Государственная программа поддержки возобновляемых источников энергии (ДПМ ВИЭ), оплачиваемая гражданами России через повышенные энерготарифы, подразумевает ввод до 2024 года 1,75 ГВт солнечной энергии. Учитывая первые тенденции реализации этих инициатив (застройку земель солнечными парками) можно предположить, что, как и во многих других сферах, мы опять начинаем с ошибок — солнечные электростанции начинают запечатывать свободные территории, меняя естественный природный ландшафт. Если так пойдет дальше, то по итогам этих первых шагов мы уже получим 3 600 гектар занятой громоздкими конструкциями весом более 63 000 тонн. Кроме этого необходимо не забывать и о вопросах предстоящей утилизации всех этих объектов, вынесенных в поля, за пределы городской инфраструктуры.

В России более 70% строений имеют плоские крыши, что позволяет задуматься над их более эффективным использованием, а современные солнечные модули могут инсталлироваться практически под любым углом, в том числе и на вертикальные поверхности.

Кровля и поверхности зданий по своей сути являются уже построенным человеком конструктивом, позволяющим:

• не тратить природные ресурсы и деньги на возведение тяжелых металлических конструкций под солнечные модули;
• сэкономить километры кабеля и не тратить средства на высоковольтное оборудование, нагревающее окружающую среду и потребляющее ресурсы на собственное производство.

При этом, даже предварительный анализ уже имеющегося конструктива в виде крыш таких магазинов как IKEA, Ашан, Spar, кровли заводов, станций и предприятий могут предоставить огромную площадь для размещения солнечных модулей. Использование таких уже имеющихся пространств не потребует прокладки новых энергосетей, потери при передаче электричества будут практически исключены.

Можно провести несложную калькуляцию: к примеру, на сегодняшний день в России построены 92 магазина Леруа Мерлен, площадь гипермаркетов начинается от 10 тысяч м². С учетом различных технических построек предположим, что остается 8 тысяч м² поверхности кровли, на которой может быть смонтирована фотовольтаическая система. В результате мы получаем 736 тысяч м², на которых при среднероссийском уровне инсоляции можно получать более 117 МВт пиковой мощности, что сравнимо с полноценной газотурбинной установкой, генерирующей энергию на ТЭЦ. Но в случае с солнечными модулями вам не придется платить за топливо, потери в сетях и дорогостоящее обслуживание тяжелого оборудования.

Время менять материалы?

Тем не менее, идея кровельного и фасадного использования сегодня тормозится как инертностью отрасли, так и технологическими особенностями солнечных панелей.

Первый промышленный модуль состоял из двух стекол и кремниевых ячеек между ними, алюминиевой рамки и токосъема. Поэтому гигаватные фабрики подтянули за собой производителей алюминия, стекла и комплектующих, банковскую систему, выделяющую кредиты при гарантии 25 лет на солнечные модули. Сформировалась целая индустрия, ставшая неповоротливой и мало восприимчивой к технологическим новшествам.

Действительно, производительность ячейки постепенно, но постоянно увеличивается. Однако вот уже 30 лет не меняется сам конструктив – солнечные панели, сделанные с использованием стекла, имеют узкий диапазон угла размещения к Солнцу, в частности потому, что стекло сильно отражает солнечный свет, а безбликовое стекло слишком дорого.

Когда обеспечен необходимый угол наклона и вся конструкция размещена на крыше, необходимо предусмотреть балластную часть, гарантирующую устойчивость всей системы к ветровой нагрузке. Рассчитанная по европейским нормам конструкция с модулями и балластной частью приведет к дополнительному давлению на кровлю порядка 180 кг на 1 квадратный метр, что естественно не закладывалось при проектировании площадных крыш. При размещении таких систем неизбежно нарушение целостности кровельной мембраны.

Стоит так же отметить инициативу Илона Маска, предложившего встраивать солнечные модули в черепицу и, возможно, этот метод имеет право на жизнь. Но и тут очевиден ряд серьезных недостатков, таких как большой процент непроизводительной площади (солнечные модули, расположенные таким образом перекрывают эффективную поверхность, накрывая друг друга), огромное количество разъемов, соединений и общая сложность конструкции. Все это отличает этот продукт от современных солнечных модулей, изготовленных из композитных материалов.

Ситуация в солнечной энергетике похожа на историю из авиационной промышленности. Последние 6 лет мы наблюдаем массовое проникновение композитных материалов в большие самолеты. При этом первый серийный цельнокомпозитный самолет для малой авиации немецкая фирма Grob Aircraft изготовила в 80-х годах прошлого века. Прошло почти 30 лет, прежде чем композиты доказали свое право на жизнь в большой авиации.

Как и в авиации, пытливые умы в солнечной энергетике продолжают эксперименты. Было решено поставить солнечную панель на движимое имущество, к примеру, лодку. Но поняв, что со стеклом «далеко не уедешь» начали работать с композитами. По мере вовлечения новых материалов в разные индустрии все больше компаний и научных организаций трудятся над улучшением их свойств. Это и производство плавательных средств, самолетов, бытовой электротехники, уличной мебели и ветряков.

На сегодня можно сказать, что композиты пришли в индустрию фотовольтаики и собираются сильно изменить ее облик, вернув к изначальному предназначению – стать доступной и гибкой альтернативой традиционной энергетике, уйти от всех ее минусов в виде сложности и неповоротливости.

На сегодня индустрия композитов научилась бороться с ультрафиолетовой деградацией, а прочность акрилатов вполне в состоянии поспорить в части абразивного износа со стеклянной поверхностью. И точно также как в других отраслях можно повизионерствовать и сказать – в данный момент формируется не только тренд, связанный с увеличением эффективности и снижением цены фотопреобразователя, но и второй – приход новых материалов. Они позволяют облегчить в разы удельный вес солнечного модуля и размещать их на различных поверхностях. Глубокий системный подход и отраслевая кооперация дают дополнительные возможности для больших объектов, подразумевающих мембранную мягкую кровлю, разработку конструкций с встроенными в кровельную мембрану солнечными модулями.

Именно композитные материалы вернут солнечную энергетику на тот самый поворот в распределенную генерацию, который она успешно проскочила. Внедрение новых конструкционных материалов позволит вернуться к принципу – «Строить солнечные парки нужно тогда, когда закончатся крыши».

Об авторе

  

Председатель Советов директоров и совладелец ряда активов:

• АО «РОТЕК» (энергетическое машиностроение, инжиниринг и технологии предиктивной аналитики для промышленного оборудования).
• АО «Уральский турбинный завод» (производитель основного генерирующего оборудования, включая паровые турбины и сопутствующие установки).
• ООО «ТЭЭМП» (производитель суперконденсаторов, предлагает решения в области накопления энергии). 
  

• Sulzer AG (производство и сервис насосного оборудования, обслуживание газовых турбин, установки для сепарации, смешивания и фильтрации).
• SOLIDpower S.p.a. (высокотемпературные топливные ячейки и основанные на них установки для генерации электроэнергии и тепла).
• «Хевел» (крупнейшая в России компания в области солнечной энергетики).
• Oerlikon AG (2013-2015 гг.).

Имеет 18 патентов. Заслуженный машиностроитель Российской Федерации. 

Источник: PV Magazine