Новые солнечные батареи в виде черепицы

Многочисленные солнечные панели, установленные на крышах зданий и сооружений, точно так же, как и спутниковые антенны, вряд ли делают эти здания эстетически привлекательными как в городах, так и в деревнях. В стремлении устранить этот недостаток, инженеры, работающие в этой области, создают новые формы фотопреобразователей, принципиально отличающиеся от традиционных. Появились покрытия из так называемых ячеек Гретцеля, из полимерных пленок, появились солнечные батареи в виде черепицы. Это решение показалось настолько удачным, что сразу несколько производителей в мире решили осваивать это направление.

Интегрированные фотоэлектрические материалы – перспективное направление фотовольтаики

Научные центры ведущих производителей элементов солнечной фотовольтаики, разрабатывая новые полупроводниковые фотоэлектропреобразователи, передали в производство новые материалы, которые позволили выйти на принципиально новые решения в энергообеспечении зданий и сооружений. Эти материалы получили название «интегрированных фотоэлектрических (ИФЭМ)». Их назначение – использование в различных конструкциях кровли, фасадов, окон. Главное отличие этих материалов от обычных заключается в том, что, если обычные стройматериалы служат для крепления на них фотоэлектрических преобразователей, то интегрированные материалы сами преобразуют энергию солнечного света в энергию электрическую.

ПХВ-мембрана с интегрированными фотоэлектрическими преобразователями

Строители, получив в свое распоряжение интегрированные материалы, смогли существенно пересмотреть свои подходы к проектированию зданий и сооружений. Во-первых, появилась возможность снизить стоимость проектируемых объектов за счет того, что не нужно упрочнять основные несущие конструкции для крепления традиционных солнечных панелей. Во-вторых, сами интегрированные материалы, имея разнообразную структуру, окраску, функциональность, прекрасно могут вписываться в любой архитектурный облик здания, являясь более привлекательными с эстетической точки зрения, нежели традиционные гелиевые панели.

Кровля зданий на базе интегрированных фотоэлектрических материалов

В результате исследований и экспериментов было установлено, что для плоских крыш целесообразней использовать рулонные интегрированные материалы с тонкопленочными фотоэлектропреобразователями. Разработка дешевой технологии получения тонкопленочных модулей на базе селенида меди и индия (CIS), а также селенида меди, индия и галлия (CIGS) открыла для строителей широкие перспективы применения этих материалов. Сейчас промышленность может выпускать гелиевые модули площадью до двух и более квадратных метров, причем эти модули могут иметь различную фактуру поверхности и практически любого цвета, при этом модули эти могут выпускаться и в виде рулонов.

Интегрированная солнечная фотомембрана Solar Roof

Эти модули без каких-либо проблем могут быть нанесены практически на любую основу и способны генерировать электрический ток достаточно высокой мощности.

У этих гибких тонкопленочных фотоэлектрических модулей есть еще одно неоспоримое преимущество перед традиционными гелиевыми панелями – их небольшой вес. Один квадратный метр такого модуля весит чуть менее пяти килограммов. При таком весе нагрузка на конструкцию кровли уменьшается более чем в пять раз по сравнению с обычными солнечными батареями. Укладка таких модулей практически не отличается от укладки обычных модулей. Отличие заключается лишь в том, что после укладки модулей требуется подключить фотопреобразователи к энергосистеме здания.

Подключение солнечной черепицы к энергосистеме дома

Это подключение может быть либо через контроллер заряда к аккумуляторной батарее, либо через сетевой инвертор напрямую к электросети. Кровли из таких модулей достаточно долговечны. Срок их эксплуатации оценивается в 30 – 40 лет. Но строительные компании на изготовленные «солнечные крыши» обычно дают гарантию на 25 лет.

Для наклонных (скатных) крыш рекомендуется использовать гелиевые модули, выполненные в виде черепицы. Это так называемая «солнечная черепица», которая внешне очень похожа на обычную гибкую битумную черепицу. Такая черепица впервые в мире была изготовлена компанией Dow Chemical Company.

Солнечная черепица компании Dow Chemical

Сейчас в мире выпускается множество видов гелиочерепицы, причем количество этих видов увеличивается очень быстро. Солнечные фотоэлектропреобразователи выпускаются в виде жестких модулей, имеющих форму и размеры обычной черепицы. Выпускаются они также в виде конструкций с полужесткой структурой и несколькими кремниевыми солнечными ячейками, с габаритами, несколько превышающими габаритные размеры обычной черепицы. Ну, а новые фотоэлектрические преобразователи на базе тонких пленок выпускаются вообще в том виде, который пожелает заказчик, но при этом по размерам и по гибкости идентичны обычной черепице.

Солнечная черепица от ведущих производителей

Как уже было сказано, самым первым производителем солнечной кровельной продукции была американская компания Dow Chemical Company, которая в 2005 году представила свои первые образцы гелиевых фотопреобразователей, выполненных под черепицу. Свое детище компания назвала «Powerhouse» — «Электростанция». Нужно отметить, что по состоянию на конец 2005 – начало 2006 годов стоимость этой черепицы была значительно выше стоимости традиционных солнечных панелей. Но очевидная перспектива широкого применения этих модулей, которые легко могут быть интегрированы практически в любую черепичную крышу, была по достоинству оценена специалистами и другими потенциальными производителями.

Американская компания Centrain Teed, будучи главным конкурентом компании Dow Chemical в изготовлении солнечной битумной черепицы, применила для производства своей продукции фотоэлектрические преобразователи Uni-Solar, которые были предложены компанией United Solar Ovonic Corporation. Эти преобразователи состоят из трехслойного аморфного кремния, причем каждый слой последовательно осаждался на гибкую металлическую подложку. Преобразователи Uni-Solar наиболее распространены сейчас у фирм-изготовителей гелиевой черепицы.

Солнечная черепица Tegosolar

Именно их использует для производства фотоэлектрической черепицы итальянский концерн Tegola Canadese S.p.A. Назвав свою солнечную продукцию «Tegosolar», концерн предложил ее не только на европейском рынке, но и в России, а также в некоторых других странах СНГ. При изготовлении черепицы концерном используется фотопреобразователь типа PVL68, максимальная выходная мощность которого равна 68 ваттам.

Строения с черепицей Tegosolar

Преобразователи Uni-Solar при этом герметично ламинируются полимерами, стойкими к механическим воздействиям. Внешняя сторона покрывается полимером Tefzel, который свободно пропускает лучи в ультрафиолетовой части спектра, а с внутренней стороны – пленкой EVA.

Насколько быстро гелиевая фотовольтаика завоевывает все новые и новые рубежи, проще всего проследить за динамикой изменения стоимости одного киловатта, вырабатываемого при преобразовании солнечной энергии в энергию электрическую. Если совсем недавно $1 за один киловатт считалась фантастической и недосягаемой ценой, то сегодня ведущие производители выпускают компоненты, генерирующие солнечное электричество по цене $0,0299 за один киловатт. И это не только традиционные солнечные кремниевые панели, но и кровельные материалы, солнечная черепица.