Фотоэлектрические батареи, более известные как солнечные панели, являются одним из самых чистых и надежных методов получения возобновляемой энергии. Каждая панель состоит из фотоэлектрических элементов, которые активируются под воздействием лучей солнца, поглощая их и преобразуя в чистую электроэнергию. 

Солнечные панели становятся все более популярными, на удивление мало людей понимают принцип их работы и сталкивались с ними. Даже те, кто живет в домах или работает в офисах, питающихся от фотоэлектрических батарей, чаще всего не видели их вблизи. Объяснение есть — в течение многих лет солнечные батареи были большими и неприглядными устройствами. Их ставили на крыше домов, они давали больше энергии за счет размеров. Но сейчас технология производства пошла дальше, давая возможность устанавливать компактные солнечные батареи на жилых и офисных зданиях.

Фотоэлектрические системы (BIPV) — это модули, интегрированные в фасады здания. Они предоставляют архитекторам совершенно новые возможности для внедрения солнечных технологий в структуру здания, особенно в ограждающие конструкции.

Архитекторы должны хорошо понимать, как фотоэлектрические системы могут быть интегрированы в фасад для снижения энергетических потребностей зданий. Городам требуется все больше электроэнергии, но откуда ее взять?

Часть энергии придется получать из зданий — возможно повлиять на снижение энергопотребления в старых помещениях и генерировать новые решения для возведения новых. Вопрос создания экологичных сооружений занимает важное место в политических повестках. Законы и нормы по использованию энергии в новых строениях способствуют развитию рынка BIPV. Тем более что с каждым годом сроки окупаемости солнечных батарей на фасадах и крышах уменьшаются.

Фотоэлектрические модули предлагают уникальные формы, цвета и оптические структуры. Сочетание стекла, металлических профилей и солнечных батарей не ограничивает архитекторов в формах. Фотоэлектрические модули могут встраиваться вертикально, горизонтально или под углом, они применяются на встроенных, навесных фасадах и крышах.

Интегрированные фотоэлектрические элементы (BIPV) представляют собой привлекательную альтернативу, поскольку они снижают требования к площади и уменьшают затраты на материалы и инфраструктуру самого здания. Стоимость компонентов снижается с каждым годом благодаря промышленным инвестициям, технологии совершенствуются, повышая эффективность элементов, емкость аккумуляторов и долговечность инверторов.

Новые технологии для фасадов

Архитектура меняется с изобретением фотоэлектрических панелей. Этот новый вид солнечных батарей встраивается непосредственно в оболочку фасада. Гладкие панели становятся новым элементом дизайна в Европе и России. Навесные фасады из фотоэлектрических панелей создаются с помощью прозрачного или полупрозрачного остекления. Они не только наполняют внутренние помещения солнечным светом, но и выполняют более важную функцию — получение чистой электроэнергии. 

Фасады на солнечных батареях получили признание в архитектуре и обществе, благодаря созданию экологически чистых решений.

Примеры зданий с солнечными батареями на фасаде

В России готовых проектов с солнечными фасадами пока нет. Но в Уфе в 2021 году заявили о строительстве первого в стране жилого комплекса с фасадами из солнечных батарей общей площадью более 12 000 квадратных метров. Согласно проекту композитные панели заменят на фотоэлектрическую систему. Энергии должно хватить на снабжение лифтов и освещение всех внутренних помещений.

Готовые примеры блестящих проектов приведем далее. Начнем с наиболее нестандартного.

Детский сад в Германии

Детский сад Nursery в Марбурге построен на склоне парка в тихом жилом районе Германии. Архитекторы спроектировали здание в виде компактных геометрических фигур, частично вписанных в склон холма. Несмотря на скромные пропорции, необычный фасад детского сада выделяет его среди других зданий. Площади солнечных панелей хватает для постоянного обеспечения светом.

Облицованные фотоэлектрическими панелями элементы изготавливались на заказ. Они расположены под углом к солнцу, чтобы увеличить производство солнечной энергии. Панели имеют зеркальную отделку, что помогает замаскировать это необычное здание в окружающей зелени. Как объясняют архитекторы, растительность парка отражается на фасаде здания, в общем интерьере появляются оттенки травы и деревьев. Словно они вписаны в интерьер здания.

Научный центр Велиос в Австрии

Спроектированное на основе возобновляемых источников энергии строение создано в форме металлической оболочки с энергией внутри. В центре посетителей встречает большой стеклянный атриум. Стекло содержит фотоэлектрические элементы, которые генерируют более 15 000 кВт/ч чистой энергии в год. Остальные фасады также остеклены, хотя большая часть стекла закрыта перфорированной металлической сеткой. Она действует как солнечный экран, пропуская дневной свет в помещения и сохраняя прохладу.

