Солнечная энергия в оболочке здания: возможности технологии BIPV

Солнечная энергетика долго оставалась для архитектуры внешним дополнением: здание сначала проектировали, а затем искали на крыше место для модулей. BIPV технология — интегрированные в здание модули — меняет эту последовательность. Солнечный элемент становится частью конструкции и выполняет работу строительного материала: защищает фасад, перекрывает кровлю, формирует козырёк, заменяет часть остекления и формирует новый узнаваемый облик здания.

Как обычно, уточним: текст основан на материале американского архитектурного журнала ArchDaily. Мы уважаем авторское право и всегда даём ссылки на оригинальные публикации.

Не оборудование, а оболочка

Главное отличие BIPV (Building Integrated Photovoltaics, или фотовольтаика, интегрированная в здания) от привычных солнечных панелей — место технологии в проектировании. Навесную систему закрепляют поверх кровли или фасада, а интегрированную закладывают вместе с конструкцией, облицовкой, вентиляционным зазором и электрической схемой. Один элемент одновременно ограждает здание и вырабатывает энергию.

Фотоэлектрическими могут стать:

• фасадные кассеты и вентилируемая облицовка;
• кровельные модули и солнечная черепица;
• стеклянные панели и светопрозрачные участки;
• ламели, козырьки, балюстрады и навесы.

Для многоэтажного здания это особенно важно: площадь фасадов может превышать площадь крыши, а разные ориентации панелей позволяют распределять генерацию в течение дня.

Энергия входит в композицию

BIPV снимает привычное противопоставление технологии и эстетики. Панели различаются по размеру, форме, цвету, прозрачности и фактуре. Их раскладка подчиняется шагу окон, конструктивной сетке и пропорциям фасада, а стыки проектируются так же внимательно, как у обычной облицовки.

Похожий сдвиг происходит и с другими привычными материалами. Мы уже писали о бетоне, способном накапливать энергию — в разборе про композит ec³ — материал, который совмещает конструктивную и энергетическую функции. BIPV работает по другому принципу, но продолжает ту же проектную логику: оболочка и структура здания перестают быть пассивными и становятся частью его энергетической системы.

Но свобода здесь не безгранична. Цветные покрытия могут снижать эффективность фотоэлементов, тень от соседних зданий — менять выработку, а сложная геометрия — усложнять монтаж и замену модулей. Архитектору приходится согласовывать вентиляцию фасада, пожарные требования, кабельные трассы, снеговые и ветровые нагрузки. Если добавлять фотоэлементы в конце работы, большинство преимуществ BIPV будет потеряно.

Где BIPV уже работает

Интегрированная фотовольтаика давно вышла за пределы экспериментальной архитектуры. В Виннипеге, Канада, солнечная облицовка учебного корпуса Manitou a bi Bii daziigae стала основной фасадной системой: модули разных размеров образуют многослойный рисунок и связывают историческую кирпичную часть кампуса с новым стеклянным объемом.

В норвежском Хеугесунне панели офисного здания Breidablikk Gården установлены под разными углами: они придают фасаду рельеф и одновременно разворачиваются к солнцу, доказывая, что BIPV может эффективно работать даже при низком зимнем солнце.

Технологию применяют не только в новом строительстве. При модернизации больницы Борнхольма в датском Ренне фотоэлектрический фасад площадью около 1400 м² закрыл обновленный слой утепления. На южной стороне здания 500 отдельных панелей сложены в цветную мозаику с разными углами наклона, а на восточном и западном фасадах они встроены горизонтальными рядами между окнами.

В канадском кампусе Fanshawe College голубая BIPV-облицовка работает как вентилируемый дождезащитный экран: она вырабатывает электричество, защищает конструкцию от осадков и сохраняет заданный ритм фасада.

Все эти примеры показывают диапазон технологии — от выразительного фасада нового здания до энергетической модернизации уже существующей архитектуры.

Не универсальная замена

Интегрированные панели подходят не каждому зданию. Обычная «накрышная» система часто проще, дешевле и удобнее в обслуживании. BIPV особенно убедительна там, где оболочку создают заново, площадь крыши ограничена или энергетическая функция должна участвовать в архитектурном образе.

В журнале мы рассматривали солнечные панели как часть малых архитектурных форм — например, автономных зарядных станций, в статье про эко-МАФы. BIPV продолжает эту логику в другом масштабе: энергия больше не требует отдельного объекта и встраивается в материал, который здание все равно использовало бы.

Так фасад перестает быть просто границей между улицей и интерьером. Он защищает, формирует облик и одновременно производит электричество. Вопрос уже не в том, можно ли спрятать солнечную панель в архитектуре, а в том, какую архитектуру можно создать, если с самого начала считать энергию одним из неотъемлемых материалов.