搜索：掃描人和寵物，並定位火源。
- 自救：一條額外的生命線，幫助消防員擺脫低能見度。他們可以定位窗戶、較冷的區域和用於自救的軟管。
- 被擊落的消防員情況：消防員可以響應求救電話，並在煙霧瀰漫的環境中找到其他成員。
- 警報、氣味和煙霧：團隊可以辨識隱藏問題的來源。該裝置可以幫助辨識熱點、接線故障、短路等。
- 危險品：危險品團隊可以調查和辨識儲罐，和壓力容器中的危險物質情形，並在安全距離內調查情況。
- 大修：使用熱像儀增加了尋找熱點的眼睛數量，因此團隊可以放心地離開現場，確信火已經熄滅。
- 非火災搜救：幫助在黑暗中尋找失踪人員。
- 培訓：向消防員傳授火災動力學知識。
- 態勢感知：該工具可幫助消防員在能見度低的情況下，與其他成員保持視覺接觸，以提高態勢感知和效率。
Reveal FirePRO X 提供 320x240 熱成像感測器，提供 32 度寬視野，可以檢測 12 英寸到 1,800 英尺遠的物體。熱像儀的 IP67 等級和密封外殼可保護其免受水損壞，而耐損壞的大猩猩玻璃，可防止螢幕出現裂縫和划痕。該設備可在 -20℃ 至 550℃ 的溫度範圍內運行。Reveal FirePRO X 使用長效可充電電池<可連續使用長達 3.5 小時。當消防員需要它時，只需按一下按鈕，他們就可以使用強大的 300 流明 LED。
價格低於 1,000 美元，各部門可以為所有消防員配備該設備。
MSA LUNAR 技術。
MSA
互聯消防
物聯網 (IOT) 為企業和個人使用<帶來了有用的功能。現在物聯網承諾無線連接消防工具<以提高安全性和人員。
MSA 依靠物聯網設計了一個多合一的產品安全解決方案生態系統，以幫助消防員即時查看情況，同時保持彼此之間的聯繫。連接的消防員平台包括：
- LUNAR – 一種手持式搜救設備，使用熱成像技術來辨識邊緣、人員、門、窗和其他通風源。它還包括一個運動探測器，如果消防員失去行動能力，它會發出警報並向附近的人員廣播求救信號。
- FireGrid – 一個整合系統，可在所有 LUNAR 設備啟動後立即連接它們，以即時了解消防員的狀態和位置，無論他們是否佩戴呼吸器。它將收集到的數據，提供給現場指揮官和遠端人員，例如調度中心或消防站。
- MSA 集線器 — 一種透過利用蜂窩技術，使用自己的熱點創建無線 Gateway 的設備。如果蜂窩信號不可用或被切斷，它會創建自己的雲端熱點與範圍內的所有設備進行通信。
以前，有關個別消防員的數據只有在連接到 SCBA 時才可用，該 SCBA 會傳遞他們估計的氣壓、電池壽命和剩餘時間。相比之下，LUNAR 使用先進的技術來傳遞資訊和其他數據，以協助消防員攜帶手持設備。
LUNAR 配備了消防輔助搜索技術 (FAST)，不斷廣播有關消防員位置和狀態的即時資訊。例如，如果消防員在 30 秒內沒有移動，LUNAR 的運動檢測感測器會辨識問題，廣播遇險訊號並發出聲音警報。
即使沒有連接到 SCBA，LUNAR 也能檢測到倒地的消防員，並向其他人員廣播距離和方向資訊，這些人員可以使用設備的熱成像功能，在能見度受限的情況下營救該人員。
FireHUD BioTrac
FireHUD
個人防護裝備的創新
2020 年，美國有 96 名消防員因公殉職。儘管死亡原因各不相同，但排名第一的原因每年保持不變。過度勞累、壓力和醫療問題導致大多數消防員死亡。
其他導致死亡的因素包括工作的危害：吸入熱量和煙霧、爆炸、墜落物體、結構倒塌、跌倒和触電。
