Фотоволтаиците като сградни компоненти Дълготрайни, с модулна организация и гъвкави за използване, фотоволтаиците могат да заместват различни строителни елементи, като се започне от стъклени фасади и се стигне до устойчиви на атмосферни влияния покриви. Фотоволтаиците се предлагат в различни форми, цветове и изработки и могат да се включват във всеки строителен проект - от високотехнологичните центрове до престижните сгради на културното наследство.
текст инж. Вера Ангелова
С универсалните си характеристики фотоволтаиците могат да се използват не само за производство на електроенергия, но също така и да играят активна роля за регулиране на енергопотреблението на сградите посредством контролирано засенчване и пропускливост.
Всички тези качества правят от фотоволтаиците идеални материали за съвременното строителство. Не на последно място, екологично чистото производство на електроенергия от фотоволтаици е изключително подходящо за нашия съвременен свят, който консумира все повече енергия и страда от все повече замърсяване. Допълнителна полза е, че това съдейства за формиране на отговорност и ново съзнание у производителите на потребителски стоки.
Фотоволтаиците, с облика си на безотпадъчни, екологосъобразни и с модерен външен вид материали, са идеални за строителството. Разнообразието от форми, цветове и очертания и способността им да се сливат (или да изпъкват) позволяват на архитектите както да акцентират, така и да скриват присъствието им в сградите.
Фотоволтаичните модули са получили всички необходими технически одобрения и дълготрайността им вече не е под въпрос – първите инсталации вече са на повече от двадесет години. Дълготрайността на самия материал (модулите) и производствената гаранция за качество (20 до 26 години за кристалинните модули) са такива, че фотоволтаиците, интегрирани в дадена сграда, често имат гарантиран по-дълъг период на експлоатация от много други строителни елементи – като се има предвид, че други строителни елементи (рамки и остъкляване) също са отбелязали подобрение вследствие на научните проучвания и техническия прогрес през последните двадесет години, както и всички други строителни материали. Не на последно място, освен способностите им да произвеждат електричество, вградените в сградите фотоволтаици изпращат и силно послание за опазване на околната среда. Тяхната символична стойност може да се превърне в изходна точка за имиджа на определени компании, общности и обитатели на жилищни сгради. Очевидно е, че надеждността и способността на фотоволтаиците да се приспособяват към сградата по разнообразни начини правят от тях идеалния "партньор" за архитектите, както за ново строителство, така и за реконструкционни работи.
Фотоволтаичните панели могат да се интегрират в сградите по много начини: в покривната конструкция, във фасадите или като слънцезащитни приспособления. Те могат да формират част от действителната конструкция на стената, като така осигуряват хидроизолационно покритие, или да се разположат по дължината й, за да предоставят засенчване от слънчевите лъчи. Фотоволтаиците могат да изпълняват ролята дори на балюстради. Те често се вграждат в покриви и в неносещи външни стени, а от неотдавна фотоволтаичните елементи се предлагат под формата на плочки и керемиди, които лесно могат да се интегрират в традиционното покривно покритие. Панелите се произвеждат най-често в тъмносин или черен цвят и изработката им придава вида на високотехнологични елементи. С този си външен вид те могат да накарат цялата сграда да изпъква или пък да се използват като контраст на по-традиционните строителни характеристики на съществуващата конструкция.
По такъв начин може да се добавят модерни измерения на цялостния архитектурен ансамбъл. Възможностите за разнообразие на формите и размерите на действително използваните панели позволяват творчески решения, независимо дали ще се подчертава изгледът на повтарящи се или на различни елементи.
Напоследък, с все по-нарастващата употреба на полупрозрачни панели разнообразието от решения се обогатява още повече с предоставянето на елементи за допълнителна светлина, които могат да се организират по различни начини в зависимост от виждането на архитекта. На практика, решението за процентното съотношение на покритието от фотоволтаични клетки и техните форми може да се вземе съвместно от производителя и архитекта. Освен това, засенчването, което се осигурява от фотоволтаичните инсталации за оранжерии и парници, позволява температурата да се контролира и да се предотвратява прекомерно затопляне, което наистина прави от полупрозрачните панели изключително ценен елемент за биоклиматичното строителство. С тях също така може да се постигне модерен изглед на фасадата, тъй като позволяват прилагането на принципа на "двойната обвивка".
