Интеграция фотоэлектрических систем в фасады зданий рассматривается как способ превратить оболочку объекта в активный элемент его энергетической стратегии. При этом именно фасадные решения нередко оказываются наиболее сложными для оценки: на раннем этапе проекта трудно точно определить, сколько электроэнергии сможет вырабатывать система, какие поверхности подходят для размещения панелей, как отразится ориентация фасада на результат и каким будет соотношение между конструктивными, электрическими и противопожарными требованиями.
Материал подчёркивает, что ответить на эти вопросы помогает интегрированный проектный процесс. В нём участвуют архитекторы, инженерные команды и специалисты по фасадным системам, которые работают совместно с самых ранних стадий. Компании, подобные SolarLab, используют инструменты проектирования, энергетические симуляции, предварительные расчёты стоимости, технические рекомендации и испытания, чтобы сделать задачу более определённой ещё до начала строительства. Такой подход помогает точнее оценивать реализуемость проекта, формировать бюджет и заранее подключать консультантов и подрядчиков.
Фасад как согласованная система
Одним из примеров такой координации стал Fanshawe College Innovation Village в Лондоне, Онтарио, спроектированный бюро Diamond Schmitt. Проект объединяет ранее разрозненные части кампуса в центр для обучения, исследований и совместной работы. Его фасад получил индивидуальную систему building-integrated photovoltaic cladding на всех сторонах здания, включая северный фасад. Такое решение потребовало учитывать ориентацию панелей, объёмы выработки и технические условия вентилируемой навесной конструкции. 
Фасадная система сочетает активные и пассивные элементы из стекла с покрытием на основе низкожелезистого стекла. Фотогальванические панели, немного наклонённые вверх, чередуются с более компактными смещёнными пассивными элементами, формируя выразительную геометрию. Поверхность при этом воспринимается как сине-голубая и меняется в зависимости от света. В проекте SolarLab работала вместе с Diamond Schmitt и остальной командой, чтобы поставить фасадную систему для этого здания.
Техническая координация и испытания
Каждая активная панель включает фотоэлектрические элементы в многослойном безопасном стекле и опирается на прецизионную алюминиевую подсистему, рассчитанную на местные ветровые и снеговые нагрузки. Важной частью разработки стали скрытые крепления, вентилируемая полость и согласование размеров панелей и узлов соединения. Для проверки точности посадки и геометрии компонентов на площадке выполнялись детальные макеты. Поскольку панели изготавливались за пределами Канады, тестирование элементов проводилось как на производстве, так и на объекте, а также выполнялась маркировка в соответствии с канадскими нормативными требованиями.
Фотоэлектрическая облицовка должна была быть согласована и с конструкцией поддерживающей стены, включая теплоизоляцию, подконструкцию, ветро- и влагозащитные слои, а также противопожарные отсечки. В материале отдельно отмечено, что при проектировании вентилируемых фасадов необходимо учитывать поведение полости и электрических компонентов в рамках общей стратегии пожарной безопасности. Для SolarLab также важно понимание ограничений по классификации материалов: приблизительно 0,9-миллиметровый полимерный инкапсулянт, защищающий фотоэлементы, не позволяет PV-панелям, включая обычные и BIPV-решения, получить класс A2 по EN 13501-1:2018. При этом стекло-стекло и стекло-обратная панель компании получили класс B-s1,d0.
Энергетические расчёты и прозрачность решений
Важную роль в оценке BIPV играют энергетические симуляции. Они позволяют понять, как солнечная экспозиция меняется в зависимости от ориентации здания, окружающих препятствий, угла наклона панелей, их размеров и особенностей поверхности. Используя контекстные 3D-модели и местные климатические данные, SolarLab может оценивать годовую инсоляцию и ожидаемую выработку электроэнергии. Визуализации и графики помогают сравнивать конфигурации и смотреть, как конкретное размещение панелей соответствует энергетическим целям объекта.
Подробность расчётов увеличивается по мере развития проекта: от первоначальных оценок выработки до более точных вычислений, когда определяются конфигурация фасада и раскладка модулей. Для работы в Rhino и Grasshopper компания использует собственные инструменты, а также CAD- и BIM-ресурсы, чтобы архитекторы могли исследовать варианты фасадов и оценивать их производительность ещё на стадии проектирования. Онлайн-калькулятор даёт предварительную оценку стоимости материалов для солнечных фасадов, а более глубокие проектные расчёты позволяют связать решения по фасаду с ожидаемой выработкой и инвестициями.
Такой подход помогает определить, где фотоэлектрические панели работают наиболее эффективно, не закрывая ими все доступные поверхности фасада без необходимости. На примере Fanshawe College Innovation Village завершённый фасад имеет номинальную мощность 174,86 kWp и, по оценке, будет производить 122,98 MWh электроэнергии в год. Это соответствует примерно 18 процентам краткосрочных потребностей здания в энергии. В сочетании с планируемой кровельной солнечной установкой совокупная система должна обеспечивать около 30 процентов общего энергопотребления объекта. Ранний анализ затрат и выгоды помог подтвердить реализуемость такого решения.
Комплексная работа от концепции до реализации
Вторая рассмотренная в материале реализация — Student Experience International building в Амстердаме, спроектированное VURB Architects. Здесь интеграция BIPV также стала инструментом снижения проектных рисков на сложном объекте. Более 3000 квадратных метров индивидуально наклонённых солнечных панелей покрывают оболочку здания, а пиковая мощность системы составляет примерно 283 kWp. Сатиновая отделка и горизонтальный поворот панелей создают меняющиеся сине-серые и серебристо-серые оттенки по мере движения солнца и одновременно помогают уменьшить блики.
Для этого здания применили ограниченный набор форматов панелей и гибкую монтажную систему, рассчитанную на долговечность и удобство обслуживания. Размещение энергетической системы в оболочке позволило сохранить крышу свободной для зелёных зон и общих открытых пространств. В целом оба проекта показывают, что успешная интеграция BIPV требует не отдельного технологического решения, а последовательной совместной работы на всех стадиях — от ранней оценки реализуемости до проектирования, инженерной координации, испытаний и монтажа. Именно такой процесс делает затраты, энергетические показатели, технические ограничения и нормативные требования более понятными и помогает архитекторам и заказчикам принимать обоснованные решения о солнечных фасадах.
Источник: ArchDaily
