Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem: Omówienie tematu systemów BIPV od A do Z
Czym są systemy BIPV?
Table of Contents
Branża budowlana w znaczącym stopniu przyczynia się do zmian klimatycznych, ponieważ odpowiada za 38% światowej emisji dwutlenku węgla.
Emisja CO2 z działań budowlanych osiągnęła w roku 2021 rekordowy poziom wynoszący około 10 Gt CO2 – co stanowi 5-proc. wzrost w stosunku do roku 2020 – dlatego jest oczywiste, że branża budowlana potrzebuje bardziej ekologicznych metod, które pozwolą walczyć ze zmianami klimatu przy równoczesnym zaspokojeniu potrzeb rosnącej populacji.
Odpowiedzią na ten problem może być fotowoltaika zintegrowana z budynkiem (BIPV). BIPV to rodzaj instalacji fotowoltaicznej, którą można wykorzystać jako konwencjonalny element konstrukcyjny, który jednocześnie generuje energię elektryczną ze światła słonecznego.
Elementy BIPV mogą zastępować tradycyjne materiały budowlane i tworzyć takie elementy jak dachy, fasady i świetliki – co jest ekscytującą nowinką, umożliwiającą pełną integrację fotowoltaiki z nowoczesną architekturą.
Systemy BIPV są już wykorzystywane w różnych budowlach na całym świecie. Od ikonicznej Copenhagen International School w Danii – której system BIPV o mocy 700 kW zaspokaja 50% rocznego zapotrzebowania szkoły na energię – po imponujący budynek Solar Ark w Japonii. Systemy BIPV budynku Solar Ark generują 630 kW energii z przeszło 5000 paneli słonecznych, zapewniając łącznie około 500 000 kWh energii rocznie.
Globalny rozwój rynku BIPV do wartości około 10,8 miliarda dolarów w roku 2022 oznacza, że technologia BIPV na dobre zadomowiła się na świecie, ponieważ z czasem coraz więcej osób będzie poszukiwać ekologicznych sposobów produkcji energii.
W artykule omawiamy różnice pomiędzy BIPV a zwykłymi instalacjami fotowoltaicznymi, różne formy, w jakich występują elementy BIPV, zalety BIPV oraz przykłady zastosowania instalacji typu BIPV na całym świecie.
Na czym polega różnica pomiędzy systemami BIPV i zwykłymi instalacjami PV?
Po pierwsze należy objaśnić różnice pomiędzy zwykłymi systemami fotowoltaicznymi – znanymi jako systemy BAPV (od ang. Building-Applied Photovoltaics) – a systemami BIPV.
Jedną z głównych różnic jest fakt, że w systemach BIPV moduły fotowoltaiczne stanowią część konstrukcji budynku i są po prostu wbudowane w strukturę. Jako że systemy BIPV stanowią element struktury budynku, w odróżnieniu od tradycyjnych systemów PV nie wymagają stelaży i elementów montażowych.
Z kolei zwykłe instalacje BAPV są przymocowane do budynku, co oznacza, że można je zdemontować i wymienić. Elementy BIPV planowane są na etapie projektu architektonicznego, a system BAPV można bez problemu zastosować na późniejszym etapie budowy.
Kolejną różnicą pomiędzy systemem BIPV i BAPV jest pełnienie przez moduły fotowoltaiczne systemu BIPV praktycznych funkcji, takich jak zapewnienie izolacji lub osłony, oprócz podstawowej funkcji, jaką jest zasilanie budynku.
Ponadto w przeciwieństwie do projektów BAPV, w których panele słoneczne są instalowane zazwyczaj na dachach, projekty BIPV można stosować na znacznie większej przestrzeni. Do wytwarzania energii fotowoltaicznej może zostać wykorzystana fasada budynku, która pochłaniając światło słoneczne, zapobiegnie nadmiernemu nagrzaniu się wnętrza budynku.
Tymczasem zwykłe systemy BAPV służą jedynie do wytwarzania energii elektrycznej dla budynku z energii słonecznej i nie pełnią poza tym żadnych dodatkowych funkcji.
Podejmując decyzję o zastosowaniu BIPV lub BAPV, architekci powinni rozważyć, w jaki sposób można dostosować te technologie fotowoltaiczne do specyficznych wymagań mieszkańców budynku.
