Что такое солнечная черепица

Как работает солнечная черепица?

Испытания черепицы в Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии в Голдене, Колорадо, США. Джон Мур / Getty Images

Солнечная черепица коммерчески доступна с 2005 года, и, хотя с годами она развивалась, основная идея осталась прежней: объединить солнечные панели с крышей вместо того, чтобы просто установить их поверх нее. (2)

Вся солнечная черепица предназначена для работы как кровельный материал, так и как источник энергии, но она может достичь этой двойной идентичности несколькими способами. Некоторые солнечные черепицы используют кремний в качестве полупроводника, как и большинство обычных солнечных панелей, в то время как другие полагаются на тонкопленочные солнечные элементы, которые содержат сверхтонкие слои определенных фотоэлектрических материалов, таких как селенид меди индия галлия (CIGS) или теллурид кадмия (CdTe). Тонкость этих солнечных элементов делает их более легкими и гибкими, что в целом является полезными качествами. В то время как более старые версии гибкой тонкопленочной солнечной кровли приходилось устанавливать поверх другого кровельного материала, новые изделия достаточно жесткие и прочные, поэтому сами могут служить черепицей. (3, 4)

Как и традиционные панели на крыше, солнечная черепица преобразует солнечную энергию в электричество, используя поток электронов, высвобождаемых при попадании солнечного света на полупроводниковый материал, такой как кремний, CIGS или CdTe. Хотя солнечная черепица и солнечные панели генерируют электричество с одним и тем же фундаментальным фотоэлектрическим эффектом, они имеют значительные различия во внешнем виде, материалах и установке.

Для установки солнечной черепицы не требуется, например, системы крепления, поскольку она не устанавливается на стойки, как другие солнечные панели. Солнечная черепица вместо обычной кровельной черепицы крепится непосредственно к настилу крыши. (5)

Солнечная черепица обычно устанавливается одновременно с установкой всей крыши, либо во время нового строительства, либо при замене старой или поврежденной крыши. Ожидание этого сценария помогает сократить расходы на солнечную черепицу, включая ее стоимость в общую стоимость установки крыши, которая, по-видимому, в любом случае была необходима.

Установка солнечной черепицы с новой или реконструированной кровлей также помогает домовладельцам избежать замены старой, но функциональной черепицы до того, как это станет необходимо, и это может быть выполнено одним подрядчиком по кровельным работам, если у подрядчика есть опыт установки фотоэлектрической черепицы. Солнечная черепица может служить основным кровельным материалом для дома, но в некоторых случаях она может заменить старую черепицу только на определенных частях крыши. (5)

Установка солнечной черепицы обычно обходится дороже, чем установка традиционных солнечных панелей, особенно если вы хотите, чтобы она покрывала всю вашу крышу.

Эффективность и стоимость солнечной черепицы сильно различаются в зависимости от таких факторов, как бренд, установщик, сложность кровли и степень покрытия. К популярным брендам солнечной черепицы относятся, среди прочего, Apollo II от CertainTeed, SunTegra, Luma и Tesla. Многие интегрированные кровельные материалы для солнечных панелей предлагают эффективность преобразования около 15%, ожидаемый срок службы 20 лет или более и достаточную долговечность, чтобы конкурировать с атмосферостойкостью традиционной черепицы. Стоимость солнечной черепицы для типичного дома может варьироваться от 30 000 долларов или меньше до более 100 000 долларов. (6, 7, 8, 9)

Tesla вышла на рынок солнечной черепицы в 2016 году, анонсировав новую солнечную крышу, которая с тех пор стала лидером отрасли. Солнечная крыша Tesla состоит из солнечной черепицы, которая «более чем в три раза прочнее стандартной кровельной черепицы» и «разработана для защиты от любых погодных условий», по словам компании. Она может противостоять ветру до 260 километров в час и граду до 4,4 сантиметра в диаметре. (10)

