Интегрируемые солнечные крыши и черепица сейчас у всех на слуху после презентации Tesla. И пусть фотогальваническая кровля пока на вес золота, эту тему все же хочется обсудить — за тонкопленочными панелями будущее зеленой энергетики (ИМХО).

Рассмотрю подробнее технологию и несколько конфигураций энергогенерирующих крыш, коммерчески успешных на середину 2018. Речь пойдет о полноценных кровельных материалах, а не гибких «ковриках», которые укладывают на классическую кровлю.

Как работает солнечная черепица

Используется та же технология, что и в PV панелях. Кровельные модули имеют интегрированный фотоэлемент (солнечную ячейку) из монокристаллического кремния. Эффективна и уже привычна PERC-ячейка, ее доля на рынке неуклонно растет. На рисунке ниже показано ее отличие от традиционной 30-тилетней архитектуры фотогальванических элементов:

Задача PERC-ячейки извлечь максимум электронов из солнечного света — ее строение обеспечивает более эффективный захват света у задней поверхности. Технология известна с 1983 года, но достичь значимых результатов вне лаборатории удалось только в середине 2000-х.

PERC имеет недостатки: склонность к более быстрой световой деградации (LID-эффект), который приводит к небольшой потере мощности уже через год эксплуатации. Если в PERC-черепице поликристаллическая основа, есть риск потенциально-индуцированной деградации (PID), избежать которого можно только при покупке сертифицированных элементов (IEC TS 62804).

В 2018 на рынок вышла CIGS-ячейка (Селенид меди-индия-галлия), достигающая 20% эффективности конверсии солнечной энергии (сопоставимо с панелями). CIGS разработана в 2008 году, впервые тонкопленочные элементы достигли эффективности преобразования 19,9%, что стало новым мировым рекордом для таких ячеек. До 2008 года кремниевые элементы, используемые для солнечных батарей, намного превосходили тонкопленочные. Сейчас кремниевые полноразмерные панели достигают 20,3% эффективности преобразования и практически сопоставимы с «ковриками» (кроме цены).

5 лучших солнечных крыш

Производителей с десяток по всему миру, поэтому рассуждать о лучших пока очень сложно. Тем не менее, постарался описать те фирмы, чьи достижения на этом поприще наиболее заметны (ну и имеющие хорошие мануалы по установке в свободном доступе).

1. Aesthetic Green Power (США)

Пионеры отрасли. Чтобы избежать перегрева элементов, под плитку устанавливается теплоотвод на pex-трубу с водой, тем самым устраивая дополнительный или основной источник горячей воды в доме. Мануал  по установке с офф-сайта прилагаю.

 

Плитка спроектирована так, чтобы размещаться одним модулем на двух квадратах, имеет рейтинг пожаробезопасности А, 20 лет гарантии на мощность и 25 на прочность.
Мощность одной единицы — 23 Ватта.

Есть у них и широкоформатные тонкие модули BIPV с встроенной фотогальваникой.

2. Powerhouse (США)

Солнечная крыша 3.0 Solar Shingle PH-060 заявляет 17,1% эффективности. Дизайн модулей назвать элегантным и малозаметным кровельным материалом можно с большой натяжкой, нужно соответствующее стилю обрамление.

Плитка состоит из 24-х монокристаллических PERC-ячеек, уложенных в 2 ряда, с одним байпасным диодом. Предшествующая версия была на медь-индий-галлий-ди-селениде (CIGS) и достигали 12,3% эфф. или 43 Вт.

3. CertainTeed Solar (США)

Одна из старейших кровельных компаний (с 1904 года) производит и устанавливает солнечные плиты APOLLO II, которые крепятся на готовую крышу. Каждая плитка состоит из 14 монокристаллических кремниевых фотоэлементов, которые могут вытянуть до 60 Вт. Выдерживает 114 кг на квадратный метр, морозоустойчива, но про ударную нагрузку данных не увидел. В качестве кровельного материала имеет самую высокую ветрозащиту до 70 м/с, абсолютно водонепроницаемая конструкция.

 

4. Forward Solar Roofing (США)

Разработали полноценную солнечную крышу с гарантией 40 лет, устойчивую к граду, ветру и огню. Доступна не только в черном цвете. В основе монокристаллические ячейки под стеклом, которых гораздо больше на квадратный метр, чем у предыдущих кровельных вариантов, за счет удачного дизайна под задачу. Система креплений и подключения полностью скрыта, крыша не вызывает никаких подозрений у соседей и мимопроходящих.

Энергоэффективность такой конфигурации солнечной крыши сопоставима с традиционными панелями за счет более высокой «плотности энергии» и площади покрытия. Мануал здесь.

5. SolteQ (Германия)

Немецкий SolteQ производит фотогальваническую черепицу из моно и поликристаллического кремния и стекла (в зависимости от выбранного дизайна черепицы). Гарантию дают на 40 лет (80% эффективности через полвека для черных плиток). 173 Вт на кв.метр и до 212 Вт при пике освещенности.

Монтаж осуществляется на деревянные направляющие за крючки на обороте плитки, не требует алюминиевого каркаса.

Солнечная кровля Solteq штормоустойчива, водонепроницаема, покрывает всю плоскость за счет кладки «чешуя». Заявляется эффективная вентиляция через естественную конвекцию. Перегретый воздух можно подавать в воздушный/водяной тепловой насос. Вес кровли 14 кг/м2. Рекомендую просмотреть каталог с техническими деталями.

Солнечная крыша VS панели

Сравнение фотогальванических тонких плит и классических панелей больше похоже на сравнение яблок и апельсинов — что же лучше? Давайте рассмотрим их особенности в сводной таблице.

Сравнительные характеристики солнечной кровли и панелей

Кровля, черепица, тонкие модули	Панель
Дороже традиционных панелей примерно на 30%, сейчас это около $3.30 за Ватт. Учитывая, что большинство конфигураций являются полноценной кровлей, сопоставима по стоимости с панель+крыша.	Доступны среднему домовладельцу.
Гораздо менее заметны для «мимопроходящих» и соседей. С точки зрения эстетики более приемлемы. Поэтому полностью зависимы от наклона и ската крыши, ее ориентации.	Заметны, привлекают внимание. Но могут устанавливаться под углом к крыше и даже следовать за солнцем при наличии специального механизма.
Является полноценной кровлей. Целесообразна для новостроя с заложенной в проект удачной ориентацией на стороны света и углом ската, «с нуля».	Устанавливается на готовую крышу с кровельным материалом, вопрос только в сложности установки.
Перегрев решается установкой под плитки коллекторной системы нагрева воды.	Под панелью заводятся насекомые, пытаются гнездиться птицы и осы, летучие мыши, забиваются листья и мусор. Модули имеют риск перегрева.
От 220 до 660 точек подключения. Каждая точка соединения — потенциальная точка отказа во время установки и эксплуатации (в 10-30 раз больше шансов на сбой системы).	В среднем 22 точки соединения на систему.
Замена детали трудоемка, выводит из строя всю кровлю.	Замена вышедшей из строя панели проще, не нарушает целостность кровли.

Продукт интересный и имеет большое будущее, на мой взгляд. Есть ли отечественный производитель — даже не смотрел пока, но к этой теме еще стоит вернуться позже. Жду комментариев и критики!