BIPV системи: особливості розвитку і застосування

Згідно звіту всесвітньої Асоціації сонячної енергетики (Solar Energy Industries Association, SEIA) в останні кілька років найбільше збільшення об’ємів встановлення фотоелектричних установок спостерігалося щодо приватних домашніх сонячних електростанцій. В середньому, щорічне зросання кількості всіх сонячних електроустановок складало 50-60%. У приватних будинках, які використовують енергію сонця, в більшості випадків генерація отримувалась з використанням традиційних стаціонарних дахових сонячних електростанцій (СЕС). При цьому, разом зі зростанням галузі, чітко можливо виділити дві основні тенденції:

• Технологічний фактор, тобто підвищення ефективності роботи домашніх сонячних електростанцій, зростання їх встановленої потужності, а також створення таких сонячних систем, що здатні забезпечити повністю автономний режим завдяки встановлення акумуляторних накопичувальних систем і оптимізації процесів накопичення/витрачання електроенергії.
• Естетичний фактор, через який власники домашніх СЕС прагнуть, щоб фотоелектричні батареї природньо поєднувалися з архітектурним рішенням та стилем будівлі.

Беручи до уваги актуальні галузеві тренди, все частіше компанії пропонують комплексні інженерні рішення, серед яких все зростаючою популярністю користуються інтегровані (вбудовані) в будівлі сонячні фотоелектростанції – BIPV (Building-Integrated PhotoVoltaics).

Особливості розвитку BIPV систем

Основа сучасних систем BIPV – це фотоелектричні сонячні батареї, що не тільки застосовуються для вироблення електроенергії, але і є конструктивною частиною будівлі в якості елементів фасаду чи заміни для покрівельного покриття, вони можуть також бути виконані у вигляді навісів, козирків або інших елементів архітектури. При цьому формально розрізняються два близькі терміни:

• BAPV – це більш стандартні фотоелектричні батареї, які застосовані як додаткове обладнання будинку. Вони встановлюються після спорудженні будівлі та мають тільки єдину електричну функцію – вироблення електроенергії шляхом використання енергії сонячного випромінювання. Такі сонячні батареї можуть бути демонтовані при нагоді, але цілісність і надійність будівлі при цьому ніяк не постраждає. Найпростіший і найпоширеніший приклад BAPV – це класичні дахові сонячні електростанції, які встановлюються зверху на існуюче дахове покриття.
• BIPV – це ті самі сонячні батареї, що глибоко інтегровані в будівлю. Вони також виконують свої електричні функції, і додатково захищають будинок від вологи, вітру, виконують функції тепло- і звукоізоляції. Їх встановлення зазвичай планується на етапі проектування будинку, а демонтаж можливий тільки за умови заміни їх на інші будівельні матеріали.

Експерименти з системами BIPV почалися у світі ще в 1970 році, коли і з’явився цей термін. В ті роки специально армовані металом фотомодулі вперше почали вбудовувати в покрівлі та карнизи будинків. Через недосконалість тогочасних технологій і низьку ефективність фотоперетворення (ККД сонячних батарей) такі інженерні рішення виявились досить малоефективними і малорозповсюдженими. Але все одно експерименти продовжилися, застосовувалися різні технологічні і архітектурні рішення, але тільки в останні роки ця ніша розпочала виділятись в власни окремий сегмент ринку сонячної енергетики.

Такий розвиток пов’язаний, перш за все, з розробкою і вдосконаленням технології виробництва нучких тонкоплівкових сонячних батарей. В майбутньому саме вони зможуть відігравати основну роль на ринку BIPV систем, оскільки вони можуть забезпечити різний коефіцієнт прозорості, а також можуть виготовлятися в різних за кольором рішеннях. Це дає можливість суттєво розширити традиційну архітектуру і елегантно  вписати фотоелектричні елементи в традиційні архітектурні стилі, перетворивши будинок в естетично привабливу споруду, яка крім свого вигляду ще має опцію генерації електроенергії.

За оцінками міністерства енергетики США, в майбутньому саме використання систем BIPV зможе забезпечити до 50% енергетичних потреб країни. Завдяки поступовому зменшенню вартості сонячних батарей попит на такі системи постійнозростає. Все більше споживачів стають зацікавленими в придбанні комплексної фотоелектричної системи, яка зможе забезпечити максимальну енергетичну незалежність об’єкта від зовнішніх комунальних постачальників. Вже сьогодні сегмент BIPV досяг порогу, після якого він готовий до стрімкого розвитку. Але перед зростанням все ж необхідно вирішити кілька важливих питаннь.

