BIPV-системы: солнечная электростанция, как часть конструкции здания

По темпам прироста в статистике развития солнечной электроэнергии в последнее время лидирует установка частных электростанций. Большинство таких солнечных станций устанавливаются на крышах домов. С каждым годом данная тенденция только укрепляется. В связи с большим распространением таких электростанций возникает вопрос о придании им более эстетического вида. То есть, чтобы они гармонично вписывались в общую стилистику дома. Для этого и были созданы BIPV-системы. Данная аббревиатура происходит из английского языка и расшифровывается Building-integrated photovoltaics. Данное словосочетание обозначает солнечные электростанции, которые встраиваются в здания и являются частью их конструкции.

Что такое BIPV-системы?

Главная характеристика BIPV-систем – это их многозадачность. Во-первых, это фотоэлектрические модули, которые поглощают солнечный свет и обеспечивают электричеством жизнедеятельность дома. Во-вторых, BIPV-системы – это конструкционные элементы дома, то есть они заменяют определенные строительные материалы. Например, они могут иметь форму кровельного покрытия, быть вмонтированными в фасад здания, выступать навесом или козырьком.

Читайте также: Гелиоколлекторы: их типы, преимущества и недостатки, установка и использование

Все зависит от мощности солнечной станции и места расположения. При выборе типа панелей следует различать такие два понятия, как BAPV и BIPV-системы. Первые расаполагаются поверх строительных конструкций. Данная аббревиатура расшифровывается как Building Applied Photovoltaics. BAPV-системы могут быть сняты и разобраны в любой момент без нанесения урона целостности здания. Вторые – это встроенные панели, демонтировать которые можно только путем замены данных частей на обычные строительные материалы.

Как были созданы BIPV-системы?

Первые попытки создать интегрированные солнечные панели начались еще в 1970 году. Первые модули встраивались в фасады и крыши домов, которые находились в отдаленных регионах и не могли быть подключены к линиям электропередач. В 1980-х начались эксперименты с установкой интегрированных станций в крыши домов, которые располагались в районах с центральной электрической системой. В 1990-х в продажу поступили специальные строительные компоненты, предназначенные для интегрированных BIPV-систем.

Благодаря такому подходу солнечные электростанции переходят в стадию кастомизации товара для нужд каждого отдельного потребителя. По прогнозам, именно солнечные станции станут основой для достижения европейской цели на 2020 год по «активным домам» (zero energy building), то есть домам, которые производят нужные объемы энергии для собственного потребления. BIPV-системы дают возможность трансформировать дом с фотомодулями в красивую, с точки зрения архитектурного стиля, конструкцию.

Какие особенности BIPV-систем?

Так как эти системы предназначены не только для выработки электричества, к ним предъявляются более повышенные требования: с одной стороны, как к строительным элементам, с другой – как к солнечным панелям.

• Встроенные модули должны быть устойчивы к возможным серьезным механическим повреждениям – сильному ветру, большому весу снега и т.д.;
• Более длительный срок службы, чем у обычных станций. Здания строятся на длительный период времени. Так как замена BIPV-систем связана с демонтажем частей дома, срок эксплуатации должен быть максимально продолжительным – от 30 лет и больше с потерей производительности всего в 5 %.

Надежность и долговечность – это те два главных параметра, которым должны соответствовать BIPV-системы.

Для проверки качества BIPV-системы был создан EN 50583. Это стандарт, в котором прописаны параметры интегрированных солнечных систем. Он включает в себя 3 направления. Первое – это общие требования ко всем BIPV-системам в соответствии с Директивой о низком напряжении и Директивой по строительным продуктам Европейского союза. Второе – это требования к материалам, из которых созданы панели. И третье – требования к месту крепления и монтажа солнечных модулей.

Читайте также: «Зеленый тариф» в Украине: как подключиться и что для этого нужно

На данный момент существуют разные категории BIPV-систем. Самыми распространенными из них являются:

• Тонкопленочные солнечные панели, интегрированные с гибкие полимерные кровельные мембраны.
• Гибкие тонкопленочные солнечные панели интегрированы в черепицу крыши.
• Тонкопленочные и кристаллические солнечные панели, установленные на фасаде здания.
• Полупрозрачные солнечные панели, которые заменяют окна и световые люки.

С какими вызовами связаны проектирование и установка BIPV-систем?