Крупный план Solarglass Roof, кровельной черепицы со встроенными солнечными панелями, от Tesla Energy, подразделения Tesla Motors, в Кремниевой долине, Сан-Хосе, Калифорния, США.
Gado / Getty Images

Однако новости о солнечных крышах Tesla далеко не всегда положительные. В апреле 2021 года генеральный директор Tesla Илон Маск признал, что компания допустила «значительные ошибки» в проекте солнечной крыши, что привело к задержкам в обслуживании и увеличению затрат, причем последнее затрагивает как существующих, так и новых клиентов. Некоторые клиенты подают в суд на компанию из-за повышения цен. В качестве объяснения Маск сказал, что «сложность крыш сильно различается», и у Tesla возникли проблемы с «оценкой сложности некоторых крыш». (11, 12)

Первоначально Tesla взимала фиксированную плату за солнечные крыши независимо от сложности, а затем начала учитывать сложность в своих ценах в начале 2021 года. По сообщениям, сложная крыша теперь может стоить более 60 долларов за квадратный метр, но даже простая крыша может стоить 45 долларов за квадратный метр. Предыдущие оценки Tesla предполагали, что 10-киловаттная солнечная крыша в Калифорнии может стоить около 34000 долларов. С этим увеличением и необходимостью в настоящее время батареи, общая стоимость солнечной крыши Tesla, возможно, выросла на 30%. (13, 14, 15)

Стоимость солнечной черепицы может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, и, как правило, стоит поискать расценки на местном уровне. Некоторые бренды могут стоить всего 30 или 35 долларов за квадратный метр.

Плюсы и минусы солнечной черепицы

Самым заметным преимуществом солнечной черепицы является ее эстетическая ценность, которая позволяет домовладельцам вырабатывать электроэнергию с крышей, которая выглядит более гладкой с улицы, что снижает беспокойство некоторых людей, которым не нравится внешний вид традиционных солнечных панелей. Другими преимуществами являются долговечность (многие солнечные черепицы предназначены для защиты от града и ураганных ветров) и эффективность, которая варьируется, но может соперничать с более крупными панелями.

Основным недостатком солнечной черепицы является ее стоимость, которая по-прежнему делает ее непрактичной во многих случаях, если она не является частью недавно построенной или реконструированной крыши. Она также может не предлагаться некоторыми установщиками солнечных панелей, и, поскольку она не устанавливается на стойках, могут возникнуть проблемы с воздействием солнечного света в зависимости от наклона крыши.

Видео

Солнечные панели и солнечная черепица: что лучше?

Солнечная черепица меньше, чем солнечные панели, потому что ее размер должен напоминать традиционную кровельную черепицу. Она также по-разному прикрепляется к крыше: вместо того, чтобы опираться на специальные стойки, установленные на существующей крыше, солнечная черепица предназначена для более плавной интеграции с крышей.

Солнечные панели и солнечная черепица имеют аналогичный ожидаемый срок службы примерно от 20 до 30 лет, и поскольку многие солнечные черепицы используют те же материалы, что и более крупные панели, их эффективность преобразования также может быть сопоставимой. Основные различия, как правило, заключаются в эстетике и цене: солнечная черепица обычно предлагает более обтекаемый вид при более высокой стоимости, хотя их цена может сильно варьироваться.

Дополнительно черепицу нужно подключить к электросети. Для проверки обязательно вызывается электрик. Хотя установка несложная, самостоятельно и без ошибок покрыть крышу фотогальваническими пластинами сложно: можно ошибиться из-за большого количества соединений.

Преимущества

При выборе кровли нужно учитывать прочность, выгоду, особенности установки. Солнечная черепица – отличный выбор. Связано это со следующими преимуществами:

• Прочность. Черепица может выдержать человеческий вес. Еще ей не страшны такие факторы, как дождь, град.
• Несложный монтаж.
• Простая эксплуатация. Ремонтировать черепицу необходимо редко.
• Отсутствует ослепление солнечных лучей.
• Отличный КПД в любую погоду.

