Fotovoltaika integrovaná do budovy - Building-integrated photovoltaics


Fotovoltaika integrovaná do budovy (BIPV) jsou fotovoltaické materiály, které se používají k nahrazení konvenčních stavební materiál v částech stavební plášť jako je střecha, světlíky nebo fasády.[1] Stále častěji se začleňují do výstavby nových budov jako hlavní nebo pomocný zdroj elektrické energie, ačkoli stávající budovy mohou být dovybaveny podobnou technologií. Výhodou integrované fotovoltaiky oproti běžnějším neintegrovaným systémům je, že počáteční náklady lze vyrovnat snížením částky vynaložené na stavební materiály a práci, které by se normálně použily na konstrukci části budovy, kterou nahradí moduly BIPV. Díky těmto výhodám je BIPV jedním z nejrychleji rostoucích segmentů fotovoltaického průmyslu.[Citace je zapotřebí ]
Termín stavebně aplikovaná fotovoltaika (BAPV) se někdy používá k označení fotovoltaiky, která je dodatečným vybavením - integruje se do budovy po dokončení stavby. Většina instalací integrovaných do budovy je ve skutečnosti BAPV. Někteří výrobci a stavitelé odlišují nové stavební BIPV od BAPV.[2]
Dějiny
FV aplikace pro budovy se začaly objevovat v 70. letech. Fotovoltaické moduly s hliníkovým rámem byly připojeny nebo namontovány na budovy, které byly obvykle v odlehlých oblastech bez přístupu k elektrické rozvodné síti. V 80. letech se začaly demonstrovat doplňky fotovoltaických modulů na střechách. Tyto FV systémy byly obvykle instalovány v budovách propojených s rozvodnou sítí v oblastech s centralizovanými elektrárnami. V 90. letech 20. století byly komerčně dostupné stavební výrobky BIPV speciálně navržené pro zabudování do obvodového pláště budovy.[3] Doktorská práce z roku 1998, autorka: Patrina Eiffert Ekonomické hodnocení BIPV, předpokládal, že jednoho dne bude mít ekonomická hodnota pro obchodování s kredity z obnovitelných zdrojů (REC).[4] Ekonomické hodnocení za rok 2011 a stručný přehled historie BIPV ze strany Americká národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie naznačuje, že je možné překonat značné technické výzvy, než budou instalované náklady na BIPV konkurenceschopné s fotovoltaickými panely.[5] Stále však panuje shoda v tom, že díky své rozsáhlé komercializaci se systémy BIPV stanou páteří evropského cíle pro budování nulové energie (ZEB) pro rok 2020.[6] Navzdory technickým příslibům byly také identifikovány sociální překážky pro široké použití, jako je konzervativní kultura stavebnictví a integrace s městským designem s vysokou hustotou. Tito autoři navrhují umožnění dlouhodobého užívání pravděpodobně závisí na účinných rozhodnutích veřejné politiky stejně jako na technologickém vývoji.[7]

formuláře


Existují čtyři hlavní typy produktů BIPV:[Citace je zapotřebí ]
- Krystalický křemíkový solární panel pro pozemní a střešní elektrárnu
- Amorfní krystalický křemíkový tenkovrstvý solární PV modul, který může být dutý, světlý, červeno-modrý, žlutý jako skleněná opona a transparentní střešní okno
- Buňky tenkého filmu na bázi CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) na flexibilních modulech laminovaných na prvek pláště budovy nebo buňky CIGS jsou namontovány přímo na podklad pláště budovy
- Dvojité skleněné solární panely se čtvercovými články uvnitř
Integrované fotovoltaické moduly zabudované do budovy jsou k dispozici v několika formách:
- Ploché střechy
- Dosud nejrozšířenější je amorfní tenkovrstvý solární článek integrovaný do flexibilního polymer modul, který byl připevněn ke střešní membráně pomocí lepicí fólie mezi spodní vrstvou solárního modulu a střešní membránou.[je zapotřebí objasnění ] Technologie měď-indium-gallium-selenid (CIGS) je nyní schopna zajistit účinnost článků o 17%, jak ji vyrábí společnost se sídlem v USA.[8] a srovnatelné účinnosti modulů integrovaných do budovy v jednovrstvých membránách TPO fúzí těchto buněk společností se sídlem ve Velké Británii.[9]
- Šikmé střechy
- Solární střešní tašky jsou (keramický ) střešní tašky s integrovanými solárními moduly. Keramická solární střešní taška je vyvinuta a patentována nizozemskou společností[10] v roce 2013.