智慧個人防護設備 (PPE) 目的在透過向事故指揮官，發送重要的救生資訊，來減少消防員的死亡。
公司仿照智慧手機、智慧手錶和 FitBit 式設備設計智慧 PPE，這些設備已經提供了有關健康和性能的強大洞察力。這些設備通常包括大量物聯網 (IoT) 感測器技術，例如陀螺儀、GPS、加速度計、氣壓讀取器和心率監測器。每個都提供有關用戶的寶貴見解。
- 當佩戴者跌倒或撞到地板時，陀螺儀數據可以共享，從而引發對其狀況的調查。
- GPS 準確顯示用戶的位置。如果在智慧 PPE 中使用，指揮官可以看到消防員在哪裡指揮後備或緊急援助。
- 加速度計提供了有關佩戴者速度的線索。如果情況迅速變化，指揮官可以調查原因。
- 氣壓計提供有關佩戴者海拔高度的資訊。如果用於個人防護裝備，指揮官可以判斷消防員是在一樓還是三樓。他們將知道在哪裡指導備份或呼叫誰。
- 心率感測器指示疲勞、過熱和過度勞累。
挑戰在於讓佩戴者在充滿煙霧和有毒煙霧的加熱環境中，使用感測器技術。普通的 FitBit、智慧手機或智慧手錶無法承受消防員在工作中面臨的條件。
物聯網的進步克服了這些挑戰。現在可以為智慧 PPE 創建堅固的感測器，透過雲與事件指揮官共享相關數據。
「技術進步和雲託管功能使向消防員提供智慧 PPE 成為可能。現在有可穿戴的氣體感測器，可以夾在個人防護裝備上，並監測氣體情形。FireHUD 的聯合創始人兼首席執行官 Zack Braun 說，消防員將我們的產品戴在他們的 PPE 下，以衡量他們的 PPE 對他們的影響。
他預測，「有一天，智慧 PPE 將指代嵌入 PPE 本身的感測器。」
製造商將智慧 PPE 或智慧可穿戴技術，定義為使用物聯網感測器收集資訊，並連接到網路和其他設備（如智慧手機、平板電腦或 PC）以提供即時安全資訊的 PPE。
遠端無線電 Gateway 將智慧 PPE 與其他設備連接起來，以提供即時警報。FireHUD 的智慧 BioTrac PPE 連接到消防車上的 Gateway。指揮官可以檢查任何支持網路的設備，了解成員的即時生命體徵。智慧 PPE 在收集數據、發送通知，並根據內部和外部條件，進行調整時提高了態勢感知能力。它透過追踪他們的位置和健康狀況，並將數據發送給授權官員來使一線人員受益。
可穿戴智慧技術提供佩戴者核心體溫、心率、運動量等詳細資訊。當技術跟踪每個成員的生物特徵時，成員可以少擔心自己的健康，並專注於手頭的任務。
智慧 PPE 正在進入通信設備，例如頭盔和麵罩，以幫助在低能見度和嘈雜環境中進行通信。它還連接到在炎熱環境中，降低體溫的冷卻和加熱元件。服裝中的環境感測器現在可以監測氣體、化學物質、熱量、聲音影響等，並在出現問題跡象時通知負責人。
FireHUD 的 BioTrac 平台包括一個臂帶可穿戴設備，用於觀察佩戴者在火災中的生理反應，以及一個發射器，該設備透過遠端和安全的無線電網路，將數據發送到車輛中的 Gateway，該 Gateway 將數據傳輸到雲端，供指揮官即時訪問-時間。
「我們的可穿戴設備追踪心率、核心體溫和過度勞累，」布勞恩說。「這些東西對衡量很重要。個人防護裝備在保護消防員免受火災或環境影響方面，做得非常出色，但它也創造了一種小氣候，他們的體溫無法足夠快地消散，他們可能會過熱或過度勞累。」
皮爾斯沃爾泰拉卡車
刺穿
皮爾斯沃爾泰拉卡車
刺穿
永續卡車
世界各地的消防部門都在尋找更安靜、更清潔、更環保的車輛。現在電動消防車可以滿足這些需求。
