Kas daro BIPV suderinamą su pastatų fasadais?

Kas yra BIPV? Technologijos, tipų ir pagrindinių skirtumų nuo tradicinės fotovoltinės technologijos apibrėžimas

Pastatuose integruotos fotovoltinės sistemos (BIPV) įmontuoja saulės energijos gamybą tiesiogiai į architektūrinius elementus – stogus, fasadus, langus ir apdailos plokštes – pakeisdamos įprastas statybos medžiagas, o ne būdamos montuojamos ant jų. Skirtingai nuo tradicinių fotovoltinių (PV) sistemų, montuojamų ant pastatų konstrukcijų (vadinamų pastatuose pritaikytomis fotovoltinėmis sistemomis – BAPV), BIPV atlieka dvigubą funkciją – struktūrinę ir energijos gamybos. įJUNGTA struktūrų (žinomų kaip pastatuose pritaikytos fotovoltinės sistemos – BAPV), BIPV atlieka dvigubą funkciją – struktūrinę ir energijos gamybos.

Pagrindinės technologijos apima vienakryštalį ir daugiašaklį silicį, užtikrinantį didelę naudingumo ir ilgaamžiškumo efektyvumą; plonųjų plėvelių variantus, tokius kaip CIGS ir CdTe, skirtus lankstiai ir lengvai integruoti; besivystančias perovskito ir organines fotovoltinės (PV) elementų sistemas, kurios leidžia reguliuoti skaidrumą ir spalvą; bei dažais jautrius saulės elementus (DSSC), optimizuotus difuzinėms ir prastomis šviesos sąlygomis.

Pakeisdami įprastus statybos medžiagų tipus, BIPV sumažina medžiagų ir darbo sąnaudas, tuo pat metu generuodami švarią elektros energiją. Pavyzdžiui, stiklo pagrindu sukurtos BIPV fasado sistemos viename komponente užtikrina šiluminę izoliaciją, dienos šviesos valdymą ir vietinę elektros energijos gamybą.

Pagrindiniai skirtumai tarp BIPV ir BAPV yra sisteminiai – ne tik estetiniai:

Šiandien vyraujančiuose projektuose BIPV naudojama saulės stoguose, užuolaidinėse sienose ir apdailoje – neaktyvios paviršiai paverčiami aktyviais, atsinaujinančiais turtais.

BIPV našumas ir projektavimo aspektai: efektyvumas, estetika ir konstrukcinis integravimas

Energijos gamyba prieš architektūrinį ketinimą

Teisingo balanso tarp energijos gamybos ir gerų architektūrinių sprendimų pasiekimas reikalauja planavimo, kuris prasideda jau ankstyvojo projektavimo etape. Fotovoltinės elementų išdėstymas, jų nuolydis, šešėlius metantys objektai bei net pati paviršiaus forma visi veikia elektros kiekį, kuris gaunamas. Tačiau šie techniniai aspektai turi būti suderinti su vizualiai patraukliu vaizdu ir atitikti esamus erdvės apribojimus. Pagal praeitais metais SERI paskelbtą tyrimą pastatai, kuriuose fotovoltiniai elementai integruoti į pačią konstrukciją, kasmet gali pagaminti apie 22 procentus daugiau energijos nei pastatai, kuriuose saulės elementai pridėti vėliau kaip po galvoje kilusi mintis. Norint pasiekti tokį našumo padidėjimą, architektams nuo pat projektavimo pradžios reikia bendradarbiauti su inžinieriais ir energijos sistemų modeliavimo specialistais. Jei tai daroma tinkamai, saulės komponentai tampa pastato charakterio dalimi, o ne išsiskiria kaip nepatogūs ar trukdantys kasdieninėms erdvės funkcijoms elementai.

