Интеграция солнечных панелей в городскую среду: мировой опыт и возможности для Казахстана



В статье рассмотрены вопросы повышения энергоэффективности на основе интеграции в городскую среду солнечной энергетики. Показано, что Казахстан обладает большим потенциалом солнечной энергии, однако недостаточно оцениваются возможности использования солнечных панелей в городской застройке. Рассмотрен зарубежный опыт интеграции солнечных панелей в городскую среду.

Ключевые слова: энергоэффективность зданий, солнечные панели, возобновляемая энергия, реновация.

Одним из направлений повышения энергоэффективности зданий является использования возобновляемых источников энергии. Одним из таких источников является солнечная энергия. По приблизительным оценкам потенциал солнечной энергетики в Казахстане составляет 2,5 миллиарда кВтч.

Таблица 1

Энергия, получаемая из возобновляемых источников в Казахстане

	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023
Энергия, получаемая из возобновляемых источников, всего, МВт	2734	2807	2851	2898	3088	3606	4190	4536	5069	5663
Солнечная энергия, МВт	5	57	57	59	209	542	912	1038	1146	1306
Примечание — Источник [1]

Территория Казахстана получает значительное количество солнечной радиации. Наибольшее количество солнечных дней и соответственно солнечной радиации приходится на летние месяцы года, а именно июнь-август. Количество солнечных часов в городах Казахстана более 2000 часов в год (рисунок 1). Такое количество значительно выше, чем в других странах таких как Германия, Великобритания, Норвегия и другие. [2]

Рис. 1. Средняя продолжительность солнечного сияния в городах Казахстана в год, часов [3]

По данным Бюро национальной статистики Агентства по стратегическому планированию и реформам Республики Казахстан доля электроэнергии получаемой из возобновляемых источников энергии составляет 4,4 % от общего объема. Основными источниками энергии являются уголь, газ, нефть и нефтепродукты, доля солнечной энергетики — 0,08 %. [4]

В Казахстане на данный момент реализованы около 130 объектов возобновляемой энергетики, из которых 44 являются солнечными электростанциями. [5] Организация крупных электростанций на специально выделенных территориях не является единственным решением. Альтернативой является размещение солнечных панелей непосредственно на зданиях или на территории прилегающих к ним. Подобное решение позволит размещать экологически чистые источники энергии, не требующие санитарно-защитных ограничений в пределах городской инфраструктуры.

Интеграция солнечной энергетики в урбанистические разработки являются ключевым аспектом в достижении устойчивого развития города. Это позволит городам минимизировать экологические загрязнения, повысить уровень комфортной среды, а также сделает их более экономически выгодными. Решения реновации и интеграции новых технологий в существующие застройки актуальны так и для малых городов, городов с большим оттоком населения и других небольших населенных пунктов.

Технология солнечных панелей зародилась во второй половине XX века. За это время солнечная энергетика претерпела значительную трансформацию и стала активно внедряться в городскую среду. С ростом спроса на возобновляемые источники появились различные варианты солнечных панелей. Они различаются по материалу, форме, конструкции, цвету и многим другим факторам. На данный момент выделяются следующие типы солнечных панелей: тонкопленочные, поликристаллические и монокристаллические. [6]

Солнечные панели также известны как фотовольтаические (PV) панели — технологии позволяющие преобразовывать солнечный свет в электричество. Подобные устройства могут как накапливать электрический ток, так использоваться напрямую. На основе этого в современной архитектуре появились два подхода в интеграции солнечных панелей в дизайн здания, это — BIPV (Building Integrated Photovoltaics) и BAPV (Building Attached Photovoltaics).

BIPV (Building Integrated Photovoltaics) — представляет интеграцию солнечных панелей на этапе проектирования. Элементы солнечных панелей интегрируются в само здание и являются неотъемлемой частью сооружения. Солнечные панели применяются в качестве фасадов, кровли или других элементов. Такой подход позволяет повысить энергоэффективность здания, одновременно с этим, не искажая его внешний вид, тем самым органично вписать в структуру населенного пункта.

