СВЕТлое будущее: фасады и кровли зданий, вырабатывающие электричество с помощью фотовольтаики, как перспективное энергоэффективное решение

Месяц назад в России была утверждена государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности» (постановление правительства РФ №1473 от 09.09.2023), направленная на снижение энергоемкости ВВП на 35% в 2035 году и увеличение полезного отпуска тепла и электричества при их производстве, передаче и потреблении во всех отраслях экономики. Строительство — не исключение. Пока конкретные мероприятия по всем направлениям этой стратегической «дорожной карты» еще разрабатываются, профильные проекты сейчас, к примеру, проходят стадию обсуждения с Минстроем России, отраслевым бизнесом и профсообществом. Но амбициозные цели по повышению уровня энергосбережения зданий уже поставлены. Так, согласно госпрограмме, к 2035-му в стране должно быть капитально отремонтировано с применением энергоэффективных технологий около 250 млн кв м недвижимости.

О важности этой задачи свидетельствует и недавний отчет Счетной палаты РФ. Проведенная аудиторами проверка итогов реализации прежних программных документов в сфере энергосбережения, действовавших последние 20 лет, показала, что обозначенные в них задачи так и остались на бумаге. В частности, из 44 целевых индикаторов и показателей для многоквартирных домов (МКД) и предприятий отрасли строительства и ЖКХ, предусмотренных госпрограммой «Энергоэффективность и развитие энергетики» от 2013 года, не достигнуто были 18 (!).  При том, что именно на такие объекты сегодня приходится почти четверть потребления энергоресурсов и формирования углеродного следа РФ. Самое «узкое место» — жилой сектор: среди уже возведенного в стране жилья энергоэффективным признано на данный момент только 3% от всего фонда МКД.

Вместе с тем, работа по повышению энергоэффективности зданий пусть пока медленно, но идет. Комментируя отчет «счетчиков», министр строительства и ЖКХ РФ Ирек Файзуллин заверил, что наряду с массовой установкой в МКД автоматизированных систем управления энергопотреблением и учета ресурсов сегодня уже активно внедряются и имеют высокий потенциал для дальнейшего развития различные новые технологии. К таковым глава Минстроя России отнес и решения по выработке солнечной и ветровой энергии для покрытия части потребности зданий в электричестве.

Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) действительно может стать одним из самых перспективных и эффективных направлений энергосбережения в МКД. И рост цен на традиционные энергоресурсы только подогревает интерес к альтернативным вариантам. Ведь солнце и ветер будут существовать всегда, а главное — они бесплатны.

Сегодня большими наземными и кровельными солнечными «фермами» даже в России, где на долю ВИЭ в целом приходится всего 1,5-2% установленных энергомощностей, уже никого не удивишь. Но еще мало кто знаком с их более продвинутой разновидностью — тонкопленочной фотовольтаикой, обладающей рядом существенных преимуществ. Ключевое — возможность их интеграции в фасады зданий. Это стало возможным за счет малого веса таких конструкций: не более 3 кг на «квадрат», и 95% из них составляет полимерная пленка. И конечно же, малая толщина модуля (1-2 мм) и гибкость, что позволяет достаточно легко «встроить» его в любое место. Даже на той же самой крыше она будет выглядеть как дополнительный слой кровли, а не как громоздкий инородный предмет на ней. К тому же фотовольтаическая система не боится механических деформаций. По ней можно спокойно ходить, очищая ее от мусора или снега.

Также нужно отметить и высокую производительность тонкопленочных модулей, достигающую сейчас 14-16% КПД, а в перспективе нескольких лет она будет увеличена до 25%. Такие установки гораздо лучше адаптированы для городского внедрения, поскольку эффективнее работают с частичным затемнением, с высокой облачностью, что свойственно для нашей полосы.

О том, что тонкопленочная фотовольтаика — хотя и относительно новый, но в то же время очень быстрорастущий сегмент рынка солнечной энергетики, говорят и многочисленные аналитические исследования. По самым скромным оценкам агентства N-tech, общий оборот интегрируемой фотовольтаики (Building Integrated Photovoltaics) в мире по итогам 2023 года достигнет $5,7 млрд и как минимум удвоится в течение последующих четырех лет.

Пожалуй, самый наглядный пример — Нидерланды, являющиеся сегодня одним из европейских лидеров в производстве солнечной энергии. Только в столице этой страны на крышах 120 тыс. домов уже установлено более 1 млн солнечных панелей фотоэлектрической мощностью 250 МВт. Власти Амстердама начали продвигать их установку в 2013 году, а к 2040 году планируют оборудовать фотоэлектрическими системами около 500 тыс. зданий.

Интерес к технологии проявляют и мировые бизнес-гиганты. Недавно о начале испытаний своего фотоэлектрического стекла на основе перовскита объявила Panasonic Holdings Corporation, построившая для этого целый тестовый дом в городе Фудзисава (Япония). Инновационным материалом с декларируемым КПД 17,9% был остеклен балкон. За энергоэффективностью и долговечностью своей разработки компания будет наблюдать до конца 2024 года.

Эксперименты с фотовольтаикой ведутся и в России. Оконная интеграция пока в разработке, но в остальном процесс активно идет. В прошлом году нам, к примеру, удалось произвести первый в стране модуль гибкой солнечной кровли сверхбольшого размера. Разработанная нами технология соединения фрагментов размером 3400×1000 мм помогла изготовить панель рекордной площади — 6,8 «квадратов». В нее встроено 248 гибких тонкопленочных ячеек, преобразующих солнечный свет в электроэнергию. Вес фрагмента составляет всего 18 кг, а толщина — 2 мм. При этом для транспортировки модуль можно свернуть в компактный рулон диаметром 800 мм. Пилотный проект успешно прошел проверку всеми погодными условиями и ожидает верификации. В ближайших планах — запуск завода по производству фотовольтаических гибких тонкопленочных модулей.