Згідно звіту SEIA (Solar Energy Industries Association) найбільше зростання монтажу фотоелектричних установок в останні роки було відзначено в сегменті приватних домашніх сонячних електростанцій. В середньому, щорічно протягом 2014-2016 років збільшення потужності сонячних електроустановок склало близько 50-60%. У будинках, які використовують енергію сонця, переважна більшість робить це за допомогою стаціонарних дахових сонячних електростанцій. При цьому, разом з ростом ринку, чітко можливо відщначити дві основні тенденції:
Виробники, прагнучи задовольнити запити споживачів, пропонують комплексні рішення, серед яких все більшою популярністю користуються інтегровані (вбудовані) в будівлі сонячні електростанції – BIPV (від англійського Building-integrated photovoltaics)
BIPV – це фотоелектричні модулі, які не тільки служать для генерації електрики, але і є повноцінною частиною будинку в якості стінового матеріалу чи покрівельного покриття, можуть бути виконані в якості навісів, козирків та інших архітектурних елементів. При цьому слід відрізняти два поняття:
Експерименти з BIPV почалися в 1970 році, коли, власне, і з’явився цей термін – тоді фотоелементи, армовані алюмінієм, вперше вбудували в покрівлі та карнизи будинків. Через недосконалість технологій, перш за все – виробництва фотоелектричних модулів, таке рішення в цілому виявилося досить малоефективним. Надалі експерименти продовжилися, використовувалися як різні технологічні, так і архітектурні рішення, але тільки останнім часом ця невелика і слаборозвинена ніша почала формуватися в окремий сегмент ринку сонячної енергетики.
Такий розвиток пов’язаний, перш за все, з розробкою і вдосконаленням технології тонкоплівкових гнучких сонячних модулів. Саме вони, на думку фахівців, почнуть відігравати основну роль на ринку BIPV, оскільки крім більш високої продуктивності в порівнянні з моно- і полікристалічний панелями, вони мають різну ступінь прозорості, а також можуть випускатися в різних за кольором рішеннях. Це дає можливість проектувальникам як розширити традиційну архітектуру, так і гармонійно вписати високотехнологічні елементи в традиційні архітектурні стилі, перетворивши будинок в естетично привабливу енергогенеруючу структуру.
За оцінками міністерства енергетики США, в довгостроковій перспективі використання систем BIPV може забезпечити до 50% енергетичних потреб Сполучених Штатів. Попит на системи BIPV на тлі постійного зниження вартості фотоелектричних модулів постійно розширюється, при цьому мова йде не тільки про створення енергогенеруючої системи. Споживачі зацікавлені в отриманні комплексної системи, яка зможе забезпечити максимальну енергонезалежність об’єкта. Ринок BIPV досяг деякої точки, після якої він готовий до стрімкого розвитку. Але перед цим необхідно вирішити кілька критично важливих питань.
Нові продукти BIPV, які імітують зовнішній вигляд традиційних будівельних матеріалів, при цьому в повній мірі виконуючи властиві їм функції, розглядаються в якості єдиного інтегрованого матеріалу, який повинен мати власні стандарти. Які, з одного боку, повинні відповідати вимогам будівельних (тобто структурно-механічними параметрами), а з іншого – відповідати електротехнічним стандартам, розроблених Міжнародною Електротехнічній Комісією.
Великим проривом в цій області можливо вважати вступ в дію нового європейського стандарту – EN 50583, який визначає параметри BIPV. Перш за все, в цьому стандарті дано точне і однозначне визначення BIPV – інтегрованими фотоелектричними панелями будуть вважатися тільки ті, які після вилучення їх з будівлі повинні бути обов’язково замінені на інші будівельні матеріали або конструкції, щоб уникнути порушення цілісності будівлі. Саме в цьому і полягає ключова особливість стандарту EN 50583 – він дає чіткі визначення і окреслює параметри BIPV, які фактично отримують рівні права з традиційними будівельними матеріалами.
Крім того, стандартом чітко визначені функції, які можуть виконувати сонячні електростанції (фотоелектричні модулі), виступаючи в якості частини будівельної конструкції:
Проблеми проектування будинків з BIPV можна умовно розділити на дві групи:
Встановлення BIPV-систем є відносно новим напрямком, тому потребує підвищення кваліфікації будівельників. На сьогоднішній день 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.
Багато власників приватних будинків, які зацікавлені в переході на використання поновлюваних джерел енергії, були змушені відмовитися від своїх бажань через низьку естетичну привабливості і громіздкість звичайних сонячних панелей. Використання BIPV сонячних установок в якості функціональних будівельних матеріалів відкривають нові можливості для архітектурних рішень.
На сьогоднішній день – одне з найбільш обговорюваних, але ще активно не поширених рішень, при якому цементні або глиняні плитки замінюються на даху будівлі на фотоелектричні модулі, зо зовнішньо виглядають практично аналогічно.