Солнечная черепица по многим характеристикам намного лучше других видов покрытий. Спрос на данную продукцию со временем увеличивается. Возможно, в будущем она станет популярнее.

Преимущества и недостатки

Выбирая подходящий вид кровли, важно учесть такие факторы: прочность, экономическая выгода, возможность установки. Новый вид кровли имеет следующие плюсы и минусы:

Преимущества	Недостатки
Высокая прочность: черепица с фотоэлементами выдерживает вес человека, не разрушается под действием дождя, града	Высокая стоимость
Простая процедура монтажа	Зависимость от климатических условий: выгодно использовать только в средних широтах
Легкость эксплуатации: черепицу редко нужно ремонтировать	Понижение эффективности во все сезоны, за исключением летних месяцев
Солнечные лучи не слепят, отражаясь от фотогальванических элементов	Невозможность использовать, если дом расположен в тени
Хороший коэффициент полезного действия при любых погодных условиях	Ограниченность выбора: производством занимается малое количество компаний

Солнечная панель на черепице из битума выигрывает у батарей по техническим параметрам. Низкий спрос на продукцию спровоцирован высокой ценой. В дальнейшем, по прогнозам экспертов, спрос на солнечную черепицу будет возрастать, рынок расширятся, а технологии совершенствоваться. Альтернативные способы выработки энергии набирают популярность и на пространстве СНГ.

Система фотоэлектрической солнечной кровли

Система фотоэлектрической солнечной кровли состоит из модуля PV, который и вырабатывает электрический ток, а также из аккумуляторной батареи, инверторов и проводов, что позволяет преобразовывать постоянный ток (DC), выработанный от солнечных лучей в переменный ток (AC), применяемый в бытовых целях. Малые системы такого покрытия солнечной черепицей позволяют непосредственно использовать выработанную энергию на хозяйственные нужды, в то время как крупные системы производственных зданий и комплексов используются автономно по системе энергонакоплений. Размер установленной на крыше фотоэлектрической черепицы (ее общая площадь) напрямую зависит от спроса на потребление электрической энергии в конкретном жилом или производственном здании. Как правило, каждая единица гибкой «солнечной» черепицы может производить от 17 до 50 ватт электроэнергии, поэтому при ее установке на крыше следует точно рассчитывать количество квадратных метров, под которые будет устанавливаться эта инновационная черепица.

Качество

Компания акцентирует внимание на немецком качестве и хвастается тем, что в ее продукции не используются дешевые комплектующие из азиатских стран. Надежные материалы и метод установки обеспечивают надежную погодоустойчивость фото-черепицы.
«Мы не предлагаем китайские демпинговые товары, мы предлагаем отличные продукты, максимальную выработку электроэнергии по разумной цене, которая доступна для каждого, кто может позволить себе новую крышу с установкой на ней солнечных батарей» — объясняет глава компании.
В качестве защитного покрытия используется не отражающее призматическое стекло. Благодаря надежному 3-х точечному крепежу черепица крепится алюминиевыми клямерами на оборотной стороне, что исключает ее отрыв на ветру. В дополнение к крюкам ячейки имеют резиновое уплотнение с присосками, что гарантирует их недвижимое положение даже при сильном ветре.
Бескаркасный дизайн смотрится эстетически красиво, но не только, он также помогает содержать крышу в чистоте 30 — 40 и более лет. Качество стекла не позволяет ему становится тусклым. Черепица SolteQ не имеет рамки, где обычно скапливается вся грязь и вода, что позволяет стекать беспрепятственно обеспечивая самоочищающий эффект.
Материал изготовления фото-черепицы обеспечивает звуковой барьер для шумов до 38..42дБ
Разнообразие доступных вариантов обеспечивается наличием черепицы, выполненной в различных цветах и стилях.

