BIPV системы: особенности развития и применения

Согласно отчета SEIA (Solar Energy Industries Association) наибольший рост монтажа фотоэлектрических установок в последние годы был отмечен в сегменте частных домашних солнечных электростанций. В среднем, ежегодно в течение 2014-2016 годов увеличение мощности солнечных электроустановок составило порядка 50-60%. Из домов, которые используют энергию солнца, подавляющее большинство делает это при помощи стационарных крышных солнечных электростанций. При этом, вместе с ростом рынка, четко просматривается две основных тенденции:

  • Технологический фактор — увеличение эффективности частных солнечных электростанций, рост их мощности, а также создание систем, которые смогут обеспечить функционирование домохозяйств в полностью автономном режиме за счет установки емких накопительных систем и оптимизации процессов накопления/расходования электроэнергии.
  • Эстетический фактор – домовладельцы стремятся, чтобы фотоэлектрические модули как можно естественнее вписывались в архитектурное решение дома, соответствовали его стилистике, в которой он выдержан.

Производители, стараясь удовлетворить запросы потребителей, предлагают комплексные решения, среди которых все большей популярностью пользуются интегрированные  (встроенные) в здания солнечные электростанции – BIPV (от английского Building Integrated Photovoltaics).

Особенности развития BIPV систем

BIPV – это фотоэлектрические модули, которые не только служат для генерации электричества, но и являются полноценной  частью дома в качестве стенового материала, выполняя роль кровельного покрытия, могут быть выполнены в качестве навесов, козырьков и других архитектурных элементов.  При этом следует отличать два понятия:

  • BAPV – фотоэлектрические модули, которые можно рассматривать как дооборудование дома. Они монтируются тогда, когда возведение здания уже закончено, они выполняют свою основную и единственную функцию – генерирование электроэнергии путем преобразования солнечного излучения. Они могут быть демонтированы в любой момент, при этом целостность и надежность здания не пострадает. Самый простой и распространенный пример BAPV – это крышные солнечные электростанции, которые монтируются сверху на крышное покрытие.
  • BIPV – фотоэлектрические элементы интегрированы в здание, они выполняют те же функции, как и те элементы, на место которых они встроены – защищают дом от влаги, ветра, выполняют функции тепло- и звукоизоляции, при этом одновременно выполняя функции, характерные для солнечных панелей – выработку электроэнергии. Их установка планируется на этапе проектирования самого здания, их демонтаж возможет только при условии замены их на равноценные строительные материалы.

Эксперименты с BIPV начались в 1970 году, когда, собственно, и появился этот термин – тогда фотоэлементы, армированные алюминием, впервые встроили в крыши и карнизы зданий. Из-за несовершенства технологий, прежде всего – производства фотоэлектрических модулей, такое решение в целом оказалось достаточно малоэффективным. В дальнейшем эксперименты продолжились, использовались как различные технологические, так и архитектурные решения, но только в последнее время эта небольшая и слаборазвитая ниша начала формироваться в отдельный сегмент рынка солнечной энергетики.

Такое развитие связано, прежде всего, с разработкой и совершенствованием технологии тонкопленочных гибких солнечных модулей. Именно они, по мнению специалистов, начнут играть основную роль на рынке BIPV, поскольку кроме более высокой производительности по сравнению с моно- и поликристаллическими панелями, они имеют различную степень прозрачности, а также могут выпускаться в различных цветовых решениях. Это дает возможность проектировщикам как расширить традиционную архитектуру, так и гармонично вписать высокотехнологичные элементы в традиционные архитектурные стили, превратив дом в эстетически привлекательную энергогенерирующую структуру.

По оценкам министерства энергетики США, в долгосрочной перспективе использование систем BIPV может обеспечить до 50% энергетических потребностей Соединенных Штатов. Спрос на системы BIPV на фоне постоянного снижения стоимости фотоэлектрических модулей постоянно расширяется, при этом речь идет не только о создании энергогенерирующей системы. Потребители заинтересованы в получении комплексной системы, которая сможет обеспечить максимальную энергонезависимость объекта. Рынок BIPV достиг некоторой точки, после которой он готов к стремительному развитию. Но перед этим необходимо решить несколько критически важных вопросов.

