Энергообеспечение фотопанелями

Добавленные и интегрированные фотоэлектрические панели

Существует два основных варианта применения фотоэлектрических панелей в здании:

• добавление фотоэлектрических панелей поверх ограждающей конструкции здания (building added photovoltaics, BAPV);
• замена частей ограждающих конструкций здания встраиваемыми фотоэлектрическими панелями (building integrated photovoltaics, ВІРУ).

Рисунок 4.3 - Здание оперы, Осло (Норвегия); проект Snohetta. Общий вид снаружи и элемент полосы из двустороннего стекла, являющейся фотоэлектрическим модулем
Если говорить об элементах, монтируемых поверх ограждающих конструкций, BAPV, то обычно для этих целей применяют традиционные фотоэлектрические модули с соответствующими системами монтажа. BAPV- модули включают в себя широкий спектр фотоэлектрических элементов, устанавливаемых на фасаде здания, а также ряд традиционных фотоэлектрических систем для монтажа на кровле - обычно после завершения строительства. К фотоэлектрическим модулям обычно не выдвигаются специальные требования, поскольку они не несут каких-либо дополнительных функций для здания. Достаточно проведения лишь ряда испытаний IEC с небольшими корректировками.

При этом фотоэлектрические модули, призванные заменить традиционные элементы ограждающих конструкций здания, должны компенсировать все функции удаляемого элемента. Это означает, что модуль, встраиваемый в ограждающие конструкции, BIPV должен удовлетворять большему числу требований, чем стандартный фотоэлектрический модуль. Стандарты, регулирующие этот вопрос, в настоящее время отсутствуют. По этой

причине система должна соответствовать нескольким нормативам: стандарту по электротехническим требованиям (см. Директиву по низковольтному оборудованию 2006/95/IEC или стандарты CENELEC), а также стандартам по строительным изделиям (см. Директиву ЕС по строительным изделиям CPD 89/106/ЕЕС, например EN ISO 12543).

Рисунок 4.4 - Размещение модуля поверх конструкции. Каждый модуль можно испытывать отдельно, т. к. их работа не связана друг с другом

Рисунок 4.5 - Фотоэлектрическая установка, все элементы которой являются частью кровли здания (Ферма в Морисвиле)

Однако если соответствие стандартам IEC гарантируется производителем фотоэлектрического модуля и указывается в его паспорте, то строительные требования до сих пор не включены в процедуру сертификации и маркировки модулей. Для единообразия стандартов CENELEC запустил проект «prEN 50ХХХ: Фотоэлектрические элементы зданий» (CLC/TC 82), который основан на работе Технического комитета по электротехнической стандартизации и целью которого является «подготовка европейских стандартов для систем и элементов преобразования солнечной энергии в электрическую, а также для всех составляющих единой фотоэлектрической системы». В проекте стандарта определено несколько категорий его применения, которые подразделяются в соответствии с обязательными требованиями Директивы ЕС по строительным изделиям: механическая прочность и надежность, пожаробезопасность, санитарно-гигиенические и экологические требования, безопасность эксплуатации, защита от шума, энергоэкономичность и теплозащита.

Для ликвидации этого пробела и помощи производителям фотоэлектрических систем в вопросе сертификации качества продукции Швейцарский центр испытаний фотоэлектрических модулей разрабатывает ВІРV-методику, которая должна охватывать все законодательные требования ЕС. Прежде всего, интегрированные фотоэлектрические модули не должны рассматриваться как автономные элементы; они являются частью ограждающей конструкции здания (к примеру, черепица на кровле). Результаты проводимых испытаний должны убедить домовладельцев в том, что встроенные в кровлю фотоэлектрические модули, например «солнечная черепица», восполняют функции ограждающей конструкции по механической прочности, пожарной безопасности и герметичности всей системы. Крайне важную роль играют также элементы крепежа, для которых тоже необходимо проводить специальные испытания. Испытание на прочность «солнечной черепицы». В стандарте IEC 61215 описан процесс испытания фотоэлектрических модулей, встраиваемых в кровлю здания (таких как «солнечная черепица»). Для этого под нагрузкой 2 400 Па (в соответствии со стандартом IEC) испытывался не только модуль, но также и системы крепежа, зажимных приспособлений и монтажных конструкций. Для проведения эксперимента вся конструкция была помещена в камеру для испытаний на нагрузку. На конструкции модуля, крепежных и зажимных приспособлениях было размещено до шести датчиков, фиксирующих отклонение по вертикали с погрешностью до 0,5 мм.

Рисунок 4.6 - Пример испытания на прочность для модулей «солнечной черепицы»

Испытания всей конструкции в реальных условиях указывают на слабые места оборудования и проблемы крепления модулей друг с другом и с ограждающей конструкцией.

Встраиваемые фотоэлектрические модули (BIPV) являются электрическими установками, поэтому они должны соответствовать стандартам по электрическим системам. Кроме этого, поскольку данные модули являются в то же время элементом ограждающей конструкции здания, они должны соответствовать требованиям строительных стандартов. Стандарт prEN 50583 призван объединить существующие требования, а также ликвидировать пробелы в нормативной документации.

Рисунок 4.7 - BIPV-фасад в Швейцарии

На южной стене Научно-исследовательского центра в Невшателе (Швейцария) появился солнечный фасад. Интегрированные в него солнечные панели сделаны по экспериментальной технологии, разработанной компанией Meyer Burger. Фасад создан с использованием технологии высокоэффективных гетеропереходов для солнечных панелей (HJT) и «умной» системы соединения панелей SmartWire (SWCT).

Фотоэлектрический фасад отличается элегантным дизайном своих модулей. Благодаря практически невидимым соединительным элементам солнечные модули фасада образуют почти однородную поверхность на протяжении 633 кв. м. Всего на реализацию этого проекта ушло 18 месяцев, а финансированием строительства занимались власти города, энергоснабжающая      компания Viteos       и научный центр CSEM.

Инновационные технологии позволили добиться высокой энергоэффективности фасада и гарантировали максимальный выход энергии даже при очень высоких температурах.

По словам специалистов из Meyer Burger, интегрированные в здание солнечные панели (BIPV) становятся строительным материалом, который прекрасно впишется в архитектурную стилистику любого здания. А применение в них новых технологий высокоэффективных гетеропереходов и умной системы соединения панелей SmartWire (SWCT) позволит увеличить производительность солнечных панелей в различных климатических зонах.

Новейшие солнечные панели, созданные с применением этих технологий, станут доступны для массового потребителя в Швейцарии уже в середине 2016 года.