Некоторые варианты форм и расцветок SolteQ SolarRoofs
SolteQ разработала комплексные решения для кровли домов. Это означает, что солнечными элементами оборудуются южные (солнечные) стороны крыш, а на северные (затененные) идет покрытие, которое не имеет встроенных фотоэлементов, но имеет полностью идентичный внешний вид. Кроме того, по словам производителя, кровля SolteQ генерирует не только электричество, но и тепловую энергию: в дополнение к фотоэлектрической системе вся площадь крыши используется как большой тепловой коллектор.

Солнечная черепица сочетается с плитками без встроенных фотоэлементов
«Сегодня относительно легко и недорого на 90% отказаться от ископаемого топлива. На мой взгляд есть два перспективных источника «зеленой» энергии: первый – солнечная энергия и второй – энергия ветра. Компания SolteQ специализируется на разработке и производстве экологически чистых энергетических продуктов, поэтому, в дополнение к инновационным решениям в области ветроэнергетики, мы разработали высокоэффективные солнечные крыши SolteQ, которые генерируют до 36% больше энергии, чем обычные солнечные электростанции» – говорит Байер.

Что такое антропоцентризм? Определение, история, примеры

Устройство солнечных батарей

В основе солнечной батареи находится полупроводниковый фотогенератор, который преобразует энергию солнечных лучей в постоянный электрический ток. Затем, с помощью инвертора, постоянный электрический ток преобразуется в переменный ток, на котором и работают все бытовые электроприборы.

Освещение солнечных панелей происходит неравномерно из-за смены времени суток и облачной погоды. Поэтому для компенсации вырабатываемой энергии необходимо использовать аккумулятор, который накапливает электричество и отдает его в сеть дома при отсутствии на небе солнца.

Для нормальной работы аккумулятора используется контроллер, следящий за состоянием степени заряженности батареи.

 

Устройство солнечной батареи

Как мы видим, конструкция не очень сложна.

Преимущества использования солнечных батарей на крыше дома:

• бесплатный и практически неиссякаемый источник энергии;
• работа не наносит вреда окружающей среде;
• обслуживание заключается в периодической очистке панелей от пыли;
• возможность получения электроэнергии в местах, где отсутствуют централизованные сети электричества;
• возможность комбинирования различных источников электропитания, то есть в ясную погоду можно включать солнечные батареи, а в ненастную использовать обычный источник электроэнергии;
• быстрая самоокупаемость оборудования в условиях постоянного повышения цен монополистами, поставляющими электрическую энергию для нужд производства и проживания людей.

Крыша из солнечных батарей также имеет и недостатки:

• сравнительно высокие цены на оборудование для получения энергии;
• невысокий коэффициент полезного действия;
• зависимость от активности солнечных лучей при различных климатических условиях использования.

Однако, стоит заметить, что эти недостатки постоянно уменьшаются и ликвидируются, в связи с развитием наукоемких технологий. Чем больше будет потребителей энергии солнца, тем дешевле станет оборудование и солнечные панели

Если южный склон крыши оборудовать солнечными батареями, то выработка электроэнергии может составить до 300 киловатт в месяц.

А это примерный расход средней семьи в частном доме.

Интересный факт – за рубежом государство покупает излишки электроэнергии, которая произведена частными лицами с помощью солнечных батарей.

Получается, что на этом можно даже зарабатывать. Конечно, больших денег пока не удается заработать подобным способом, но частично окупить затраченные средства возможно.

Способы использования солнечных батарей на кровле частных домов

Есть два способа установки солнечных батарей в существующих домах:

• переделка кровли;
• частичная замена кровельного покрытия на фотоэлементы, которые напоминают обычную черепицу для крыши.

В понимании большинства людей кровля из солнечных батарей представляет собой сложную и громоздкую конструкцию, которую очень сложно установить на крыше. Однако это не так.

 

Dow Powerhouse

Изобретен и применяется вид кровли под названием Dow Powerhouse, который внешне выглядит как обычная кровельная черепица.

