За темпами приросту в статистиці розвитку сонячної електроенергії останнім часом лідирує установка приватних електростанцій. Більшість таких сонячних станцій встановлюються на дахах будинків. З кожним роком ця тенденція тільки зміцнюється. У зв'язку з великим поширенням таких електростанцій виникає питання про надання їм естетичного вигляду. Тобто, щоб вони гармонійно вписувалися в загальну стилістику будинку. Для цього і були створені BIPV-системи. Ця абревіатура походить з англійської мови і розшифровується Building-integrated photovoltaics. Дане словосполучення означає сонячні електростанції, які вбудовуються в будівлі і є частиною їх конструкції.
Що таке BIPV-системи?
Головна характеристика BIPV-систем – це їх багатозадачність. По-перше, це фотоелектричні модулі, які поглинають сонячне світло і забезпечують електрикою життєдіяльність будинку. По-друге, BIPV-системи – це конструкційні елементи будинку, тобто вони замінюють певні будівельні матеріали. Наприклад, вони можуть виконувати функцію матеріалу покрівлі, бути вмонтованими в фасад будівлі, виступати навісом або козирком.
Читайте також: Геліоколектори: їх типи, переваги і недоліки, установка і використання
Все залежить від потужності сонячної станції та місця розташування. При виборі типу панелей слід розрізняти такі два поняття, як BAPV і BIPV-системи. Перші розташовуватися поверх будівельних конструкцій. Дана абревіатура розшифровується як Building Applied Photovoltaics. BAPV-системи можуть бути зняті і розібрані в будь-який момент без заподіяння шкоди цілісності будівлі. Другі – це вбудовані панелі, демонтувати які можна тільки шляхом заміни даних частин на звичайні будівельні матеріали.
Як були створені BIPV-системи?
Перші спроби створити інтегровані сонячні панелі почалися ще в 1970 році. Перші модулі вбудовувалися у фасади і дахи будинків, які знаходилися у віддалених регіонах і не могли бути підключені до ліній електропередачі. У 1980-х почалися експерименти з установкою інтегрованих станцій на дахи будинків, які розташовувалися в районах з центральною електричною системою. У 1990-х в продаж надійшли спеціальні будівельні компоненти, призначені для інтегрованих BIPV-систем.
Завдяки такому підходу сонячні електростанції переходять у стадію кастомізації товару для потреб кожного окремого споживача. За прогнозами, саме сонячні станції стануть основою для досягнення європейської мети на 2020 рік «активним домівкам» (zero energy building), тобто будинкам, які виробляють потрібні обсяги енергії для власного споживання. BIPV-системи дають можливість трансформувати будинок з фотомодулями в красиву, з точки зору архітектурного стилю, конструкцію.
Які особливості BIPV-систем?
Так як ці системи призначені не тільки для вироблення електрики, до них пред'являються більш високі вимоги: з одного боку, як до будівельних елементів, з іншого – як до сонячних панелей.
- Вбудовані модулі повинні бути стійкі до можливих серйозних механічних пошкоджень – сильному вітрі, великою вагою снігу і т. д.;
- Більш тривалий термін служби, ніж у звичайних станцій. Будівлі будуються на тривалий період часу. Так як заміна BIPV-систем пов'язана з демонтажем частин будинки, строк експлуатації повинен бути максимально тривалим – від 30 років і більше з втратою продуктивності всього на 5 %.
Надійність та довговічність – це ті два головних параметра, яким повинні відповідати BIPV-системи.
Для перевірки якості BIPV-системи був створений EN 50583. Це стандарт, в якому прописані параметри інтегрованих сонячних систем. Він включає в себе 3 напрямки. Перше – це загальні вимоги до всіх BIPV-систем відповідно до Директиви про низьку напругу і Директивою по будівельним продуктам Європейського союзу. Друге – це вимоги до матеріалів, з яких створені панелі. І третє – вимоги до місця кріплення і монтажу сонячних модулів.
Читайте також: «Зелений тариф» в Україні: як підключитися і що для цього потрібно
На даний момент існують різні категорії BIPV-систем. Найпоширенішими з них є:
- Тонкоплівкові сонячні панелі, інтегровані з гнучкими полімерними покрівельними мембранами.
- Гнучкі тонкоплівкові сонячні панелі інтегровані в черепицю даху.
- Тонкоплівкові та кристалічні сонячні панелі, встановлені на фасаді будівлі.
- Напівпрозорі сонячні панелі, які замінюють вікна та світлові люки.
З якими викликами пов'язані проектування і установка BIPV-систем?
Впровадження будь-яких інноваційних рішень завжди пов'язане з певними труднощами. BIPV-системи – не виняток. Розглянемо докладніше ті проблеми і перешкоди, що на даному етапі віддаляють нас від славних часів з повсюдним використанням естетичних і ефективних BIPV-систем.
- Ціна. Тільки споживче бажання, щоб панелі виглядали естетично, не зробить їх лідером на енергетичному ринку. Вони повинні бути економічно вигідними. Зараз, в порівнянні із звичайними сонячними панелями, BIPV-системи коштують значно дорожче і вимагають більш складних технологічних рішень. Це пов'язано з наявністю додаткових матеріалів, наприклад, обрамлення, завдяки чому вони можуть виступати будівельним елементом.
- Адміністративні бар'єри і стандарти. BIPV-системи поки що не класифіковані як «енергозберігаюча технологія». У зв'язку з цим існують складнощі з їх установкою при реконструкції будівель-пам'яток архітектури. Також зведення будинків з використанням BIPV-технологій вимагає перекваліфікації будівельників, прийняття універсальних стандартів та комплексного підходу до проектів.
- Обмеження ринку. На відміну від плоских сонячних панелей, конструкції яких не сильно відрізняються один від одного, виробництво BIPV-систем залежить від типу фасаду (даху, вікон, навісів). Таке акцентування на користувальницькому дизайні не дозволяє BIPV-системам розростатися, як сегменту ринку.
Які перспективні області для розвитку BIPV-систем?
З урахуванням вимог до установки BIPV-систем і бажанням надати гармонійний вигляд будівлі, на даний момент розвиваються кілька напрямків виробництва будівельних матеріалів з вбудованими фотомодулями.
- «Сонячний дах» (solar roof від SolarCity Tesla). Це один з найбільш перспективних варіантів, але поки ще не поширених. Як для звичних батарей, так і для BIPV-систем дах є найбільш вигідним місцем розташування.
- Рулонні покрівельні матеріали. Це один з найпопулярніших будівельних матеріалів. Його заміна на тонкоплівковий ламінат, який буде поєднувати в собі функціональність бітумного покриття і сонячної панелі, може забезпечити значний прорив у розвитку BIPV-систем.
- Стінові панелі. Це важливий аспект для поширення альтернативної енергетики у великих містах. Використання фасадів висотних будинків для вироблення електрики набагато економічно вигідніше, ніж будівництво електростанцій на великих територіях дорогих земельних ділянок.
- Вікна. Застосування прозорих тонкоплівкових сонячних модулів в якості матеріалу для засклення – це давно винайдений і активно зростаючий напрямок енергозберігаючих технологій. Крім своєї прямої функції з вироблення електрики, такі фотомодулі можуть захищати від шкідливого ультрафіолетового випромінювання сонця.
Які особливості встановлення BIPV-систем?
- Ретельний аналіз можливості застосування енергозберігаючих методів проектування та/або заходів по підвищенню енергоефективності для зниження енергетичних потреб будівлі.
- Вибір між автономними панелями і BIPV-системами. Сонячна електростанція повинна задовольняти запити домовласника за кількістю виробленої електрики і зовнішньому вигляду.
- Визначення вихідної потужності електростанції та її місця розташування.
- Забезпечення адекватної вентиляції: фотоелектрична ефективність зменшується при підвищених температурах. Це більшою мірою пов'язане з властивостями кристалічного кремнію, з яких виготовлені фотоелектричні елементи. Для підвищення продуктивності, необхідна належна вентиляція для модулів для відводу тепла.
- Оцінка можливості використання гібридних систем для оптимізації тепло-регулювання будинку. Це може бути привабливою перевагою в країнах з холодним кліматом.
- Розробка проекту з урахуванням особливостей місця розташування. Тобто прорахунок енерговитрат, ризиків несприятливих погодних умов, кількості потенційно сонячних і похмурих днів у році.
- Вибір максимально вигідного кута нахилу. Він забезпечує до 50-70% більшу кількість електроенергії, ніж вертикальна система.
Які ключові переваги BIPV-систем?
Отже, підсумуємо все вищевикладене. BIPV-системи краще звичайних сонячних панелей, тому що:
- Естетично виглядають, вписуються в загальний архітектурний стиль будівлі;
- Є багатофункціональними, оскільки, крім вироблення електрики, також відмінно справляються з функціями терморегулювання і звукоізоляції;
- Економлять будівельні матеріали при зведенні будинку;
- Дозволяють активно розвивати сонячну енергетику в міських умовах;
- Характеризуються мінімальними втратами енергії;
- Відсутні побічні ефекти для навколишнього середовища.