- Moduly ve tvaru několika střešních tašek.
- Solární šindele jsou moduly navržené tak, aby vypadaly a fungovaly jako běžné šindele, přičemž obsahují flexibilní buňku tenkého filmu.
- Prodlužuje normální životnost střechy ochranou izolace a membrán před ultrafialovými paprsky a degradací vody. Dělá to tím, že eliminuje kondenzaci, protože rosný bod je udržována nad střešní membránou.[11]
- Kovové šikmé střechy (konstrukční i architektonické) jsou nyní integrovány s funkčností PV buď lepením volně stojícího flexibilního modulu[12] nebo tepelným a vakuovým utěsněním buněk CIGS přímo na podklad [13]
- Fasáda
- Fasády lze instalovat na stávající budovy a dávat starým budovám zcela nový vzhled. Tyto moduly jsou namontovány na fasádu budovy přes stávající konstrukci, což může zvýšit přitažlivost budovy a její hodnotu při dalším prodeji.[14]
- Zasklení
- Fotovoltaická okna jsou (polo) průhledné moduly, které lze použít k nahrazení řady architektonických prvků běžně vyráběných ze skla nebo podobných materiálů, jako jsou okna a střešní okna. Kromě výroby elektrické energie mohou tyto vytvářet další úspory energie díky vynikajícím tepelně izolačním vlastnostem a regulaci slunečního záření.[15][16]
Transparentní a průsvitná fotovoltaika
Průhledný solární panely používají a oxid cínu povlak na vnitřním povrchu skleněných tabulí, aby vedl proud ven z buňky. Buňka obsahuje oxid titaničitý, který je potažen fotoelektrické barvivo.[17]
Většina konvenčních solárních článků používá viditelné a infračervené světlo k výrobě elektřiny. Naproti tomu inovativní nový solární článek také využívá ultrafialové záření. Slouží k výměně běžného okenního skla nebo k umístění nad sklem může být plocha instalační plochy velká, což vede k potenciálnímu využití, které využívá výhod kombinovaných funkcí výroby energie, osvětlení a regulace teploty.[Citace je zapotřebí ]
Jiný název transparentní fotovoltaiky je „průsvitný fotovoltaika “(přenášejí polovinu světla, které na ně dopadá). Podobně jako anorganická fotovoltaika, organická fotovoltaika jsou také průsvitné.