У жовтні 2016 року голова компанії Tesla Motors Ілон Маск анонсував «сонячний дах» – фотоелектричні модулі, які можуть замінити звичайну або металочерепицю. Заявлено, що «сонячна черепиця» буде представлена на ринку в чотирьох варіантах: матове скло, шиферна, тосканська і текстурована. Вони будуть виготовлятися з кварцового скла, тому по своїй надійності і довговічності будуть в 2-3 рази перевищувати бетонні, глиняні або металеві аналоги. При цьому їх ефективність буде складати 98% в порівнянні зі звичайними сонячними панелями. «Електрична» черепиця здатна пропускати сонячне світло, але при цьому виглядає непрозорою, якщо дивитися на неї не під прямим кутом. Саме тому сонячні панелі, виготовлені у вигляді черепиці, візуально не відрізняються від звичайної звичної покрівлі, чим вигідно відрізняються від нинішніх дахових сонячних електростанцій. При цьому Маск анонсував, що вартість «сонячної черепиці» з часом стане порівнянна з традиційним покрівельним покриттям. Перші зразки повинні з’явитися на ринку вже влітку 2017 року.
Правда, за своїми розмірами черепиця-фотомодуль дещо більше стандартної черепиці – це дозволяє скоротити кількість електричних з’єднань і підвищити надійність електросистеми в цілому. На користь черепиці говорить і той факт, що вага фотоелектричних модулів менше, ніж бетонної або керамічної плитки, а значить дозволяє зробити легше конструкцію покрівлі, знизити вимоги до несучої здатності стін і фундаменту. Як наслідок – привести до зниження витрат на будівництво будинку в цілому.
Один з найпопулярніших у будівельників матеріалів для дахових покриттів – це різні варіанти рулонних покриттів на основі бітуму або як її ще називають – м’яка черепиця. Зараз виробники готові запропонувати аналогічний тонкоплівковий ламінат, який поєднує в собі властивості бітумного покриття і сонячної батареї. Це довгі смуги, основна перевага яких – мінімальна кількість електричних з’єднань. Додатковий плюс – їх установка майже повністю повторює процес монтажу традиційних бітумних покрівельних покриттів, що відкриває перед фотоелектричними елементами рулонного типу великі перспективи в плані установки при проведенні ремонту або заміни покрівельного матеріалу.
Останнім часом спостерігається стійкий інтерес серед сучасних архітекторів до використання сонячних батарей в якості фасадних панелей, що дозволяє створювати інноваційні, естетично привабливі фасади будівель.
Перспективність цього напрямку обумовлена двома факторами. Перший – встановлення сонячних панелей на стінах будинків активно проводилася в BАPV- системах. Другий – собівартість фасадних панелей за вартістю не набагато вище, ніж вироблених за технологією BIPV, тому їх установка не приведе до істотного зростання витрат на зведення будівлі.
Один з напрямків, що давно і активно розробляються, адже це один з найбільш перспективних ринків. Згідно досліджень, на комерційні будівлі в США припадає близько 40% від всієї споживаної електроенергії і власники будівель зацікавлені в зниженні оплати за спожиту електрику. За прогнозами, установка «сонячних» вікон дозволить на 30-50% покрити потреби хмарочоса в електроенергії. При вдосконаленні технології цей відсоток буде рости.
Для встановлення «сонячних» вікон використовують прозорі тонкоплівкові сонячні батареї, які наносяться просто поверх скла – це найпростіша модель. Основна її проблема закладена в протиріччі – робота сонячної батареї заснована на поглинанні і перетворенні сонячної енергії. Чим більше батарея поглине сонячної енергії, тим менше сонячного світла потрапить всередину кімнати. Фактично, частина сонячної енергії, перетвореної в електрику, особливо в ранкові та вечірні години, доведеться перенаправити на отримання прийнятного рівня внутрішньої освітленості. З іншого боку, в літній час і в денний час часткове затінення грає позитивний ефект, знижуючи теплове навантаження на приміщення і дозволяючи знизити енергоспоживання на кондиціонування приміщення.
Основна проблема – низька продуктивність прозорих тонкоплівкових сонячних батарей, яка зараз максимально становить близько 7%, істотно програючи традиційним сонячним батареям з кристалічного кремнію. На сьогоднішній день йдуть активні розробки альтернативних варіантів «сонячних вікон», при яких фотоелектричні елементи стають безпосередньою частиною скла.
На сьогодні найбільш ефективними з точки зору ціна/якість серед BIPV рішень є системи, побудовані на основі кремнієвих кристалічних модулів glass/glass, які поєднують в собі дешевизну традиційних сонячних панелей і естетичний вигляд тонкоплівкових модулів. Саме glass/glass панелі будуть найбільш затребувані на ринку в найближчі 2-3 роки.
Перш за все, модулі glass/glass здатні витримувати дуже великі навантаження – близько 8000 Ра. Для порівняння, такий тиск на покрівлю будинку створює шар снігу товщиною близько 8 м. За цим показником модулі скло/скло в 1,5 перевершують стандартні сонячні установки. Відзначимо і інші переваги: