Обзор фотоэлектрической черепицы

Солнечная батарея не обязательно должна иметь форм-фактор панели или плёнки. В 2005 году под брендом Powerhouse был представлен первый прототип фотоэлектрического преобразователя, одновременно выполнявшего роль защитного покрытия кровли. И хотя сама концепция вызвала неподдельный интерес, быстрого развития солнечная черепица не получила. Однако, со временем развитие технологии производства позволило снизить стоимость и сделать продукт достаточно массовым для появления на широком рынке.

Главная особенность фотогальванической черепицы заключается в отказе от устройства традиционного кровельного покрытия. В то время, как стандартные солнечные батареи не обеспечивают защиты от осадков, ветра и механического воздействия, черепица служит полноценным покрытием с весьма привлекательным и оригинальным внешним видом. Кроме того, отсутствует необходимость в специальной системе монтажа: черепица крепится к стандартной обрешётке без дополнительных подконструкций.

Структура ФГ-черепицы может отличаться в зависимости от производителя. Существуют покрытия в виде жёстких плиток или панелей, гибких гонтов и штампованных листов. Наиболее часто явление фотоэлектрического эффекта достигается за счёт внедрения гибких энергоэлементов, схожих по устройству с плёночными батареями. Также, запатентована технология нанесения аморфного кремния в несколько слоёв и покрытия соединениями редких металлов. Последние два типа черепицы имеют коэффициент преобразования, сравнимый с кристаллическими панелями — порядка 20%, чем обеспечивается генерация до 200 Вт/ч с кв. м площади покрытия.

Фотогальваническвя черепица имеет высокую плотность размещения энерговыделяющих элементов и позволяет задействовать всю площадь крыши, тогда как у стандартной гелиоустановки всегда есть пробелы в виде рамок или отступов от края ската. Играют роль и специальные оптические свойства защитного прозрачного покрытия: у современной черепицы оно выполняет роль фотоловушки и эффективно сорбирует лучи с малым углом падения, чем поддерживается генерация в утренние и вечерние часы.

Ведущие производители и марки

CertainTeed Solar — один из самых старых представителей отрасли. Эта черепица, по сути — обычные солнечные панели, оснащённые водостойкими замками для стыковки. Покрытие характеризуется самым низким показателем производительности — порядка 50 Вт/м². В то же время, отпускная цена на черепицу одна из самых демократичных, а её защитные и эксплуатационные свойства находятся на уровне лучших производителей кровельных покрытий, кем, собственно, CertainTeed и являются. Приобрести продукцию из США получится, только заказав монтаж под ключ у компании, имеющей выход на зарубежных поставщиков, ибо в открытой продаже эту черепицу не встретить.

SolteQ — немецкий производитель панелей, состоящих из набора стандартных поликристаллических элементов, размещённых на жёсткой подложке и покрытых прочным компаундом со специальными оптическими свойствами. Конфигурация панелей такова, что они без проблем укладываются на сплошную обрешётку с перехлёстом. Не обладают выдающейся прочностью, тем не менее, при отсутствии проходных нагрузок могут эксплуатироваться порядка 50 лет в большинстве климатических зон.

Tegola — один из самых популярных в СНГ поставщиков солнечной черепицы. Tegosolar — это покрытие с мягкой битумной подложкой, на которой размещён гибкий тонкоплёночный фотоэлемент. Как и обычная битумная черепица, укладывается на подкладочный ковёр, при малых углах уклона и на плоской кровле гонты наплавляют на подложку из еврорубероида. В отличие от жёстких элементов, гибкая черепица имеет сниженное энерговыделение, но при этом, доступна и долговечна.

Tesla Solar Roof — перспективная разработка крупнейшего в Калифорнии поставщика солнечных панелей Solar City. Несмотря на выпуск уже третьей версии черепицы, вывод продукта на международный рынок пока только в планах. В то же время мощность производства постоянно растёт, а значит, оценить эффективность работы черепицы от Tesla в российском климате получится в обозримом будущем. Solar Roof интересна своими техническими особенностями, поскольку представляет собой целый технологический комплекс, который базируется на литиевой батарее, инверторе и блоке заряда, размещённых в едином корпусе с привлекательным дизайном. Сами фотоэлементы используются стандартные поликристаллические, но примечателен форм-фактор черепицы: небольшие чешуйки, позволяющие занять как можно большую площадь кровли и тем самым нивелировать разницу производства электроэнергии в сравнении со стандартными панелями.

Solar Frontier — японский конкурент Tesla — предлагает продукт, не уступающий, а в некоторых аспектах даже превосходящий изделия американских новаторов. Черепица была разработана в кратчайшие сроки и с полным игнорированием дизайнерской составляющей проекта, в результате получилось покрытие меньшей толщины и веса, при этом выработка электроэнергии наивысшая среди аналогов. В отличие от Solar Roof, японская черепица доступна на рынке СНГ и составляет основную конкуренцию SolteQ и Tegosolar. Представляет из себя панели достаточно большого формата — каждая площадью около 1 м2, которые стыкуются бесшовно.

Особенности монтажа

Каждый отдельный образец солнечной черепицы имеет свою монтажную инструкцию, отличающуюся способом стыковки элементов покрытия, их крепления и сборки электрических цепей. И всё же, главные отличия заключаются в формате элементов покрытия, их мы рассмотрим на двух конкретных примерах работы с гибкой и жёсткой черепицей.

Tegosolar — монтаж черепицы проводится на сплошную обрешётку, покрытую подкладочным ковром с вулканизирующим слоем на поверхности. Такие материалы отличаются от стандартных подкладочных ковров тем, что поверхность у них предназначена для наплавки последующих слоёв. Таким образом, вместо фирменных подкладок можно использовать стандартный еврорубероид и другие материалы с сопоставимой водоустойчивостью.

Укладка гибкой черепицы выполняется по строгой сетке без смещения элементов в рядах. Процесс закрепления предельно прост: сначала гонт укладывают на место, стыкуя с соседними. Прежде необходимо установить на краях элементы крепления кабельных каналов и снять защитную плёнку. После этого свободный край нужно приподнять и оплавить поверхность подложки газовой горелкой. Когда вся площадь контакта готова к склеиванию, поднятый край черепицы нужно опустить и тщательно придавить её к подложке, не допуская расхождения стыков. Для качественной склейки обе поверхности должны быть сухими и чистыми.

Электромонтаж заключается в подключении каждого элемента к изолированной токоведущей шине, проложенной вдоль вертикальных стыков. Для этого у каждого гонта имеется вывод пары проводов с коннекторами, которые могут использоваться как для параллельного, так и смешанного соединения в зависимости от топологии электроцепей. После выполнения соединений и укладки токопроводов, лоток закрывается защитным кожухом.

SolteQ — жёсткая черепица крепится механическим способом, для чего конструкцией панели могут быть предусмотрены отверстия для сквозного крепежа или элементы клик-системы на тыльной стороне. Ключевое отличие монтажного процесса заключается в существенном сокращении электрического монтажа: между собой панели соединяются контактными выводами, расположенными на стыках, а их объединение в общую сеть выполняется под коньком, ветровой или карнизной накладкой.

Подходящим основанием для монтажа жёсткой черепицы может быть разреженная обрешётка. Однако её шаг должен соответствовать формату черепицы, при этом обязательны контробрешётка и гидробарьер. Для холодных кровель подойдёт большинство тканых материалов или микроперфорированная плёнка, для утеплённых следует подбирать гидробарьер с учётом требуемой паропроницаемости.