Внедрение любых инновационных решений всегда сопряжено с определенными трудностями. BIPV-системы – не исключение. Рассмотрим подробнее те проблемы и препятствия, который на данном этапе отдаляют нас от славных времен с повсеместным использованием эстетических и эффективных BIPV-систем.

• Цена. Только потребительское желание, чтобы панели выглядели эстетично, не сделает их лидером на энергетическом рынке. Они должны быть экономически выгодными. Сейчас, по сравнению с обычными солнечными панелями, BIPV-системы стоят значительно дороже и требуют более сложных технологических решений. Это связанно с наличием дополнительных материалов, например, обрамление, благодаря чему они могут выступать строительным элементом.
• Административные барьеры и стандарты. BIPV-системы пока не классифицированы как «энергосберегающая технология» В связи с этим существуют сложности с их установкой при реконструкции зданий-памятников архитектуры. Также возведение домов с использованием BIPV-технологий требует переквалификации строителей, принятия универсальных стандартов и комплексного подхода к проектам.
• Ограничения рынка. В отличии от плоских солнечных панелей, конструкции которых не сильно отличаются друг от друга, производство BIPV-систем зависит от типа фасада (крыши, окон, навесов). Такое акцентирование на пользовательском дизайне не позволяет BIPV-системам разрастаться, как сегменту рынка.

Какие перспективные области для развития BIPV-систем?

С учетом требований к установке BIPV-систем и желанием придать гармоничный вид зданию, на данный момент развиваются несколько направлений производства строительных материалов со встроенными фотомодулями.

• «Солнечная крыша» (solar roof от SolarCity Tesla). Это один из самых перспективных вариантов, но пока еще не распространенных. Как для привычных батарей, так и для BIPV-систем крыша является самым выгодным местом расположения.
• Рулонные кровельные покрытия. Это один из самых популярных строительных материалов. Его замена на тонкопленочный ламинат, который будет сочетать в себе функциональность битумного покрытия и солнечной панели, может обеспечить значительный прорыв в развитии BIPV-систем.
• Стеновые панели. Это важный аспект для распространения альтернативной энергетики в больших городах. Использование фасадов высотных домов для выработки электричества намного экономически выгодней, чем строительство электростанций на больших территориях дорогостоящих земельных участков.
• Окна. Применение прозрачных тонкопленочных солнечных модулей в качестве материала для застекления – это давно изобретенное и активно развивающееся направление энергосберегающих технологий. Кроме своей прямой функции по выработке электричества, такие фотомодули могут защищать от вредного ультрафиолетового излучения солнца.

Какие особенности установки BIPV-систем?

• Тщательный анализ возможности применение энергосберегающих методов проектирования и/или мер по повышению энергоэффективности для снижения энергетических потребностей здания.
• Выбор между автономными панелями и BIPV-системами. Солнечная электростанция должна удовлетворять запросы домовладельца по количеству произведенного электричества и внешнему виду.
• Определение выходной мощности электростанции и ее места расположения.
• Обеспечение адекватной вентиляции: фотоэлектрическая эффективность уменьшается при повышенных температурах. Это в большей степени связано со свойствами кристаллического кремния, из которых изготовлены фотоэлектрических элементов. Для повышения производительности, необходима надлежащая вентиляция для модулей для отвода тепла.
• Оценка возможности использования гибридных систем для оптимизации тепло регулирования дома. Это может быть привлекательным преимуществом в странах с холодным климатом.
• Разработка проекта с учетом особенностей места расположения. То есть просчет энергопотерь, рисков неблагоприятных погодных условий, количества потенциально солнечных и пасмурных дней в году.
• Выбор максимально выгодного угла наклона. Он обеспечивает до 50-70% большее количество электроэнергии, чем вертикальная система.

Какие ключевые преимущества BIPV-систем?

Итак, подытожим все вышеизложенное. BIPV-системы лучше обычных солнечных панелей, потому что:

• Эстетически выглядят, вписываются в общий архитектурный стиль здания;
• Являются многофункциональными, поскольку, кроме выработки электричества, также отлично справляются с функциями терморегулирования и звукоизоляции;
• Экономят строительные материалы при возведении дома;
• Позволяют активно развивать солнечную энергетику в городских условиях;
• Характеризуются минимальными потерями энергии;
• Отсутствуют побочные эффекты для окружающей среды.