Pierce 是位於威斯康星州阿普爾頓的 Oshkosh Corporation 的子公司，開發了 Volterra 消防車，以響應全球建立減少碳排放、減少燃料消耗和產生更少噪音的綠色倡議的努力。
「我們圍繞豪士科專有和專利技術設計了我們的電動汽車，」豪士科公司執行副總裁兼消防和應急總裁吉姆約翰遜說。「它們將提供消防部門要求的環境效益，而不必在操作性能、功能、安全屬性、客製化，以及客戶對我們消防設備的傳統配置，或造型方面做出妥協。」
威斯康星州麥迪遜市消防局於 5 月佈署了北美第一輛電動消防車。14 個車站的部門為 100 平方英里的 260,000 人提供服務。該部門將這輛新卡車分配到該市最繁忙的消防站 8 號站，該站每天要接聽 15 到 20 個電話。
Volterra 建立在 42,000 磅的 Pierce Enforcer 客製化底盤上，可容納 6 人，包括一個 500 加侖的水箱和一個單級泵，每分鐘可分配 1,500 加侖。卡車可以在 150 立方英尺的儲存空間中容納梯子，以及 1,000 英尺的 5 英寸軟管和 850 英尺的 2.5 英寸軟管。
一個 155 千瓦時的電池組為卡車提供動力，該卡車使用 Oshkosh 專利的並聯電動傳動系統，具有機電無級變速器。當由整合的車載電池供電時，該設計允許零排放運行。新聞稿解釋說，卡車還連接到內燃機，為泵送系統或驅動系統提供不間斷的動力。
Pierce 將 Volterra 設置為 24 小時循環運行。消防隊長史蒂文戴維斯解釋說，各部門可以在短短 90 分鐘內，將電池電量從 0% 完全充電到 100%。根據該部門的通話量，卡車一次充電可行駛 40 英里。在使用的第一天，消防員接聽了 12 次電話，電池電量從未低於 74%。
根據設備使用的頻率和長度，Volterra 電池的預期使用壽命約為 14 年。「我們正在向 Pierce 提供有關電池的大量數據，」戴維斯說。「隨著電池技術的進步，我們預計它們的重量會變得更輕，使用壽命更長。」
「電動汽車是消防服務的未來，」戴維斯補充道。「許多像麥迪遜這樣規模的社區，都有在未來十年內建立綠色車隊的目標。挑戰將是讓市議會為這些設備提供資金。」
霍尼韋爾
霍尼韋爾
道岔齒輪前進
道岔齒輪給製造商帶來了一個有趣的難題。防護服的主要工作是保護消防員免受他們正在撲滅的火災。但這種裝備還必須以一種「防止消防員的頭號殺手，即熱應激，同時保護他們免受頭號疾病，即癌症的方式提供保護，」First 高級產品經理 Deana Stankowski 說。
這是一個沒有簡單答案的場景。消防員佩戴的大多數道岔裝備，都含有全氟烷基物質和多氟烷基物質 (PFAS) —— 一種用於滿足防水統一標準的有毒化學品。但研究將 PFAS 化學物質，與包括癌症在內的各種健康問題聯繫起來，即使是低劑量也是如此。
最新的道岔齒輪創新正在改變潮流。不含 PFAS 的材料，例如杜邦公司的纖維，在芳綸紡絲過程中不使用短鍊或長鏈 PFAS。霍尼韋爾的 Morning Pride 部門現在提供不含 PFAS 的投票裝備。家族擁有的全球 PPE 製造商 Fire-Dex 宣布推出 TECGEN71+ 和 TECGEN51+ PPE 面料，採用不含 PFAS 的防水整理。
Stankowski 承認，不含 PFAS 的面料有一些小的折衷。織物失去了一些防水和防油性，這意味著它比含有 PFAS 的對應物吸收的兩者略多。但不含 PFAS 的面料仍然符合 NFPA 1971 標準。