Такие изделия стоят почти вполовину дешевле обычных солнечных панелей, которые монтируются на крышу, зато эффективнее на 10 процентов.

Суть технологии состоит в том, что фотоэлектрические элементы вставляются в определенную форму, затем ламинируются.

После процесса опрессовки получается изделие традиционного дизайна кровельной плитки. В итоге, установка такой кровли практически ничем не отличается от выполнения стандартных кровельных работ.

Преимущества данной технологии:

• при монтаже экономия средств составляет примерно 50%;
• внешний вид частного дома остается неизменным.

Американская фирма “Conergy” начала поставки новой фотогальванической системы, которая значительно упрощает проектирование, формирование заказа и крепление солнечных батарей на крыше.

Многие задаются вопросом, где купить солнечную батарею, и сколько это стоит. Конечно, в специализированных магазинах, которые торгуют качественными изделиями. Это могут быть китайские устройства, кстати, есть образцы отличного качества, немецкие панели и изделия других производителей.

Есть подобные устройства и у отечественных производителей. Все зависит от потребностей каждого домовладельца, мощности панелей и стоимости. На деньгах в этом вопросе лучше не экономить, а покупать самые передовые и качественные солнечные панели. Со временем они окупятся.

Покупая устройства для получения энергии из солнечных лучей, каждый владелец частного дома приобретает независимость от централизованных поставщиков с постоянно растущими ценами за каждый киловатт электричества.

Если нужна крыша на солнечных батареях, то лучший вариант обратиться в надежную проверенную компанию. Здесь помогут не только выбрать устройство по приемлемой цене, но и установить полностью все оборудование.

Не надо бояться, что в определенной местности мало солнечных дней. Солнечные панели работают эффективно и в пасмурную погоду. Технологии солнечной энергии постоянно развиваются и совершенствуются.

Солнечные панели можно поставить на крыше или в других доступных местах.

Рекомендуемое направление – южная сторона кровли дома. Все-таки, при ясном солнце эффективность работы оборудования возрастает.

Установка солнечных батарей несложна и удобна. Главное, правильно установить в нужном месте. При этом переделка крыши дома не потребуется. Единственное, что необходимо сделать – укрепить конструкцию, если кровельная система недостаточно прочна.

Наклон солнечных панелей нужен не только для быстрой очистки от снега.

Например, оптимальный угол для получения солнечной максимальной энергии в центральных районах нашей страны составляет от 30 до 45 градусов.

Лучше об этом скажут специалисты компании, которая продает и обслуживает оборудование.

Если конструкция дома не позволяет ориентировать солнечные панели в нужном направлении, то придется производить реконструкцию крыши или устанавливать дополнительные крепежные элементы.

Самостоятельно производить монтаж панелей и оборудования без знаний и навыков не рекомендуется. Профессионалы помогут выбрать все изделия по приемлемой цене и установят в нужном направлении солнечные панели и вспомогательное оборудование к ним.

Использование энергии Солнца является относительно новым изобретением человека. Развитие технологии получения электричества посредством солнечных лучей для нужд обычных людей, которые живут в загородных домах, тесно связано с количеством пользователей данными устройствами.

Как только в нашей стране наступит массовое применение солнечных батарей — произойдет качественный скачок в использовании альтернативной энергии, главное достоинство которой – бесплатно получать электричество от неиссякаемого источника – солнца.

Как вулканы влияют на климат?

Технические характеристики

Мощность панели	40.5-43.25 Вт
Мощность на квадратный метр	161.6 — 173 Вт
Допуск по мощности	3%
Тип фото-ячейки	Монокристалл
Размеры	540 x 540 мм
Размер ячейки	156×156 мм
КПД	18.8 — 19.8%
Номинальное напряжение	4.7 В
Сила тока	8.75 — 9.0 A
Рабочая температура	-40 ºC до +85 ºC
Защитное стекло	4 мм
Нагрузка	до 8500 Па
Вес панели	3.3 кг
Вес/квадратный метр	14 кг
Падение мощности 15 лет	10%
Падение мощности 25 лет	15%
Падение мощности 40 лет	20%
Срок службы:	100 лет
Гарантия	5 лет

Установка фотоэлектрической черепицы.