Na przykład oprócz wytwarzania energii systemy BIPV mogą zapewniać dodatkowe korzyści takie jak wykorzystanie półprzezroczystej cienkiej folii PV, by zapewnić naturalne światło, lub integrację termicznych systemów solarnych przechwytujących energię cieplną, którą można zastosować do podgrzania wody użytkowej lub ogrzania bądź schłodzenia przestrzeni.
W jakich postaciach występują elementy BIPV?
Systemy BIPV kształtują przyszłość naszych budynków na wiele sposobów. Opiszemy kilka najpopularniejszych form BIPV, które stosowane są we współczesnej architekturze.
Po pierwsze należy wymienić kompletne dachy solarne. Panele słoneczne na dachu budynku, pod postacią dachówek solarnych – zwanych również gontem fotowoltaicznym – zmieniają każdą powierzchnię zewnętrzną w generator energii.
Kolejnym rodzajem są fasady solarne. Moduły fotowoltaiczne z cienkiej folii stosowane są na powierzchniach zakrzywionych lub półprzezroczystych fasadach w celu maksymalizacji wydajności energetycznej budynku. Sprawdzają się one szczególnie na obiektach architektonicznych o niekonwencjonalnych kształtach, ponieważ moduły z cienkiej folii PV są bardziej elastyczne i giętkie niż grubsze panele przeznaczone do powierzchni płaskich.
Ostatnią, ale również popularną odsłoną BIPV są solarne okna i świetliki. Nie tylko umożliwiają dotarcie do pomieszczeń naturalnego światła, ale również generują prąd z energii słonecznej.
Jakie są zalety BIPV?
Wydajność energetyczna
Wykorzystując energię słoneczną do wytwarzania energii elektrycznej, systemy BIPV sprawiają, że budynek zużywa mniej zasobów. Ponieważ energia słoneczna jest zasobem całkowicie odnawialnym, zmniejsza to zależność od tradycyjnych, ograniczonych zasobów, takich jak gaz czy węgiel.
Estetyka
W przeciwieństwie do tradycyjnych paneli słonecznych (BAPV) rozwiązania BIPV są zintegrowane z projektem budynku. Architekci mogą zatem wykorzystywać moduły fotowoltaiczne jako nieodłączną część identyfikacji wizualnej budynku, ponieważ system BIPV łączy w sobie formę i funkcję.
Jest to rozwiązanie preferowane przez architektów, którzy uważają, że dodawanie zwykłych paneli słonecznych (BAPV) do gotowego budynku i związane z tym dopasowywanie wsporników i uchwytów pogarsza wygląd budynku.
Moduły BIPV stanowiące integralną część budynku można również dostosować pod względem rozmiaru, koloru i kształtu, aby lepiej dopasować je do ogólnego projektu. Dzięki temu można je zintegrować z dowolną konstrukcją, od domów jednorodzinnych po drapacze chmur.
Redukcja kosztów operacyjnych
BIPV to nie tylko ekologiczna energia – są one również uważane za mądre posunięcie finansowe. Fakt zmniejszania rachunków za energię znacznie obniża koszty operacyjne systemów BIPV.
Zmniejszone koszty materiałów i prądu oznaczają również lepszy zwrot z inwestycji, jaką jest obiekt budowlany, dzięki czemu systemy BIPV stanowią dobry wybór pod kątem długoterminowych kosztów i zrównoważonego rozwoju.
Niezawodność
Po zainstalowaniu systemy BIPV są bardziej niezawodne i wymagają minimalnej konserwacji.
W dłuższej perspektywie oznacza to, że budynki mogą korzystać z niezawodnego wytwarzania energii bez konieczności regularnej konserwacji, co dodatkowo zmniejsza ich koszty bieżące.
Oszczędność przestrzeni
Dzięki temu, że systemy BIPV można zintegrować ze ścianami zewnętrznymi, oknami lub dachem budynku, obszerne mocowania lub wsporniki nie zajmują dodatkowej przestrzeni.
Wybierając rozwiązanie oszczędzające przestrzeń już na wstępnym etapie projektowania budynku, architekci i firmy budowlane mogą mieć pewność, że systemy BIPV zoptymalizują każdy centymetr przestrzeni w celu bardziej wydajnego przechwytywania i wytwarzania energii.
