Особенности проектирования и технические стандарты BIPV системы
Солнечные электростанции при всех своих преимуществах имеют 2 существенных недостатка:
- Относительно высокая стоимость;
- Необходимость наличия свободного пространства.
И если первый вопрос постепенно решается техническими разработками, то из-за второй проблемы СЭС недоступны жителям большинства городов. Реально ли получать солнечную энергию в достаточном количестве без наличия большого участка и как это реализовать?
Что такое BIPV и для чего она нужна
BIPV (Building-integrated photovoltaics) — представляет собой конструкцию в которой фотоэлектрические панели используются не только в качестве источника энергии, но и как строительный материал. Проще говоря, BIPV предусматривает использование солнечных батарей в качестве навесов, стен, перекрытий, фасадных и других элементов здания, превращая последнее в своего рода электростанцию.
BIPV-система является одним из наиболее перспективных способов применения солнечных панелей и позволяет решить проблему необходимости крупных земельных участков для размещения СЭС. Такой подход позволит перестроить энергетическую систему, сделав каждое строение энергоэффективным.
Можно ли установить BIPV-солнечные батареи в Украине
Законодательство Украины не регулирует вопрос BIPV, поэтому ограничений по возведению зданий с интегрированными модулями у владельцев недвижимости нет. Однако нужно учитывать, что:
- Модули должны соответствовать тем же требованиям, что и строительные материалы;
- Для частных домохозяйств существует ограничение по максимальной совокупной мощности СЭС, которые скорее всего, распространяются и на BIPV.
В остальном же, разнообразие форм и конструкций современных солнечных модулей позволяет использовать их в конструкции зданий в качестве:
- Стен и перегородок — понадобятся панели солнечные, стандарта “стекло/стекло” или дополнительно усиленные кремниевые аналоги. Эти модули крепятся на заранее подготовленный каркас и фактически составляют стену строения.
- Крыш — перекрытия могут покрываться фотоэлектрической пленкой или твердыми, но гибкими многослойными пленочными модулями;
- Навесов — для них пригодны как гибкие пленочные, так и жесткие кремниевые конструкции, устанавливаемые на прочный металлический каркас;
- Окон — пленочные панели имеют прозрачность, сопоставимую с тонированным стеклом, поэтому успешно применяются в качестве окон или вместо стеклянных элементов фасада.
Сколько стоят солнечные панели для BIPV
Для возведения интегрированных энергетических систем могут применятся кремниевые или тонкопленочные солнечные модули:
- Кремниевый элемент, как правило, устанавливается между двух герметично запаянных стеклянных плит, чтобы соответствовать стандартам предъявляемым к BIPV-панелям. Стоимость одного модуля размером примерно 1,6х1 м и мощностью в 250 Вт составляет 150-160 долларов.
- Тонкопленочные панели в строительстве могут использоваться либо на стеклянной основе либо в виде многослойных гибких модулей. Последний тип актуален для навесов и фасадов с плавными линиями. Стоимость тонкопленочного аналога 1,2х1 м составляет 230-250 долларов.
Соответственно, чтобы определить расход на фасад или крышу дома, нужно исходя из площади поверхности вычислить количество необходимых модулей. Это базовая стоимость BIPV-системы, дополнительно также стоит учитывать строительные расходы — крепежные элементы, фиксаторы, каркас и т.д.
Важно: стоимость модуля может существенно отличатся в зависимости от технических характеристик. Чем выше прочность, устойчивость к ветру и осадкам и срок эксплуатации батареи, тем дороже она будет стоить.
В чем преимущества встроенного солнечного модуля
Применение и постепенное распространение BIPV-систем обусловлено рядом преимуществ данной технологии:
- Компактность — интегрированные в здания электростанции не занимают земельные участки. То есть эффективная площадь СЭС будет возрастать с ростом высотности построек, а не их количества, что соответствует общей тенденции развития современных городов.
- Многофункциональность — BIPV-элемент одновременно выполняет функцию и энергогенерирующей системы и строительного материала, поэтому здание, возведенное по BIPV-технологии будет не только прочным, но и энергоактивным.
- Экономическая выгода — проявляется в возможности продавать излишки произведенной энергии, что особенно актуально для многоэтажных зданий с большой площадью фасада. Кроме того, строения с интегрированной СЭС обойдутся дешевле чем возведенные по стандартной технологии здания с дополнительно установленными модулями.
- Энергоэффективность — когда в роли генератора выступает фасад или крыша дома, расстояние между производителем и потребителем энергии сокращается до минимума. Это снижает энергопотери при транспортировке и исключает посредников, требующих платы за свои услуги.
Среди плюсов BIPV также стоит выделить разнообразие форм и размеров панелей, которое появилось после разработки пленочных конструкций и снижения стоимости производства кремниевых модулей. Благодаря этому фактору архитекторы и инженеры не ограничены при проектировании зданий с BIPV-системой.
Может ли использоваться батарея солнечная в качестве строительного материала
Первые случаи применения солнечных батарей для возведения зданий зарегистрированы в США вначале 70-х. Из-за отсутствия технологий и стандартов работы с BIPV, такие конструкции представляли собой зафиксированные на металлическом каркасе обычные кремниевые модули.