Многими строительными компаниями было отмечено, что установка «солнечной» черепицы намного легче, по сравнению с установкой солнечных батарей. Бытует заблуждение, что такая черепица эффективна только в том случае, если будет установлена с солнечной стороны дома и работает только под прямыми лучами солнца. На самом деле для выработки электроэнергии необходим просто дневной свет, поэтому она может устанавливаться по обеим сторонам крыши в самом удобном месте, где позволяет общий дизайн здания. Внешне «солнечная» черепица похожа на кровельную дранку асфальтовой раскраски, поэтому ее легко включить в проектный дизайн крыши. После установки черепицы на крыше, производится системное подключение к приборам и освещению в доме.

Ориентировочная стоимость «солнечной» крыши

Буквально на днях Илан Маск сделал шокирующее для многих застройщиков заявление: солнечная крыша будет стоить дешевле традиционных материалов. Так ли это? Возможно, сами батареи и будут чуть ниже цены, например, керамической черепицы. Но не стоит забывать о дополнительном оборудовании, без которого продукция Tesla не будет функционировать должным образом, а именно генерировать солнечную энергию и преобразовывать ее в электрическую. Можно интерпретировать сказанное основателем компании как: стоимость новой технологии будет ниже обычного кровельного материала + солнечные батареи, что совершенно меняет картину.

Как минимум к стеклянной кровле нужно будет прикупить фирменный аккумулятор Powerwall 2-ого поколения. Его стоимость составляет порядка $5,5 тыс. Немного о его технических характеристиках:

• Габариты — 1150×755×155 мм;
• Вес — 122 кг;
• Диапазон температур для работы устройства — от −20°С до +50°С;
• Потребляемая мощность — 14 кВт.ч;
• Непрерывная мощность — 5 кВт, макс. — 7 кВт;
• Гарантийный срок — 10 лет.

В состав Powerwall 2 также входит инвертор напряжения.

Батарея Tesla Powerwall 2 благодаря рабочему диапазону температуры можно устанавливать как внутри помещения, так и снаружи. Например, его можно закрепить на фасаде здания.

Подключение панелей Тесла ничем не отличается от традиционной схемы солнечных батарей. Напряжение постоянного тока из крыши попадает в аккумулятор Powerwall, который передает его в инвертор для преобразования в переменный то
Общая схема подключения солнечных батарей для преобразования энергии солнца в электроэнергию

Попробуем рассчитать ориентировочную стоимость на оборудование Tesla для дома, площадь крыши которого — 200 м2. Если солнечная кровля будет дешевле обычного материала (например, керамической черепицы), тогда цена 1 м2 не должна превышать $35. Не забываем учесть затраты на батарею: 5500 / 200 = $27,5. Итого 35 + 27,5 = $62,5, умножим полученный результат на общую площадь: 62,5*200 = $12,5 тыс. Именно столько потребуется отдать за современные технологии для частного дома средних размеров. Разумеется, расчеты ориентировочны, но не стоит забывать о дополнительных затратах на монтаж и дополнительные элементы энергоэффективной системы.

Еще немного цифр. Согласно данным сайта greentechmedia.com система Тесла будет генерировать порядка 9000 кВт.ч в год (экономию можно посчитать самостоятельно). Также портал ссылается на недостаточное количество профессиональных установщиков, что повлечет за собой высокие затраты на первоначальный монтаж и настройку оборудования. Учитывая все факторы, цена такой высокотехнологичной кровли будет находится в диапазоне от $ 33000 до $ 37000 за все те же 200 кв.м.