Интегрированные в здание фотоэлектрические системы (BIPV): помимо ценности и проблем, связанных с самими компонентами

Интегрированная в здания фотоэлектрическая энергетика (BIPV) часто рассматривается как область, где недостаточно конкурентоспособная фотоэлектрическая продукция пытается выйти на рынок. Однако Бьорн Рау, технический руководитель и заместитель директора PVcomB в Helmholtz-Zentrum Berlin, считает, что эта точка зрения может быть несправедливой. Он отметил, что недостающее звено в процессе внедрения BIPV находится на стыке строительной отрасли, строительного сектора и производителей фотоэлектрических систем.

Из журнала PV

Стремительное развитие фотоэлектрической отрасли за последнее десятилетие привело к тому, что её годовая установленная мощность на мировом рынке достигла приблизительно 100 гигаватт (ГВт-пик), что означает, что ежегодно производится и продаётся от 350 до 400 миллионов солнечных модулей. Однако их интеграция в здания остаётся узкоспециализированным рынком. Согласно недавнему отчёту исследовательского проекта ЕС «Горизонт 2020» (PVSITES), в 2016 году лишь около 2% установленной мощности фотоэлектрических систем было интегрировано в ограждающие конструкции зданий. Эта небольшая цифра особенно впечатляет, учитывая, что более 70% мирового потребления энергии и примерно от 40% до 50% выбросов парниковых газов приходится на городские районы.

Для решения проблемы парниковых газов и стимулирования локальной выработки электроэнергии Европейский парламент и Совет в 2010 году приняли Директиву 2010/31/EU об энергоэффективности зданий, в основе которой лежит концепция «Здания с практически нулевым потреблением энергии (NZEB)». Эта директива распространяется на все новые здания, построенные после 2021 года. Директива вступила в силу в начале этого года для новых зданий, в которых будут размещаться государственные учреждения.

Инструкция не предусматривает конкретных мер для достижения уровня NZEB. Владельцы зданий могут рассмотреть такие меры по повышению энергоэффективности, как утепление, рекуперация тепла и энергосберегающие решения. Однако, поскольку общий энергетический баланс зданий является целью регулирования, активная генерация электроэнергии внутри или вокруг зданий имеет решающее значение для соответствия стандартам NZEB.

Потенциал и проблемы

Нет сомнений, что фотоэлектрические системы будут играть важную роль в будущем архитектурном проектировании или реконструкции существующей инфраструктуры зданий. Стандарт NZEB станет движущей силой достижения этой цели, но не единственным фактором. Интегрированные в здания фотоэлектрические системы (BIPV) могут использоваться для активации существующих зон или поверхностей для генерации электроэнергии, что позволяет добавлять фотоэлектрические системы в городских районах без необходимости в дополнительном пространстве. Потенциал чистой электроэнергии, вырабатываемой интегрированными фотоэлектрическими системами, огромен. Как обнаружил Институт Беккереля в 2016 году, в Германии потенциальная доля генерации BIPV в общем спросе на электроэнергию превышает 30%, а в более южных странах (например, в Италии) она даже близка к 40%.

Но почему решения BIPV до сих пор играют лишь второстепенную роль в солнечной энергетике? Почему их до сих пор редко рассматривают в строительных проектах?

Чтобы ответить на эти вопросы, Центр Гельмгольца по материалам и энергии (HZB) в Берлине (Германия) в прошлом году организовал семинар и провел обсуждение с заинтересованными сторонами из различных областей BIPV, проведя анализ требований. Результаты показывают, что проблема не связана с отсутствием технологий как таковым.

На семинаре HZB многие специалисты строительной отрасли, работающие над новыми или реконструируемыми проектами, признали пробел в знаниях о потенциале BIPV и сопутствующих технологиях. Большинство архитекторов, планировщиков и владельцев зданий просто не обладают достаточной информацией для интеграции фотоэлектрических технологий в свои проекты. В связи с этим у людей возникает множество опасений по поводу BIPV, таких как недостаточная привлекательность дизайна, высокая стоимость и чрезмерная сложность. Чтобы преодолеть эти очевидные недопонимания, необходимо уделять первостепенное внимание потребностям архитекторов и владельцев зданий, а также пониманию того, как эти заинтересованные стороны относятся к BIPV.

Трансформация способа мышления

BIPV во многих аспектах отличается от традиционных солнечных систем, размещаемых на крышах зданий, которые не требуют ни многофункциональности, ни эстетических соображений. Если производители хотят разрабатывать продукты для интеграции в строительные элементы, им необходимо переосмыслить свои подходы. Архитекторы, строители и пользователи зданий изначально ожидали, что ограждающие конструкции будут выполнять стандартные функции. С их точки зрения, выработка электроэнергии — лишь дополнительный атрибут. Кроме того, разработчикам многофункциональных BIPV-компонентов необходимо учитывать следующие аспекты:

• Разработать экономически эффективные индивидуальные решения для солнечно-активных строительных компонентов с различными размерами, формами, цветами и прозрачностью;

• Устанавливать стандарты и предлагать привлекательные цены (желательно применимые к зрелым инструментам планирования, таким как информационное моделирование зданий (BIM));

• Благодаря интеграции строительных материалов и компонентов для генерации электроэнергии фотоэлектрические компоненты интегрируются в новый тип фасадных компонентов.

• Обладает высокой толерантностью к временным (локальным) теням;

• Обеспечить долгосрочную стабильность, обратить внимание на долгосрочное затухание выходной мощности, а также на долгосрочную стабильность и ухудшение внешнего вида (например, стабильность цвета);

• Разработать планы мониторинга и технического обслуживания, адаптируемые к конкретным условиям на месте (с учетом высоты установки, замены неисправных компонентов или компонентов фасада);

• Соблюдать правовые и нормативные требования, такие как безопасность (включая противопожарную безопасность), строительные нормы, правила энергопотребления и т. д.