Одним из примеров подобного подхода является международная школа в Копенгагене. Фасады выполнены из 12000 солнечных панелей, которые создают эффект переливающегося цвета, что также помимо эффективности придает эстетически приятный внешний вид. Солнечные панели занимают площадь 6048 м ² и покрывают 50 % общего потребления электроэнергии в школе. [7]

Рис. 2. Международная школа в Копенгагене. Автор: Jens Cederskjold

BAPV (Building Attached Photovoltaics) — это прикрепленные к зданию солнечные панели. В отличии от BIPV они могут устанавливаться на любом этапе строительства и проектирования. А также могут быть внедрены в существующие здания, в том числе и жилые. Подобный опыт активно используется в Европейских странах.

Во многих городах Германии установлены солнечные панели на кровлях зданий. В некоторых регионах Германии установка солнечных панелей стала обязательной во всех новых проектах и существующих в случае полной реновации зданий, замене или ремонте крыши. [8]

Рис. 3. Солнечные панели, община Морицбург, Германия. Автор: Альжанова Саида

Росту использования солнечной энергии в городской среде в Японии способствовала принятая в 1994 году программа «70 000 крыш», которая первоначально покрывала 50 процентов затрат на установку фотоэлектрических систем. Однако по мере снижения стоимости солнечных элементов постепенно субсидии снизились до 10 % к 2002 году количество бытовых систем, установленных в Японии, достигло 144 000. В течение девяти лет, с 1994 по 2003 год, эти программы помогли Японии позиционировать себя как мирового лидера как в производстве, так и в установке солнечных батарей. [9]

Таким образом, зарубежный опыт показывает, что современные технологии в области солнечной энергетики позволяют формировать энергоэффективную городскую среду, однако ее продвижение поддерживается специальными программами финансовой поддержки со стороны государства.

Литература:

1. Renewable capacity statistics 2024, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2024 https://www.irena.org/Publications/2024/Mar/Renewable-capacity-statistics-2024 (Дата обращения 5.04.2024)
2. Ахметкалиева С. Перспективный ресурс зеленой энергии в Казахстане: солнечная энергетика. URL: https://www.eurasian-research.org/publication/a-promising-green-energy-resource-in-kazakhstan-solar-power/?lang=ru (Дата обращения 10.03.2024)
3. Строительная климатология. СП РК 2.04–01–2017. Комитет по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства Министерства по инвестициям и развитию Республики Казахстан. — Астана, 2017
4. Топливно-энергетический баланс Республики Казахстан (2022г.) URL: https://stat.gov.kz/ru/industries/business-statistics/stat-energy/publications/5186/ (Дата обращения 12.04.2024)
5. Карта ВИЭ URL: https://qazaqgreen.com/map/ (Дата обращения 15.04.2024)
6. Солнечная энергетика в городских проектах Интеграция солнечных технологий в городскую инфраструктуру. URL: https://e-solarpower.ru/stati/solnechnaya-energetika-v-gorodskih-proektah-integraciya-solnechnyh-tehnologiy-v-gorodskuyu-infrastrukturu/ (Дата обращения 27.03.2024)
7. Copenhagen International School Nordhavn / C. F. Møller. URL: https://www.archdaily.com/879152/copenhagen-international-school-nordhavn-cf-moller (Дата обращения 19.03.2024)
8. OVERVIEW — Rooftop solar to become mandatory in several German states in 2023. URL: https://renewablesnow.com/news/overview-rooftop-solar-to-become-mandatory-in-several-german-states-in-2023–809103/ (Дата обращения 20.03.2024)
9. World Sales of Solar Cells Jump 32 Percent. URL: https://www.renewableenergyworld.com/solar/world-sales-of-solar-cells-jump-32-percent-17579/#gref (Дата обращения 20.03.2024)