「不含 PFAS 的齒輪提供相同的熱保護，並且以相同的方式移動，」Stankowski 說。“色牢度和耐磨性保持不變。”
Fire-Dex 設計了 TECGEN71+ NFPA 1971 外殼，透過減輕重量和增加靈活性來減輕熱應力。使用 TECGEN71+ 製作的道岔輕、薄且透氣。霍尼韋爾力求在其道岔裝置中實現類似的特性。
「癌症是殺死消防員的第一大疾病，但熱應激是第一大殺手，」Stankowski 說。「我們可以做的任何事情，來減少火災事件中的熱應激，並幫助消防員在離開火災時更快地降溫，這非常重要。我們敦促我們的供應商看看他們在保持高耐用性和高保護性的同時，能獲得多麼輕巧的重量。」
隨著研究人員和開發人員不斷創新並提高未來的複雜性，上面列出的六種技術正在改變我們今天的滅火方式。
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· 使用安全和監控技術打擊鐵路上的入侵、盜竊和恐怖主義
列車檢測系統
鐵路基礎設施，是美國經濟和運輸系統的基本組成部分；在許多方面，它是經濟的生命線。 例如，僅美國貨運鐵路就支援了約 110萬個就業機會，直接產生 2190 億美元的經濟產出，和 260 億美元的稅收，由於貨運鐵路的可負擔性和生產力，還有數百萬美國人間接受益於在競爭激烈的行業工作。這種影響不僅限於美國；預計到 2050年，全球客運和貨運總和將翻一番，因此保護鐵路基礎設施的關鍵性，將隨著其使用而同步成長。
然而，保護鐵路基礎設施並非沒有挑戰。鐵路資產是獨特的複雜環境，有無數變數分佈在廣闊的地理區域。鐵路營運商經常面臨各種危險。儘管他們必須認識到一连串的自然事件，但不幸的是，也必須解決許多故意的人類安全危害，以免災難發生。
影響鐵路的安全事件通常分為三類之一：入侵、盜竊或恐怖主義。 為了確保乘客和貨運安全，必須做出重大努力來維護鐵路的實體安全。非常重要的是，鐵路組織應採取行動，透過採用有助於減輕這些公共安全威脅的創新技術，確保將安全和安保作為重中之重。
入侵是鐵路行業的一個嚴重問題，因為侵入鐵路通行權，是美國鐵路相關死亡的主要原因。 在其全國範圍內，每年有 400 多起非法侵入死亡和幾乎一樣多的受傷。 雖然並非所有非法侵入事件都會導致傷害或死亡，但它們都會導致破壞。當人們侵入鐵路並破壞財產時，必須對鐵路進行評估，以確保在允許火車恢復執行之前不需要重大損壞或維護。 這會造成延誤和修復任何損壞的成本。
關於盜竊，由於經濟不穩定加上大宗商品價格上漲，特別是電纜盜竊，目前正困擾著鐵路行業。對於鐵路營運商來說，電纜盜竊可能導致嚴重的延誤和代價高昂的後果。在英國，電纜盜竊在過去四年中，導致了近 22,000 小時的乘客延誤，導致了 8000 多萬美元的費用。鐵路網路被設計成故障安全；因此，當電纜被切割時，火車會完全停止。雖然這保護了乘客，但隨著電纜的更換，也會導致長時間和加劇的延誤。電纜盜竊不僅對乘客和鐵路營運商造成破壞，而且對肇事者來說可能致命。有數千伏的電力透過電纜執行，對它們的任何干擾都是極其危險的。在檢查危險、導致的停機時間、產品更換成本和額外的人工費用時，很明顯，為什麼電纜盜竊是一個如此嚴重和昂貴的問題，必須加以解決。
另一個具有潛在災難性後果的挑戰是恐怖主義。鐵路營運商需要必要的工具來打擊對鐵路基礎設施及其資產的干擾。1970 年至 2017 年底，有 282 次試圖故意使火車脫軌，817 次額外襲擊鐵路基礎設施，包括軌道、橋樑、隧道、訊號和其他通行權裝置。 在 282 次試圖脫軌火車的嘗試中，118 起（或42%）導致出軌。
