Фотоволтаични системи интегрирани в сградите Тъй като интересът към фотоволтаичните системи, интегрирани в строителните елементи продължава да нараства и броят на фотоволтаичните продукти специално разработени, за да бъдат интегрирани в строителството се увеличава, за архитектите и инженерите ще бъде от полза да имат обща информация за нарастващите възможности за тяхното приложение, така че да могат да изберат подходящия подход за всяко конкретно приложение.
текст инж. Вера Ангелова
Както е известно, фотоволтаичните системи превръщат слънчевата светлина в електричество, като използват полупроводникови материали. Отделните фотоволтаични клетки се свързват, за да образуват по-големи елементи или модули, които от своя страна също могат да бъдат свързани и образуват редици. Модулността на фотоволтачините клетки дава възможност на проектанта и монтажника да оразмерят системите така, че да се удовлетворят енергийните нужди на клиента.
Енергийните соларни паркове вече са реалност и се развиват прогресивно, но в настоящия материал обръщаме внимание на още една възможност – соларната индустрия също предлага фотоволтаици, вградени в строителната конструкция на сградите или фотоволтаични продукти, които могат да бъдат използвани с традиционните покривни материали. Тези иновативни решения дават възможност на алтернативната, екологично чиста енергия да се погледне като на нещо реално и осъществимо във всеки един съвременен проект.
Фотоволтаичните клетки
В търговската мрежа са налични две основни фамилии фолтоволтаични клетки за интегрирани системи. Те са известни като кристалинни и тънък филм и са свързани с фотоволтаичната клетъчна технология за производство на съответния компонента.
Кристалинната фамилия се състои от непрозрачни силициеви соларни клетки, обикновено квадратни с размер 11.5 см, които са покрити със стъклен слой.
Както предполага термина, фотоволтаиците с тънък филм се произвеждат като се използват много тънки филми от фотоактивни материали, които са вакумно вложени в стъклен слой или друг подходящ слой като неръждаема стомана, а в близко бъдеще и в пластмасов.
Ще разгледаме накратко различните опции и параметри, които предлага всяка една фамилия. Кристалинната фамилия се състои от едно-кристални, поликристални лентови кристалинни слънчеви клетки. Продуктите са почти еднакви по форма и функция.
От архитектурна гледна точка цветът на фотоволтаичния панел като сграден елемент също има значение. Цветът на кристалинните фотоволтаични клетки се определя от вида на антирефлекторното покритие положено върху лицевата повърхност с цел намаляване на загубата на слънчева енергия при отразяване. Едно-кристалните фотоволтаични клетки обикновено са тъмносиви до черни на цвят. Поликристалинните клетки най-често са средно тъмносини. Кристалинените лентови клетки са тъмносини на цвят.
Въпреки че е възможна широка гама от цветове при кристалинните клетки, нетипичните цветове често се отразяват неблагоприятно на ефективността.
Основна функционална характеристика на фотоволтаичните клетки, от която се определя в голяма степен и цената им, е техния електрически капацитет, поради което производителите са насочили развойните си усилия към максимизиране на електрическата конверсия. Затова комплексно погледнато, отчитайки инженерните и архитектурните параметри, най-доброто решение се оказват панелите с тъмно-син към черен цвят.
Ако естетическата страна е преобладаваща и се изпълнява по-авангарден проект, някои производители са склонни да обмислят производство на партида с цвят по поръчка, стига тя да е достатъчно голяма, за да оправдае специалния еднократен инженерингов процес и съответните разходи. Очаква се предлагането на тази опция да се увеличава в бъдеще, тъй като популярността на приложенията на интегрираните фотоволтаични системи продължава да нараства и архитектите и техните клиенти търсят по-голяма гъвкавост по отношение на дизайна.
Има три различни технологии във фамилията фотоволтаични клетки с тънки филми, които се предлагат на пазара или предстои да бъдат пуснати. Те включват: аморфен силикон (a-Si); кадмиев телурид (CdTe) и медно индиево диселенид (CIS).
Преобладаваща част от фотоволтаичните панели от клетки с тънък филм на цвят са тъмно кафяви до черни се произвеждат като за покривен слой се използва стъкло и наподобяват черно архитектурно стъкло по вид и функции. Не се очаква PV продуктите с тънък филм да бъдат произвеждани в цвят по поръчка в близко бъдеще.
Ефективност
Цената на всички фотоволтаични продукти се определя от електрическия им капацитет (измерван във „върхови ватове” при най-силно слънцегреене, което е известно като „стандартни условия за тестване”). Крсталинната фамилия клетки осигурява между 1 и 1,4 вата на 100 квадратни сантиметра при най-силно слънцегреене, докато решенията с тънък филм понастоящем осигуряват около половината от тази стойност.
И двете технологии продължават да се развиват по отношение на ефективността. Едно-кристалинните клетки са малко по-ефективни от поликристалинните и лентовите клетки.
Обаче не само ефективността на конверсията е от значение. Производителите на тънки филми бързат да уточнят, че техните продуктите осигуряват повече от два пъти по-голяма площ за същата инвестиция, което е за предпочитане при проекти с голям брой интегрирани в строителните елементи системи, където се разчита на покриването на по-голяма площ за удовлетворяване на енергийните нужди на сградата.
Възможности за приложение
Въпреки че иновативните проектанти могат да прилагат интегрираните фотоволтаични системи буквално при всяка строителна повърхност, възможностите могат да бъдат разделени на четири основни категории: покриви, стени, покривни прозорци и навеси.
Въпреки че новото строителство ще продължава да предлага по-голяма гъвкавост за интегрираните фотоволтаици, всички тези възможности понастоящем се прилагат успешно при съществуващи сгради и при ново строителство. Интересен вариант са приложенията при модернизиране, при които всъщност няма интегриране в сградните елементи, но все пак се предлагат разумни възможности за използване на фотоволтаични продукти при сравнително ниски разходи.
Покриви.Покривът често представлява най-атрактивната възможност за монтиране на фотоволтаични панели на жилищни и търговски сгради, независимо дали са новопостроени или се реновират. Има различни системи за монтаж, приложими за инсталиране на рамкови PV модули на съществуващи скатни покриви на жилищни сгради.
Подобни са и вариантите за монтаж на рамкови модули върху наклонени покриви на търговски сгради. Съществуват и различни възможности за монтаж на рамкови фотоволтаични модули върху плоски покриви.
Производителите разработват и продукти за директна интеграция в покрива, включващи a-Si покривни поктития, метален покрив с прав шев и фотоволтаични покривни шинди, които заменят стандартните покривни елементи.
Фасадно остъкляване. Както кристалинните, така и модулите с тънък филм могат да бъдат използвани като изолационни стъклени елементи при системи за остъкляване. Интегрираните фотоволтаични елементите могат да бъдат изработени с желаното ниво на светлопропускливост на дневна светлина като същевременно осигуряват същите топлофизични параметри като конвенционалните продукти за остъкляване, които заместват.
При кристалинените модули, непрозрачните клетки са обшити като е оставено място между тях, така че да пропуска желаното количество светлина към помещението под тях. Може да се използва напълно прозрачна или полупрзрачна обшивка, в зависимост от това дали проектантът предпочита модела клетки, който осигурява плътна сянка или иска разпръскване на светлина.
Когато за остъкляване се използват модули с тънък филм, обичайният непрозрачен активен материал може да бъде лазерно ецван, за да позволява навлизането на светлина зададено по предварително определени норми. Тъй като лазерното ецване се извършва от компютър, то е приложимо буквално за всяко нещо – от корпоративно лого до природен мотив.
Сенници: Друго фасадно приложение на интегрираните фотоволтаични системи, което вече е много популярно в Европа, е използването на модулите като сенници. Сенниците отдавна са признати заради способностите си да охлаждат и контролират блестенето на слънцето, а на практика замяната на конвенционалните материали за сенници с фотоволтаични панели е лесна.
Тъй като фотоволтаичните продукти непрекъснато се развиват, проектантите скоро ще имат възможност да ги интегрират без ограничения във всяка една повърхност на техните сгради така че ако индустрията продължава развитието си с настоящите темпове, има реална възможност бъдещите сгради да се превърнат в мини-електроцентали за слънчева енергия.
Индивидуален стил
Всяка сграда (с изключение на типичните метални складове и други подобни) имат известна част бюджета на проекта, която се отделя за дизайн и е предназначена за специални особености – за дефиниране и създаване на уникални елементи или „изпращане на послание” от името на собственика и/или проектантския екип. При корпоративната и институционалната архитектура това често се осъществява посредством луксозните строителни материали като гранитните фасадни плочи или мраморния интериор. При високите технологии това са стъклени стени с екзотични форми и окачени системи остъкляване с керамични облицовки изработени и оформени по поръчка или композитни фасадни системи тип пчелна пита от неръждаема стомана.
Интересното тук е, че много от тези фассдни системи от луксозния клас струват почти толкова или дори повече от една фотоволтаичната обвивка на сградата и при тях рядко се прави предварителен анализ на рентабилността на инвестицията.
Що се отнася до фотоволтаичните интегрирани системи, те не само предоставят възможност да се постигне уникален завършек на сградата, но чрез инкорпорирана слънчева електрическа обвивка се осигурява паричен поток за десетилетия напред.
Прогноза за бъдещето
Потенциалът на интегрираните в строителните елементи на сградите фотоволтаични системи е огромен и много компании вече започват да работят върху развитието и разпространението в търговската мрежа на специалните фотоволтаични компоненти и системи. Жилищните и търговските сгради се очаква да бъдат най-големите пазари за интегрирани фотоволтаични системи в много краткосрочен план в развитие страни. Тези видове сгради осигуряват значителна площ и позволяват на архитектите и проектантите на различни системи да заменят разходите за конвенционални материали и труд с фотоволтаици. Интегриранитев сградните елементи системи произвеждат енергия в точката на използване, избягвайки разходите и загубите при пренос и разпределение. Освен това захранваните от собствени фотоволтаични системи сгради изпращат важно послание към света за екологичната философия и ангажираност на техните собственици – факт, който се оказва, че осигурява голяма мотивация за първите поддръжници на този продукт.
Според специалисти в бранша предстои голяма световна промяна в моделите за използване на енергия, тъй като ерата на евтиния петрол приближава към своя край. През последните две десетилетия фотоволтаичното електричество измина пътя от изследователската лаборатория до търговските приложения и технологията вече е готова за широко пазарно потребление. С участието на архитекти и строителни инженери с всеки изминал ден технологията става все по-съвършена и елегантна, и играе все по-важна роля в строителното проектиране, правейки произвеждащите енергия сгради достъпни за нас. Тъй като интегрираните в строителството фотоволтаични компоненти се превръщат в неразделна част от формата и естетиката на сградната заобикаляща ни среда, тези системи значително ще допринесат за по-устойчивото бъдеще на техните собственици, общностите и обществото като цяло.26/11/2009 |