Електричество от слънчевата енергия
Фотоволтаичните системи използват слънчевата енергия, за да произвеждат eлектричество. След възможностите за интегриране на фотоволтаици в сградата, на преден план излизат други критерии, като естетичният външен вид и способностите за хидроизолация и засенчване. Практическото предимство на фотоволтаиците е, че те представляват строителен елемент, който произвежда електричество.
"Фотоволтаичният ефект", при който полупроводник произвежда постоянен електрически ток, когато е подложен на светлинно въздействие, е открит от Бекерел през 1839 г. и стои в основата на съвременната теория и практика на фотоволтаиците.
Кристалните фотоволтаични клетки се състоят от два пласта полупроводник с екранна печатана метална мрежа за събиране на произведеното електричество. Тъй като волтажът, произведен от една-единствена клетка, е нисък, клетките се събират заедно във вътрешността на защитен "сандвич" от закалено високопрозрачно стъкло и пластмаса (плътна или прозрачна) за създаване на модулите.
Впоследствие тези модули могат да се вградят в множество обикновени строителни елементи като стъклени панели с определено ниво на прозрачност (двойно или тройно остъклени прозорци, стъклени фасади, прозорци на покриви и др.), или в други елементи, подходящи за строителни приложения, като например непрозрачни стъкла или класически фотоволтаични модули. Най-често използваните клетъчни технологии са монокристалната, поликристалната и тънкото филмово покритие.
Модулите с кристални клетки преобладават на пазара, тъй като са високоефективни и с дълъг експлоатационен период. Въпреки че те обикновено се произвеждат в различни отенъци на синьото, с промяна на дебелината на противоотразителното покритие на клетката могат да се създават различни оцветявания. Моно-кристалните клетки обикновено са в тъмносиньо, почти черно, докато поликристалните са с по-неравномерен многокристален състав.
Кристалните клетки обикновено се предпочитат за прозоречни и фасадни приложения, както и за покривни инсталации в ограничени пространства.
Модулите с тънко филмово покритие се създават чрез отлагане на тънък слой полупроводник върху гладка хомогенна повърхност (стъкло, метал и дори гъвкави пластмаси). Процесът на отлагане придава на модулите с филмово покритие изглед на гладка черна повърхност. Тези модули не са толкова ефективни както кристалните клетки, но за производството им са необходими по-малки количества полупроводници и квадратен метър от тях излиза по-евтино. Продуктите с тънко филмово покритие са особено подходящи за фасади на индустриални сгради и за покривни елементи, както и за други приложения, при които трябва да се покриват големи повърхности.
Факторите, които влияят на производството на една фотоволтаична система, включват разположението, ориентацията и наклона на системата, както и температурата и засенчването.
Най-общо, за идеална ориентация и наклон на фотоволтаичните модули се счита ориентация на юг под 30° (за Южна Европа) до над 40° (за Северна Европа). Въпреки това, отклоненията от идеалното разположение не водят непременно до понижен капацитет на производство на енергия - ориентираната на югоизток фотоволтаична фасада ще изгуби само малко над 10% от капацитета си в сравнение с идеално разположена система, но ще запази значението си като строителен елемент, така че ще играе двойна роля във функционалностите на сградата. Повишаването на температурите намалява ефективността на фотоволтаичните клетки и, вследствие на тъмното им оцветяване, значително количество слънчева енергия се задържа като топлина, така че адекватната вентилация е от първостепенно значение. Един модул може да произвежда само толкова енергия, колкото неговите най-малко продуктивни клетки, така че е важно също така засенчването да бъде сведено до минимум, или поне да се взема предвид при прогнозирането на разходите за производството на системата.
Екологосъобразност
Със способността си да генерират електричество от слънцето без орделяне на въглероден двуокис, фотоволтаиците несъмнено са част от отговора на днешните проблеми, касаещи производството на енергия и опазването на околната среда.