Przed zdecydowaniem się na projekt BIPV skonsultuj się z miejscowym biurem projektowym, aby upewnić się, że projekt jest zgodny z przepisami prawa i regulacjami.
Mniej zanieczyszczeń
Generujące czystą energię bez emisji zanieczyszczeń i gazów cieplarnianych systemy BIPV to świetny sposób na znaczne zmniejszenie śladu węglowego budynku.
Ponadto, szczególnie w krajach o gorącym klimacie, w których występuje duże nasłonecznienie, istnieje dodatkowa zaleta stosowania systemów BIPV: wykorzystanie BIPV do zacienia i izolacji budynku, co może również pomóc w zmniejszeniu całkowitego zużycia energii przez budynek.
Na przykład zacienienie okien za pomocą systemów BIPV może pomóc w zmniejszeniu ilości ciepła przedostającego się do budynku. To z kolei minimalizuje korzystanie z klimatyzacji i innych energochłonnych systemów chłodzenia, zmniejszając w ten sposób zużycie energii i związaną z tym emisję dwutlenku węgla.
Mikrofalowniki Hoymiles stosowane w systemach BIPV
Aby uzyskać najlepsze rezultaty ze stosowania systemów BIPV, bardzo ważne jest uwzględnienie BIPV już na początku projektowania budynku i zastąpienie tradycyjnych materiałów, takich jak gont, elementami fotowoltaicznymi, takimi jak gont fotowoltaiczny.
Włączenie BIPV do projektu architektonicznego od samego początku pozwala zmniejszyć dodatkowe koszty wynikające z późniejszego dodania systemu BAPV, który może nie pasować do projektu budynku, a także uniknąć kłopotów z instalowaniem oddzielnych systemów montażowych.
Co więcej, w projektach BIPV większa powierzchnia modułów fotowoltaicznych oznacza, że niektóre panele słoneczne znajdą się w cieniu w określonych porach dnia lub porach roku. Rozwiązaniem tego problemu są mikrofalowniki Hoymiles, które umożliwiają niezależną pracę każdego modułu fotowoltaicznego. Dzięki temu moduły w cieniu nie będą ograniczać mocy wytwórczej innych modułów w systemie.
Jednak jeśli chodzi o funkcjonowanie BIPV, pojawia się problem. W przeciwieństwie do zwykłych projektów fotowoltaicznych, BIPV nie wykorzystuje istniejącej struktury – na przykład dachu – na której mógłby być wsparty. Dodatkowy ciężar może spowodować uszkodzenie systemu BIPV lub sprawić, że będzie on zbyt ciężki, aby można go było bezpiecznie zastosować na budynku, dlatego należy ocenić każdy potencjalny wzrost masy.
Oznacza to, że falowniki stosowane w takiej instalacji muszą być lekkie.
Firma Hoymiles oferuje mikrofalowniki przeznaczone do projektów BIPV, które są kompaktowe i na tyle lekkie, że da się je zastosować w każdej instalacji BIPV.
W Chinach wybrano mikrofalowniki Hoymiles do dachowej instalacji BIPV na stacji kolejowej, aby umożliwić korzystanie z czystej energii solarnej bez dodatkowego obciążania konstrukcji.
Zaś w Finlandii mikrofalowniki Hoymiles zostały użyte do dachówek BIPV w domku nad jeziorem, aby zapewnić jak najlepsze wykorzystanie letniego słońca przy zapewnieniu lekkości i wydajności całej konstrukcji.
Wniosek
W świecie zmagającym się ze zmianami klimatycznymi, w którym sektor budowlany odpowiada za 38% globalnej emisji dwutlenku węgla, systemy BIPV okazały się rewolucyjnym rozwiązaniem.
Łącząc formę i funkcjonalność w celu wykorzystania energii słonecznej i wytwarzania energii elektrycznej, jednocześnie płynnie integrując się z architekturą, BIPV pomaga zmniejszyć zależność od innych źródeł energii, zapewnia elastyczność estetyczną i zmniejsza koszty operacyjne.
Co najważniejsze BIPV znacząco ogranicza zanieczyszczenia poprzez wytwarzanie czystej energii. Biorąc pod uwagę rosnący światowy rynek BIPV, którego wartość w 2022 r. wyniesie około 10,8 miliarda dolarów, jasne jest, że BIPV szybko stanie się najlepszym wyborem w zakresie technologii zielonej energii w budownictwie.