Технические и строительные стандарты

Новые продукты BIPV, которые имитируют внешний вид традиционных строительных материалов, при этом в полной мере выполняя присущие им функции, рассматриваются в качестве единого интегрированного материала, который должен иметь собственные стандарты. Которые, с одной стороны, должны отвечать требованиям строительным (то есть структурно-механическим параметрам), а с другой – отвечать электротехническим стандартам, разработанных Международной Электротехнической Комиссией.

Большим прорывом в этой области можно считать вступление в действие нового европейского стандарта — EN 50583, который определяет параметры BIPV. Прежде всего, в этом стандарте дано точное и однозначное определение BIPV – интегрированными фотоэлектрическими панелями будут считаться только те, которые после извлечения их из здания должны быть обязательно заменены на другие строительные материалы или конструкции, чтобы избежать нарушения целостности здания. Именно в этом и заключается ключевая особенность стандарта EN 50583 – он дает четкие определения и очерчивает параметры BIPV, которые фактически получают равные права с традиционными строительными материалами.

Кроме того, стандартом четко определены функции, которые могут выполнять солнечные электростанции (фотоэлектрические модули), выступая в качестве части строительной конструкции:

  • Обеспечение механической сопротивляемости и структурной целостности здания
  • Защита от агрессивных погодных условий: снега, дождя, града, ветра.
  • Обеспечение энергетической экономичности – теплоизоляция, уровень освещенности, затенение.
  • Увеличение пожароустойчивости.
  • Соблюдение норм звукоизоляции.
  • Использование в качестве разделителя между внутренними и внешними помещениями.

Проблемы проектирования и строительства

Проблемы проектирования домов с BIPV можно условно разделить на две группы:

  • Оптимизация расположения фотоэлектрических модулей с целью получения максимальных объемов генерации электроэнергии. Имеющееся на сегодняшний день программное обеспечение позволяет с высокой точностью провести расчет возможных объемов генерации, а также добиться его максимального значения за счет правильного подбора элементной базы солнечной электростанции и их расположения.
  • Разработка архитектурно-строительных проектов домов с BIPV. Имеющиеся на сегодняшний день проекты с использованием BIPV – систем имеют «штучный» характер, большинство архитектурных бюро имеют минимальный уровень проектирования зданий с использованием BIPV –технологий. Впрочем, принятие единого стандарта уже значительно упростило работу проектировщикам, которые могут теперь оперировать знакомыми понятиями и определениями.

Услуги Авенстон по внедрению BIPV систем

Установка BIPV-систем является относительно новым направлением, поэтому потребует повышения квалификации строителей. На сегодняшний день компания Авенстон готова провести обучение, предоставить консультационные и практические услуги как на этапе проектирования жилого дома или офисного здания, так непосредственно при выполнении строительно-монтажных работ. Наши специалисты обеспечат как правильную (с архитектурно-строительной точки зрения) установку BIPV – систем, так и грамотное их подключение как к электросистеме дома, так и общей электросети.

Авенстон занимается проектированием и строительством BIPV солнечных электростанций. Мы имеем опыт установки солнечных батарей на крышах, фасадах, а также на различных конструкциях типа навесов. Авенстон оказывает все необходимые услуги для успешной реализации проектов по строительству современных BIPV систем. Мы принимали участие в строительстве первого в нашей стране объекта такого типа — крышной BIPV солнечной электростанции. Авенстон является партнером и поставщиков продукции от ведущих мировых производителей, а наши специалисты обладают квалификацией, необходимой для правильного расчета и подбора оборудования под нужды конкретного проекта. Если вас заинтересовала тема крышных и фасадных солнечных электростанций BIPV, пожалуйста, обращайтесь в компанию Авенстон.