很明顯，鐵路有廣泛的需求和挑戰，防止鐵路上的入侵、盜竊和恐怖主義必須是鐵路安全努力的基本組成部分。營運商需要一系列綜合的安全和監控技術，以更快地檢測、評估和應對威脅，並根據需要與外部組織合作。
新興技術，如 3D 監控系統，可以與安全、排程和協作軟體結合起來，以解決事件的整個生命週期。 火車、軌道和其他基礎設施上的固定和移動感測器與人工智慧相結合，透過自動檢測異常和潛在的安全影響，可以實現最高水準的監控。
捷克第二長的鐵路隧道 Březno 隧道，正在實施基於雷射雷達檢測移動物體的安全系統。 當它感到運動時，攝影機直接指向警報源，並跟隨入侵者。 這使得無需操作員的干預，即可從多個角度自動檢視目標。
當檢測到安全事件時，操作員可以利用排程和協作軟體來管理響應。 例如，世界上最長的隧道哥達基地隧道的應急響應系統，包括透過清單、情況計劃和指示支援營運人員的排程軟體，以安排和動員干預團隊。
鐵路網路正在繼續擴大，例如在美國，美國最近通過了一項 12 億美元的基礎設施法案，其中包括為鐵路提供大量資金。 但更多的鐵路基礎設施意味著需要採取更多措施來應對潛在的入侵、盜竊和恐怖主義企圖。 鐵路營運商必須迎接挑戰，提供安全和高效的生活和財產通行。
· 烏克蘭的商用和軍用無人機：進化使用和對保全和安全的影響
無人戰爭：烏克蘭如何在無人作戰中獲勝
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| 不只是縮時，還有粉塵、噪音、位移偵測 |
關於無人機和烏克蘭戰爭的報導數量巨大，但從地面角度確實缺乏報導最近，從地面角度對能力和影響的報導出現了，這些資訊很有見地和價值。烏克蘭特種部隊的人員，一直在對俄羅斯機動步槍編隊造成嚴重破壞。 俄羅斯在「群眾原則」方面的優勢顯然是存在的，但事實證明，非常規戰爭是為烏克蘭的努力創造性平等的創造性因素。
教科書小單位行動和「命中和移動」技術已被證明非常成功，特別是在正確的反坦克和裝甲武器方面。 但是無人機呢？ 這些平台如何在目標豐富的環境中改變景觀？ 這如何塑造我們未來在衝突區以外的地區的安全環境？
從地面角度來看，對具有擴充套件續航範圍、電池壽命和定製有效載荷的行動式無人機平台的渴望和戰術需求是顯而易見的。 主要問題是供應、平台型別和數量。使用商用無人機是衝突雙方的例行公事。我們每天都被關於這些平台的應用和使用情況的新聞報導所淹沒，證明了該技術在戰場上的重要性。 技術不是其他戰場現實的替代品，而是一種支援地面和空中均等的進化用途的工具。實際上，所有單位都配備了平台，甚至包括單個坦克乘務員和小隊。這講述了易於佈署的無人機系統的重要性，以及與讓它們參與戰鬥相關的創造力。
總體而言，這些工具的有效性是基於環境和環境。一個值得注意的具體專案是商業無人機營運商的地理位置便利性。這是汲取的重要教訓，使操作員在與現代檢測能力的快節奏衝突中成為目標。
那麼，這與祖國的保全和安全有什麼關係？
技術繼續以輕量級、便攜、可快速佈署的系統的形式發展。可以放在士兵揹包或個人揹包中的裝置，現在已經成為現實，有可能提供客製化有效載荷的高階能力選項。看看 Teledyne FLIR 最近關於新興能力的報告。此外，可用於商業購買的無人機平台「開箱即用」，為無數有效載荷選項做好準備。儘管如此，它們仍然可以被無人機檢測系統追蹤，這些系統可以對操作員進行地理定位。由於這是基於當前美國聯邦航空局法規和立法的唯一法律應對選項，這種型別的系統對有興趣降低無人機威脅的企業或場所，可能很有價值。注意：具有高階可見性的指定關鍵基礎設施和事件的情況並非如此。
烏克蘭無人機戰爭的實驗，讓我們看到了易於訪問的平台的可能性。 在衝突中測試的技術可以 —— 而且將 —— 最終出於積極和消極的目的前往祖國，我們必須保持警惕和準備。美國政府和來自所有機構和企業的安全專業人員在從法律角度可以做什麼，和從規劃角度應該做什麼方面悲哀地落後了。兩個仍在開發的超聲道想法是歐洲的無人流量管理（UTM），通常稱為 U-Space。U-Space 是一個監控未來「無人機高速公路」的系統，類似於聯邦航空管理局（FAA）監控商業空中交通的方式。
第二個是城市空中交通（UAM）計劃 —— 想想無人計程車和送貨平台。 UAM是在無人自主平臺上移動人員和貨物的下一波浪潮。雖然這些專案仍在開發中，但一個簡單的解決方案可以顯著影響無人機安全：創新的城市規劃。城市規劃者需要考慮，與這項技術有關的社會快速變化的步伐。安全顧問應該從早期階段開始，在設計團隊中發揮重要作用。如果我們在未來設計中不計劃無人機，改造重要安全功能的成本將大幅上升。
隨著烏克蘭戰爭的繼續，在高強度衝突中對商用無人機的實驗也是如此。現代戰爭研究所最近發表了一篇關於無人機和烏克蘭戰爭七個教訓的文章。這篇文章是一篇關於戰鬥人員之間，空中平等的有見地的文章。商業和軍用無人機的融合，正在重塑空地條件。
軍方設計的無人駕駛飛行器（UAV）和無人駕駛航空系統（UAS），與商業現成（COTS）無人機技術的融合，簡直令人難以置信。 隨著烏克蘭人利用一切可用的工具來保衛他們的祖國並擊退俄羅斯超級大國，這正在產生重大影響。隨著西方世界繼續緩慢地將軍事物資轉移到烏克蘭，願意幫助戰爭努力的私營公司也是如此。隨著烏克蘭的創造力和創新被證明是有效和致命的，無人機戰爭才剛剛開始升溫。
我們最近看到 Switchblade 和 Phoenix Ghost 平台等先進技術加入了戰鬥，為烏克蘭人提供了快速打擊能力。 但我們還看到許多 COTS 產品用於情報、監控、偵察（ISR）和定位，通常在高階平台上看到，但現在很容易透過使用帶有影片有效載荷的娛樂平台來使用。
那麼，為什麼這很重要呢？ 在衝突中，特別是在烏克蘭，軍事級和 COTS 的合併，是充分僱用無人機和機器人的新方法。 隨著戰爭的繼續，它為政府和私人企業提供了在戰時條件下，測試其產品的地方。這種終極實驗室環境使系統透過高壓力環境，並有助於證明技術。
那麼，我們如何將這些經驗教訓應用於私人企業部門的安全？
- 要明白，無人機和機器人技術，現在已經牢固地成為現代社會結構的一部分。他們不會離開。
- 在衝突地區測試和使用的東西最終將通往祖國。安全專業人員需要了解能力和威脅。進行無人機漏洞和風險評估（DVRA）。
- 面對現實。來自所有市場部門的安全專業人員都需要了解風險。 安全計劃的開發應包括與商用無人機有關的評估和緩解選項。
- 瞭解你的營運環境。如果你在場地或活動中接待公眾，請採取謹慎措施加強安全措施。進行DVRA，調查你的空氣空間的生命週期模式，進行無人機應急響應規劃（DERP），將政策和程式鞏固為標準操作程式，並訓練、排練響應和處理潛在事件。
- 不要閒著等待無人機事件的發生。 採取措施減輕與這項技術相關的風險。 等待災難是一個糟糕的行動方案。
烏克蘭戰爭為我們提供了無人機在戰鬥中的可能性的開放視窗。 但更重要的是，它向安全專業人員展示了這項不斷發展的技術的現實，以及從威脅的角度來看即將到來看的。需要研究、理解和積極規劃這項技術。商業無人機技術在過去十年中取得了相當大的進步，並「創造」了保全和安全格局。讓我們繼續談話吧！
· LuxTurrim5G 方法關於如何設計一個智慧和永續的城市 - 兩份新的白皮書發布
VTT - LuxTurrim 5G
建設更智慧、更永續的城市，需要城市和城市規劃者的新思維方式。整個建築環境和不同的城市基礎設施，正在變得數位化和互聯化。將有巨大的機會建立全新的數據生態系統，以創建新的數據驅動的智慧城市服務。LuxTurrim 5G 聯盟發布了兩份白皮書，內容涉及設計一個智慧和永續發展的城市，以及為智慧城市創建數據市場。第一個回答了城市現在思考的關於永續性和數位化的常見問題，第二個涉及不同類型的數據、利益相關者，以及實施的促成因素和障礙。
如何設計一個智慧和永續的城市？LuxTurrim 5G 解決方案
智慧城市的目標通常是透過利用現代技術，來改善社會、環境和經濟的永續性 —— 提供一個低碳和環保的環境，最大限度地提高公民福祉和繁榮的商業活動。智慧城市是一個由人員、政策、服務、公共和私人組織、技術等組成的複雜生態系統（見下圖），所有這些都參與了朝著預期結果發展城市環境的努力。
典型的智慧城市生態系統要素和可持續性的三個維度。
為了能夠創建新的 5G 和數據驅動的智慧城市服務，城市需要
- 了解目標位置所需的服務
- 規劃和支持智慧基礎設施建設
- 建立一個本地實體來建構、託管和營運智慧基礎設施（包括本地 5G 頻率）和數據市場，以促進開發人員社區和訪問智慧基礎設施
未來智慧城市的數據市場
不斷發展的智慧城市基礎設施，為新的智慧城市數據市場，以及數據供應，和使用的新可能性，和激勵措施提供了基礎。為了最大限度地利用智慧城市數據，我們需要公民、當局和私人企業可以出售和購買數據、處理數據，並從現有數據和新數據，創建增值數據產品，並開發數據使用解決方案的市場。除了從數據銷售中獲得直接利潤外，數據交易還可以透過基於數據的解決方案，為數據銷售者帶來其他好處，例如新的合作夥伴、對企業主要產品的新興趣、新的業務活動和新的客戶.
智慧城市數據經濟的概念模型。
白皮書探討了智慧城市數據業務的關鍵問題；本地 5G 數據市場模型和可銷售數據產品的四級分類；並介紹了未來本地數據市場中數據業務的好處、障礙和推動因素。
如何應用智慧城市解決方案
智慧城市數據經濟為公民、當局和公司共享數據以及充當數據買賣雙方創造了新的動力。數據購買者可以開發數據使用解決方案，或處理數據並將處理後的數據，出售給市場上的其他參與者（見下圖）。
連接性和數據平台支持新的增值服務和產品，如果沒有數位骨幹網，這些服務和產品在商業上不會有吸引力。標準化的數據流和市場，允許在城市和市民之間輕鬆開發，和創建安全解決方案。
LuxTurrim 5G 生態系統為建設智慧和永續城市，提供了數位骨幹。關鍵元素模組化 5G/IoT 智慧共桿作為預商用產品系列存在，服務於城市的各種需求。一些與公共安全、最後一英里物流、自主交通和健康生活相關的數位服務已經進行了試點，並為商業化做好了準備。再加上安全的本地數據平台，這一切都為城市提供了一個整體解決方案，幫助他們實現智慧和永續發展，並為新的不可預見的數位服務需求做好準備。
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