Собственно, стандарты для BIPV-модулей появились относительно недавно, однако развитие технологий способствовало и изменению подхода к строительству. В начале 2000-х на рынок вышли первые тонкопленочные модули, отличающиеся гибкостью, прозрачностью и небольшим весом. Сейчас эти конструкции на стеклянной или пластиковой основе применяются в качестве прозрачных навесов или окон, а их гибкость сняла возможные ограничения для архитекторов.
После появления в ЕС стандарта к BIPV (чуть ниже) возникла необходимость повышения механических и изоляционных качеств батарей, поэтому появились уже упоминаемые конструкции типа “стекло/стекло” с дополнительной защитой на солнечной батарее. Их прочность и долговечность позволяет устанавливать панели в качестве стен, перегородок и перекрытий.
Стандартные кремниевые батареи в BIPV используются редко и только при наличии усиленной конструкции, соответствующий установленным требованиям.
Каким требованиям должны соответствовать BIPV модули для солнечных батарей
Основным нормативным актом, регулирующим деятельность по возведению встроенных солнечных систем является стандарт EN 50583, принятый в рамках ЕС в 2016-м году. Данный стандарт дает определение BIPV, выдвигает требования для классификации модуля, как части BIPV и предоставляет описания различных типов модулей.
Так BIPV-модулем, считается только та панель, которую невозможно извлечь из общей конструкции здания без ее замены аналогичным строительным материалом. То есть — один из важнейших критериев — реальная, а не номинальная интеграция в структуру постройки.
Однако одной лишь интеграции мало, BIPV-панель, также должна:
- Улучшать теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства;
- Отделять внутренние помещения здания от внешнего пространства или выполнять функцию перегородки;
- Защищать от атмосферных и погодных явлений;
- Обеспечивать структурную целостность постройки;
- Улучшать пожароустойчивость здания;
То есть, выполнять все те же функции, что и обычные строительные материалы.
Точные требования по механической нагрузке, ветроустойчивости и способу крепления приводятся в EN 50583 в виде целого перечня BIPV-структур различного типа. В большинстве случаев эти стандарты схожи со стандартами предъявляемыми для стеклянных конструкций.
На государственном уровне, акт регулирующий вопросы, связанные с BIPV отсутствует т.к. законодательно не существует понятия интегрированных энергетических систем. Но при проверке, скорее всего будут использоваться требования для стеклянных конструкций, установленные ДСТУ-Н Б В.2.6-83:2009.
Можно ли получать достаточно электричества от солнечных батарей
Производительность BIPV-системы фактически зависит от тех же факторов, что и эффективность традиционных СЭС. Среди них:
- Количество и продолжительность солнечных дней;
- Наличие препятствий в виде построек или деревьев;
- Наличие и отсутствие затенений;
- Правильно подобранная сторона размещения модулей.
Инженер или архитектор, имеющий опыт работы с BIPV учитывает эти особенности при проектировании здания. Конечно, некоторые модули будут работать с большим КПД, некоторые с меньшим (не все же панели можно поместить на юго-востоке), но при правильном расчете площади элементов, строение всегда будет получать солнечное электричество в необходимом объеме.
Главная же проблема с BIPV-конструкциями в Украине состоит в низкой освоенности технологии. Услуги по монтажу BIPV предоставляют единичные компании, занимающиеся системами альтернативной энергетики и если архитектурный вопрос еще можно попытаться решить самостоятельно, то найти мастеров, умеющих работать с солнечными модулями крайне сложно.
Другим немаловажным фактором является брак материалов. Особенно это актуально для гибких многослойных пленочных модулей, производство которых в Украине ограничено, а импорт невыгоден из-за высокой себестоимости.
Впрочем, эти проблемы вызваны малой распространенностью технологий и при актуализации вопроса об энергоэффективности строений спрос на BIPV вырастет, что приведет к увеличению числа специализирующихся предприятий.
КПД солнечных батарей BIPV и преимущества системы
Номинальный КПД BIPV-модулей зависит от их типа — у тонкопленочных он составляет не менее 13-15%, у панелей типа “стекло стекло” не менее 19-20%. Фактическая же производительность зависит от факторов, указанных в предыдущем разделе.
На первый взгляд — немного, но если учитывать, что:
- Владелец тратится только на покупку и установку модулей;
- BIPV-панели выполняют функцию строительного материала;
- Для BIPV не требуется покупка земельного участка;
- Интегрированные системы отличаются низкими потерями и затратами на обслуживание.
Можно сделать вывод, что срок окупаемости такой системы может быть короче, чем стандартной наземной СЭС аналогичной мощности и площади. Срок также зависит и от назначения здания, ведь учитывается как себестоимость постройки, так и ее энергоэффективность. Поэтому коммерческое помещение окупится быстрее за счет сдачи его в аренду.
Единственный недостаток BIPV в Украине — небольшое количество компаний, занимающихся проектированием и возведением зданий из фотоэлектрических элементов. Альтшоп не предоставляет подобных услуг, однако у нас можно найти необходимые для постройки модули различного типа по приемлемой стоимости.