Технічні та будівельні стандарти

Нові продукти BIPV мають зовнішній вигляд, як у традиційних будівельних матеріалів і в повній мірі виконують властиві останнім. Вони розглядаються в якості єдиного інтегрованого матеріалу, який повинен відповідати відповідим власним стандартам. А ці нові стандарти, з одного боку, повинні відповідати всім сучасним вимогам будівельних норм, а з іншого – відповідати міжнародним електротехнічним стандартам (наприклад, МЕК).

Великим зрушенням в цьому питанні став вступ в дію нового європейського стандарту – EN 50583, який визначив параметри BIPV систем. Перш за все, в стандарті сформульоване точне і однозначне тлумачення BIPV – інтегрованими фотоелектричними батареями можуть вважатися тільки ті, які після вилучення їх з будівлі мають бути обов’язково замінені на інші будівельні матеріали або конструкції для уникнення порушення цілісності будівлі. Саме в цьому і полягає ключова особливість стандарту EN 50583 – він дає чіткі визначення і окреслює параметри BIPV, які відтепер отримали рівні права з традиційними будівельними матеріалами.

Крім того, стандартом чітко визначені функції, які можуть виконуватись сонячними електростанціями (фотоелектричними батареями), коли вони є частиною будівельної конструкції. Ці функції є наступними:

• Забезпечення механічної опірності і структурної цілісності конструкції будівлі.
• Захист будівлі від негативного впливу погодних умов: сніг, дощ, град, вітер.
• Забезпечення додаткової економії енергії за рахунок теплоізоляції, зменшення рівня освітленості, забезпечення затінення.
• Підвищення пожежостійкості будівлі.
• Покращення шумопогинання та дотримання нормативів щодо звукоізоляції.
• Використання як матеріалу для розподілу між внутрішніми і зовнішніми приміщеннями.

Проблеми проектування та будівництва

Питання, що виникають при проектуванні будинків з BIPV системам можна розділити на такі умовні групи:

• Оптимізація розташування сонячних батарей з метою отримання максимальних обсягів генерації електроенергії. Сучасне програмне забезпечення дозволяє з високою точністю зробити розрахунок планових обсягів генерації, а також визначити його максимального значення за рахунок оптимізації підбору обладнання сонячної електростанції і його ефективного розташування.
• Розробка архітектурно-будівельних проектів будинків з системами BIPV. Більшість проектів з використанням BIPV наразі мають «штучний» характер через те, що більшість архітектурних бюро мають відносно низький рівень практичного досвіду проектування таких рішень. Втім, прийняття єдиного стандарту суттєво спростило проєктування, і інженери тепер можуть оперувати знайомими поняттями і визначеннями.

Послуги Авенстон по впровадженню BIPV систем

Встановлення BIPV-систем є відносно новим сегментом, тому потребує підвищення кваліфікації будівельників (монтажників). Компанія Авенстон готова провести навчання, надати консультаційні та практичні послуги як на етапі проектування житлового будинку або офісної будівлі, так безпосередньо при виконанні будівельно-монтажних робіт. Наші фахівці забезпечать як правильну (з архітектурно-будівельної точки зору) установку BIPV – систем, так і грамотне їх підключення як до електросистеми будинку, так і загальної електромережі.

Авенстон займається проектуванням і будівництвом BIPV сонячних електростанцій. Ми маємо досвід встановлення сонячних батарей на дахах, фасадах, а також на різних конструкціях типу навісів. Авенстон надає всі необхідні послуги для успішної реалізації проектів з будівництва сучасних BIPV систем. Ми брали участь у будівництві першого в нашій країні об’єкта такого типу – дахової BIPV сонячної електростанції. Авенстон є партнером і постачальників продукції від провідних світових виробників, а наші фахівці мають кваліфікації, необхідної для правильного розрахунку і підбору обладнання під потреби конкретного проекту. Якщо вас зацікавила тема дахових і фасадних сонячних електростанцій BIPV, будь ласка, звертайтеся в компанію Авенстон.