Електричеството, получено от слънчева енергия посредством фотоволтаици, е уникално сред многото нови източници на енергия поради множеството предимства, свързани или несвързани с производството на енергия, които предлага; дотолкова, доколкото използването на фотоволтаична енергийна система като интегрална част от сградата предоставя чудесната възможност да се оползотворят нейните несвързани с производството на енергия предимства, както и „добавя” към стойността на сградата поради факта, че тя е способна да произвежда електроенергия за собствените си нужди благодарение на фотоволтаиците.
Фотоволтаичните енергийни системи, монтирани на повърхностите на сградите, позволяват производството на енергия да се комбинира с други функции на „обвивката” на сградата, включително конструктивната опора, хидроизолацията, засенчването или събирането на слънчева термална енергия. Икономиите на разходи от комбинирането на тези функции могат да бъдат значителни. Освен това, не е необходима толкова ценната допълнителна земна площ, нито поддържаща инфраструктура, тъй като електрическата енергия се генерира на мястото на ползването й. Последното предимство е решително в полза на живеещите в сградата, тъй като непосредствено задоволява енергийните им потребности, като същевременно се избягват загубите от пренасянето и разпределението на електричеството по мрежата и се намаляват капиталните разходи и разноските за поддръжката й.
Интегрирането на фотоволтаична енергийна система в архитектурния проект предлага много повече ползи от икономията на разходи. То също така позволява на проектанта да създаде екологосъобразни и енергийно ефективни сгради, без това да се отразява на удобствата, естетиката или икономичността, и предлага нов и гъвкав за употреба строителен материал.
Електричеството, получено от слънчева енергия посредством фотоволтаици може да допринесе значително за намаляване на емисиите от парникови газове от отрасъла за производство на електрическа енергия. Въглеродните емисии от използваните в момента технологии за фотоволтаични енергийни системи през целия им период на експлоатация са с 85 до 94% по-малко от емисиите на електроцентралите, произвеждащи енергия чрез горене на въглища, и ще бъдат с 95 до 97% по-малко с по-новите технологии.
Електричеството, получено от слънчева енергия посредством фотоволтаици, може да допринесе за подобряване на качеството на въздуха. С изместването на поколението технологии за производство на електроенергия на базата на въглища, емисиите на азотни окиси в атмосферата намаляват с около 50%, а тези на серни окиси - с около 90%, което прави от фотоволтаиците, произвеждащи електричество от слънчева енергия, ценен инструмент в политиката за опазване на чистотата на въздуха. Фотоволтаичните системи могат да допринесат за съхранение на запасите на енергия, както в краткосрочен, така и в дългосрочен план.
Разпределените фотоволтаични енергийни системи, които захранват електроразпределителните мрежи, както и тези, които функционират самостоятелно, могат да осигурят по-надеждни доставки на електричество при прекъсвания на захранването в пикови часове през лятото, както и при извънредни ситуации.
Икономичност
Освен че могат да изпълняват някои от функциите на традиционните строителни материали като например засенчване или хидроизолация, фотоволтаиците предлагат и други предимства – могат да служат, напр. като източник на приходи от продажби на електричество.
На клиентите фотоволтаичните енергийни системи предлагат множество ползи, с които стойността на тези системи значително нараства. Между тях са предоставянето на естетически издържани, не биещи на очи многофункционални елементи на сградата, които осигуряват надеждно захранване с електроенергия, дори в пикови моменти, намаляване на енергийните разходи и принос за опазването на околната среда.
Интегрираните в сгради фотоволтаици представляват комбинация от изпитани технологии за генериране на възобновяема енергия и оформяне на външния вид на сградата с помощта на традиционните строителни практики. Това означава, че слънчевите панели се планират и изграждат заедно с конструкцията на сградата. Предимствата на тази комбинация са следните:
- привлекателност от финансова гледна точка (комбинират се разходите за строителни материали и за генериране на енергия);
- разпределено генериране на енергия (по-голяма независимост, включително и от централизираните източници на енергия от изкопаеми горива);
- мащабни икономии (голяма част от застроената площ се използва и за производство на възобновяема енергия).27/06/2010 |
