Сгради с фотоволтаични модули

Как съвременните сгради се превръщат от потребители в производители на енергия

Последиците от глобалното замърсяване се проявяват с всеки изминал ден, показвайки катастрофалния ефект от нарушаването на екологичното равновесие. Затова и актуалността на техническите решения и технологиите, оползотворяващи възобновяемите енергийни източници става все по-голяма. Целта е ограничаване на използването на конвенционалните горива.

Тъй като сградите са сериозни потребители на електрическа енергия, интересът към разработването на решения за повишаване на енергийната им ефективност е много сериозен. Напоследък много се говори за т. нар. zero energy сгради, които се захранват единствено от възобновяеми енергийни източници, и дори продават неконсумираната за собствени нужди енергия на съответните дружества.
До момента, в който стартира практическото изпълнение на подобни проекти у нас, на дневен ред ще остане комплексът от мерки за ограничаване на потреблението на енергия в новоизграждащи се и в съществуващи сгради. Сред доказалите своята ефективност мерки са поставянето на добра топлоизолация, използването на енергийноефективни ОВК и електроинсталации, както и изграждането на колекторни и фотоволтаични (PV) системи. Обект на настоящата статия са съвременните възможности за интегриране на фотоволтаични системи в сградите, и по-специално във фасадите на жилищни и административни сгради.

Традиционен елемент от градската среда
Всеизвестен факт е, че фотоволтаиците превръщат слънчевата светлина в енергия, без да отделят вредни емисии в атмосферата. Макар и по-често поставяни върху покривите на сградите, съвременните фотоволтаични модули предлагат всевъзможни решения за интегриране във фасадите и покривните прозорци. Следвайки тенденциите в световен мащаб, вероятно не след дълго фотоволтаичните фасади ще се превърнат от интересен архитектурен елемент в традиционен фрагмент и от родната градската среда. Сред причините за това са безспорните им екологични предимства, както и изолационните им качества, които по нищо не отстъпват на конвенционалните фасадни модули.
 
 

Приложение на PV системите в сгради
 Макар и новост за България, интегрирането на фотоволтаични системи във фасадите на сградите е отдавна използван архитектурен инструмент в много държави по света. Освен че произвеждат електричество, този вид решения изпълняват и всички изисквания към фасадите по отношение на влаго-, топло- и шумоизолация. Генерираната електрическа енергия би могла да се използва, за да захранва най-разнообразни сградни приложения. Например за автоматично управление на щорите в сградата и/или на вентилационните устройства, за захранване на аварийното осветление и други. Фотоволтаични модули могат да се интегрират към фасадите и на вече съществуващи сгради, не само с цел подобряване на естетическия им вид. Разбира се, могат да бъдат и базов елемент от архитектурната концепция. Както вече бе подчертано, освен във фасадите, фотоволтаични модули могат да се инсталират и върху покрива, в прозорци в покривното пространство, в сенници, парапети на балкони, покривни конструкции на паркинги и много други.

Съвременни разработки на фотоволтаични клетки
Фотоволтаичните елементи обикновено се инсталират върху южната фасада на сградата. Състоят се от различни модули, изработени най-общо от кристален силиций или произведени на базата на тънкослойни покрития, изградени от слоеве полупроводникови материали с дебелина няколко микрометра. Обикновено слоевете са отложени върху закалено стъкло, което по желание на клиента може да бъде и оцветено. Добавянето на пластове стъкло върху базовия елемент на полупрозрачния фотоволтаичен модул добавя към функционалните характеристики на модулите и топло- и шумоизолация. Сред най-новите разработки са високоефективни модули, състоящи се от пакети отделни слънчеви клетки, поставени една върху друга с цел постигане на максимално улавяне и преобразуване на слънчевата енергия. Най-горният слой преобразува слънчевата светлина, съдържаща най-голямо количество енергия. Слоят пропуска свободно останалата слънчевата енергия към останалите слоеве, които я абсорбират и преобразуват. За производството на подобни високоефективни клетки широко се използва галиевият арсенид и неговите сплави, а така също аморфният силиций, медно-индиевият диселенид, галиево-индиевият фосфид и други.
Съществуват и разнообразни технологии за производство на т.нар. усъвършенствани слънчеви клетки. При някои от тях вместо от полупроводникови материали, слънчевите клетки се изработват от импрегниран със светлочувствителна боя слой от титаниев диоксид. Други нови технологии, например, се базират на използването на полимерни материали.
Фотоелектрическите модули се предлагат в различни типоразмери, които, на свой ред, могат да се комбинират и свързват, образувайки фотоелектрически системи с различни размери и изходна мощност.

Структура на фотоволтаичните системи
Наред с фасадните модули, фотоволтаичната система, интегрирана в една сграда, се състои още от носеща конструкция, контролер, акумулаторна батерия и инвертор. Контролерът осигурява оптимална работа на фотоволтаичните панели, като поддържа работната им точка винаги в зоната на максимална мощност. В немалък брой приложения контролерът осигурява и оптимален режим на заряд на акумулаторната батерия. Нейното предназначение е да акумулира излишната енергия, генерирана от фотоволтаиците през светлата част на денонощието, и да я отдава през нощта, поддържайки непрекъснато електрозахранването на консуматорите. Известно е, че към постояннотоковите шини биха могли да се свържат директно постояннотоковите консуматори. Такива са някои видове осветители, телевизори, радиоапарати, хладилници и други. Инверторът, от своя страна, преобразува постоянното напрежение в променливо с промишлена честота, което позволява директно захранване на всички консуматори, стандартно изпълнение. Разбира се, възможно е системата да бъде ограничена само до постояннотоковата си част, без инвертор и възможност за захранване на променливотокови консуматори. Такова е изпълнението на най-маломощните инсталации, например системи, предназначени за захранване на автоматични щори, временни осветители и др. Фотоволтаичните системи, интегрирани във фасадите на сградите, могат да бъдат свързани към електроразпределителната мрежа или да са обособени като самостоятелни източници на захранване.
Разнообразие от архитектурни
решения
За разлика от стандартните фасадни облицовки, фотоволтаичните модули се произвеждат изцяло по зададени от клиента стойности на размерите, формата и цвета. Те се интегрират успешно в “студени” “студено-топли” и “топли” фасади, покривни прозорци, системи за слънцезащита, балкони и зимни градини. По този начин се постига оптималното им интегриране в общия архитектурен замисъл на сградата.
Доскоро, в повечето случаи, предлаганите решения се отнасяха до студеноизолираните вътрешно вентилируеми фасади, при които различните функционални пластове трябваше да бъдат изпълнени поотделно. След вътрешния пласт, по правило, носещата и конвенционално топлоизолираната стена се монтираха като отделни елементи на соларните панели. Съвременните решения, достъпни и на нашия пазар, предлагат соларни топлоизолирани фасади, които оползотворяват слънчевата енергия и едновременно с това комбинират всички изолационни и защитни функции.
Следователно, вече не говорим за допълнително монтирани компоненти, а за технически и архитектурно интегрирани във фасадата елементи, които дават възможност за осъществяване на многообразни дизайнерски решения.