Medžiagų pasirinkimai: stiklas, stogai, fasadai ir apdailos plokštės

BIPV medžiagos sukurtos taip, kad vienu metu atitiktų tiek konstrukcinius, tiek elektros funkcinius reikalavimus pagrindinėse pastatų apvalkalų dalyse:

• Stiklas : Fotovoltinė stiklinė apdaila – permatoma, dalinai permatoma arba tonuota – langams ir užuolaidinėms sienoms, užtikrinanti natūralų apšvietimą, šilumos kontrolę ir energijos gamybą
• Sedų apdaila : Saulės elementų plytelės ir čerpės, kurios imituoja šlaitinio šlako, molio ar metalo profilius, pasiekiančios 15–20 % modulių naudingumo koeficientą ir atitinkančios gaisro bei vėjo apkrovos standartus
• Fasadai : Individualizuotos apdailos plokštės įvairių spalvų, tekstūrų ir skaidrumo laipsnių, kurios verta vertikalias paviršius į išsklaidytus energijos generatorius
• Metalinės / kompozitinės apdailos plokštės : Tvarkingos, oro sąlygoms atsparios BIPV sistemos, tinkamos naudoti stipraus vėjo ar korozinėmis sąlygomis

Šiluminio plėtimosi elgsena, apkrovos nešančioji galia ir gaisrinė klasifikacija turi atitikti vietines statybos taisykles. Kristalinis silicis išlieka efektyvumo ir ilgaamžiškumo etalonu; plonųjų plėvelių variantai suteikia didesnę projektavimo lankstumą – ypač kreivose ar netolygiuose pagrinduose.

Reguliavimo, finansiniai ir gyvavimo ciklo privalumai, susiję su BIPV įdiegimu

Skatinamieji mechanizmai, sertifikatai ir vietinės leidimų išdavimo procedūros

Pastatų integruotos fotoelektrinės sistemos (BIPV) gali pasinaudoti įvairiais finansiniais skatinimais skirtingose regionuose. Šie skatinimai apima tokias priemones kaip federalinės ir valstijų lygio mokesčių nuolaidos, grąžinamieji mokėjimai iš komunalinių paslaugų tiekėjų bei ypatingos žaliųjų pastatų subsidijos. Jų naudojimą skatina Jungtinės Valstijos, Europos Sąjungos šalys ir Japonija – visos šios šalys tam tikru mastu siūlo tokių naudų. Konkrečiai Europoje jau įvesta keletas svarbių reglamentų. Pavyzdžiui, Įmonių tvarumo ataskaitų direktyva (CSRD) ir Pastatų energinio naudingumo direktyva (EPBD) faktiškai skatina įmontuotų atsinaujinančių energijos šaltinių sistemų naudojimą. Praktikoje tai reiškia, kad projektai, atitinkantys BIPV standartus, dažnai gauna leidimus daug greičiau nei tradicinės įrengimo sistemos.

BIPV sistemos taip pat gali padėti pastatams įgyti šiuos žaliųjų sertifikavimo taškus. Jos skaičiuojamos į LEED kredito taškus atsinaujinančios energijos gamybos kategorijoje ir gerai vertinamos BREEAM energijos skyriuje tiesiog todėl, kad veikimo metu sumažina anglies emisijas. Kitas svarbus privalumas yra tas, kad, pakeisdamos standartines statybines medžiagas, BIPV sistemos architektams ir statybos investuotojams palengvina įvairių reglamentų – susijusių su teritorijų planavimo reikalavimais, pastatų fasadais ir net su istorinėmis apsaugomomis teritorijomis – laikymąsi. Tai reiškia mažesnį patvirtinimo proceso uždelstymą ir mažesnę tikimybę susidurti su problemomis, gaunant leidimus.