Металлический фасад научного центра «Велиос» дополнительно раздроблен «силовыми линиями» — разноцветными полосами света в форме зигзагов, пересекающих все пространство. Эти ленты содержат 40 000 низковольтных светодиодов и питаются от встроенных фотогальванических элементов. Решения программируются на свечение множества различных цветов, создавая фантастические световые шоу. Это уникальное сочетание возобновляемых источников и науки превращает традиционный объект в «живой» экспонат для посетителей.

Пирамида науки от BURKETT DESIGN, Денвер, США

Science Pyramid — это интерактивный учебный центр, расположенный в ботаническом саду Денвера. Фасад вдохновлен природными формами и выполнен в заломленной форме, по типу сдвигающихся тектонических плит. 16 граненых сторон здания равномерно облицованы фиброцементными панелями. Их рисунок повторяет структуру пчелиных ульев. Среди этих панелей расположены изготовленные на заказ световые люки шестиугольной формы, которые горят янтарным светом и дополняют эффект сот.

Угол наклона фасадов увеличивает площадь поверхности, подверженной воздействию прямых солнечных лучей. Для компенсации архитекторы оснастили фонари специальным электрохромным стеклом, которое автоматически меняет прозрачность в зависимости от воздействия солнечного света. Это же позволило внедрить солнечные панели в оболочку здания. Шестиугольные солнечные модули изготовлены для проекта на заказ.

Средняя школа Green Dot Animo Leadership High School, Лос-Анджелес, Калифорния, США

Дизайн средней школы Green Dot Animo Leadership High School позволяет решить две проблемы Лос-Анджелеса: пробки и постоянный солнечный свет. Построенное параллельно главной проезжей части, длинное и узкое здание служит буфером, защищая открытый внутренний двор от шума и загрязнения транспорта. Благодаря такой ориентации здание получило уникальную экспозицию на южной стороне. Ее архитекторы дополнили 650 солнечными панелями. Эти батареи обеспечивают 75% потребностей строения в энергии и отвечают за сокращение выбросов углекислого газа, позволяя сэкономить более трех миллионов фунтов.

Ярко-синие панели контрастируют с белой бетонной конструкцией, придавая школе ультрасовременный внешний вид, при этом не создавая эффект вычурности. Другие фасады здания защищены от солнца. Проемы затемнены решеткой из белых жалюзи из оцинкованной стали, а западная часть здания завершается голубой завесой из волнистых стальных ребер. Эти экраны помогают уменьшить блики и снизить объемы поступающего тепла, позволяя естественному свету проникать внутрь.

Штаб-квартира EWE и Bursagaz, Бурса, Турция

Для новой штаб-квартиры компании EWE & Bursagaz архитекторы хотели создать уникальное в архитектурном отношении здание, которое способствовало формированию более здоровой окружающей среды как на рабочем месте, так и вне его. Для достижения этой цели они спроектировали фасад с двойными стенами из полупрозрачных солнечных панелей. Фотоэлектрические блоки поглощают солнечное излучение, не препятствуя проникновению естественного света в офисы, что привело к снижению энергопотребления на 28%.

Между мозаикой из солнечных панелей и внутренним стеклянным фасадом находятся частично закрытые балконы для сотрудников. Для больших собраний есть терраса на крыше здания, которая также затемнена навесом из фотоэлектрических элементов. Такое сочетание солнечных технологий и открытых пространств смотрится невероятно футуристично.

Здание компании NEW-Blauhaus: Менхенгладбах, Германия

NEW-Blauhaus, или «Новый голубой дом» — уникальное строение в форме драгоценного камня, расположенное в центре кампуса университета «Нидеррайн». Как объяснили архитекторы — это строение в форме бриллианта не имеет заднего фасада, оно обращено к общественному пространству во всех направлениях. NEW-Blauhaus состоит из пяти многогранных фасадов, каждый из которых облицован стеклом и фотоэлектрическими панелями в форме шахматной доски.

Батареи установлены под разным углом наклона, в зависимости от ориентации фасада для максимального увеличения их воздействия при излучении солнца. На северной стороне здания, куда не попадает прямой солнечный свет, солнечные элементы заменили на эмалированное остекление для сохранения стиля. 

Между панелями находятся стекла с синим оттенком, установленные под противоположными углами, которые пропускают дневной свет внутрь помещения. Этот чередующийся рисунок придает фасаду глубину и создает высокоэффективную двойную оболочку с естественной вентиляцией. Такое решение позволило построить здание, которое является полностью углеродно-нейтральным.