Bendrosios naudojimo sąnaudos: grąžinamumas ne tik dėl energijos taupymo

Vertinant BIPV per visą gyvavimo ciklą, išryškėja pranašumai, kurie išeina už elektrinės energijos gamybos ribų:

• Medžiagų ir darbo jėgos taupymas : Pašalina perteklines sluoksnių struktūras – pvz., stogo pamatinį sluoksnį, apdailos pagrindą arba karnizo sienos rėmą – sumažindamos statybos sąnaudas 15–25 %
• Atsparumas ir ilgaamžiškumas įvertinta veikti 25+ metų su minimaliu techniniu aptarnavimu, pranokdama daugelį įprastų apdailos ir stogų sistemų
• Turto vertės padidėjimas nacionalinio atsinaujinančios energijos tyrimų laboratorijos (NREL) ir CBRE atlikti tyrimai rodo, kad komercinės nekilnojamojo turto vietovės su integruota saulės energijos sistema užtikrina nuomos premiją 3–7 % ir perpardavimo premiją 4–6 %
• Energijos atsparumas vietos masto gamyba palaiko nepriklausomybę nuo elektros tinklo, sumažina paklausos mokesčius ir, sujungus su energijos kaupikliais, suteikia rezervinės energijos funkcionalumą

^{Tipiški pramonės duomenys; faktiniai taupymai priklauso nuo projekto masto, klimato sąlygų ir regioninių politikos sistemų.}

Realaus pasaulio BIPV įdiegimai: pamokos iš lyderių komercinių projektų

Realaus pasaulio įdiegimai parodo, kaip BIPV jungia techninį našumą ir architektūrinį ambicijų lygį – patvirtindami įgyvendinamumą ir tuo pačiu išryškindami esminius įdiegimo aspektus.

Atvejo tyrimas: nulinės energijos sąnaudų biuras Berlyne, naudojantis BIPV užuolaidinėmis sienomis

Berlyno naujausias komercinis bokštas pasiekė nulinį eksploatacijos lygį po to, kai visus langus pakeitė kristalinio kremniuo kristalinio BIPV užuolaidų sienomis. Ši milžiniška 8200 kvadratinių metrų saulės fasado paviršius kasmet gamina apie 550 megawatvalandžių energijos, kuri padengia beveik 40 % visų pastato energijos poreikių. Inžinieriams buvo labai sudėtinga spręsti šiluminio išsiplėtimo problemas ir paslėpti visas tas laidų sistemas. Jie sukūrė modulines montavimo bėgles, kurios tiesiog „įsispaudžia“ viena į kitą, todėl montavimas tapo daug lengvesnis. Ypač išsiskiria tai, kad moduliai išlaiko apie 18,7 % naudingumo koeficientą net nepalankiomis sąlygomis – aplinkinių pastatų metamos šešėlių dėlto. Fiksuotų nuolydžio elementų ir dviejų ašių sekimo sistemos derinys padeda išlaikyti gerą energijos gamybą net tada, kai dienos dalį saulės šviesa būna užblokuota.

Atvejo tyrimas: saulės stogo integracija JAV daugiabučių gyvenamųjų pastatų komplekse

Prieš tai pigių būstų statybos projektas su 120 būstais Kalifornijoje neseniai į savo stovinčių siūlių metalinius stogus įmontavo spalvotų amorfinio silicio BIPV (pastatuose integruotos saulės energijos) plokštes. Šios plokštės kasmet generuoja apie 340 megawatvalandžių energijos. To pakanka visiems bendro naudojimo plotų šviestuvams maitinti, elektromobilių įkrovos stotelių veikimui užtikrinti ir net mažinti gyventojų mokėjimus už elektros energiją maždaug penktadaliu. Projektą vykdant komanda taip pat išmoko keleto svarbių dalykų. Ji turėjo tiksliai nustatyti tinkamiausią plokščių nuolydžio kampą, kad lietus tinkamai nubėgtų per visus metų laikus. Be to, reikėjo specialių antispinduliavimo dangų, nes kitaip kaimynai nuolat skundėsi, kad atspindžiai nuo plokščių krinta į jų langus tokiose glaudžiose gyvenamosiose erdvėse. Taip pat pasirodė dar viena papildoma nauda, kurios iš pradžių niekas nebuvo tikėjęsis: plokščių montavimas statybos metu sutaupė beveik pusę montavimo laiko lyginant su įprastų saulės baterijų įrengimu jau pastatytų stogų viršuje vėliau.