Druhy průhledné a průsvitné fotovoltaiky
Nevolitelné pro vlnovou délku
Některé fotovoltaiky, které nejsou selektivní pro vlnovou délku, dosahují poloprůhlednosti prostorovou segmentací neprůhledných solárních článků. Tato metoda využívá jakýkoli typ neprůhledného fotovoltaického článku a rozmístí několik malých článků na průhledném substrátu. Jejich rozložení tímto způsobem dramaticky snižuje účinnost přeměny energie a zvyšuje přenos.[18]
Další odvětví fotovoltaiky nevolné k vlnové délce využívá viditelně absorbující tenkovrstvé polovodiče s malými tloušťkami nebo dostatečně velkými mezerami v pásmu, které umožňují průchod světla. Výsledkem je poloprůhledná fotovoltaika s podobným přímým kompromisem mezi účinností a přenosem jako prostorově segmentované neprůhledné solární články.[18]
Selektivní vlnové délky
Fotovoltaika selektivní k vlnové délce dosahuje transparentnosti použitím materiálů, které absorbují pouze UV a / nebo NIR světlo a byly poprvé představeny v roce 2011.[19] Navzdory jejich vyšším přenosům došlo díky řadě výzev k nižší účinnosti přeměny výkonu. Patří mezi ně malé délky difúze excitonu, škálování průhledných elektrod bez ohrožení účinnosti a obecná životnost kvůli těkavosti organických materiálů používaných v TPV obecně.[18]
Inovace v průhledné a průsvitné fotovoltaice
Rané pokusy vyvinout semi-transparentní organickou fotovoltaiku bez vlnové délky pomocí velmi tenkých aktivních vrstev, které absorbovaly viditelné spektrum, dokázaly dosáhnout účinnosti pouze pod 1%.[20] V roce 2011 však transparentní organická fotovoltaika, která využívala dárce organického chloraluminium-ftalocyaninu (ClAlPc) a akceptor fullerenu, vykazovala absorpci v ultrafialovém a blízkém infračerveném spektru (NIR) s účinností kolem 1,3% a přenosem viditelného světla přes 65%.[19] V roce 2017 vědci z MIT vyvinuli proces, který úspěšně ukládá transparentní grafenové elektrody na organické solární články, což vede k 61% přenosu viditelného světla a zlepšení účinnosti v rozmezí od 2,8% do 4,1%.[21]
Perovskitové solární články, populární díky svému příslibu fotovoltaiky nové generace s účinností nad 25%, se také ukázaly jako průsvitná fotovoltaika. V roce 2015 demonstroval poloprůhledný perovskitový solární článek využívající metylamonium trijodid olovnatý perovskit a stříbrnou nanodrátovou síťovou topnou elektrodu 79% přenos při vlnové délce 800 nm a účinnost kolem 12,7%.[22]
Státní dotace
V některých zemích jsou k existujícím výkupním cenám pro samostatné solární systémy nabízeny další pobídky nebo dotace pro integrovanou fotovoltaiku v budově. Od července 2006 Francie nabídla nejvyšší pobídku pro BIPV, rovnající se mimořádné prémii 0,25 EUR / kWh, která byla vyplacena navíc k 30 eurocentům za FV systémy.[23][24][25] Tyto pobídky jsou nabízeny ve formě sazby placené za elektřinu dodávanou do sítě.
Evropská unie
- Francie 0,25 EUR / kWh[24]
- V roce 2009 vypršela platnost bonusu za fasádu v Německu 0,05 EUR / kWh
- Itálie 0,04–0,09 € / kWh[Citace je zapotřebí ]
- Velká Británie 4,18 p / kWh[26]
- Španělsko, ve srovnání s nestavebním zařízením, které dostává 0,28 EUR / kWh (RD 1578/2008):
- ≤20 kW: 0,34 EUR / kWh
- > 20 kW: 0,31 EUR / kWh
USA
- USA - Liší se podle státu. Další podrobnosti najdete v databázi státních pobídek pro obnovitelné zdroje a účinnost.[27]
Čína
V návaznosti na oznámení dotačního programu pro projekty BIPV v březnu 2009 nabízejícího RMB20 za watt pro systémy BIPV a RMB15 / watt pro střešní systémy nedávno představila čínská vláda program dotace fotovoltaické energie „Demonstrační projekt Golden Sun“. Cílem dotačního programu je podpora rozvoje podniků na výrobu fotovoltaické elektřiny a komercializace FV technologií. Ministerstvo financí, ministerstvo vědy a technologie a Národní energetický úřad společně oznámily podrobnosti programu v červenci 2009.[28] Kvalifikované projekty výroby fotovoltaické elektřiny na síti, včetně střešních, BIPV a pozemních systémů, mají nárok na dotaci ve výši 50% z celkové investice každého projektu, včetně související přenosové infrastruktury. Kvalifikované nezávislé projekty mimo síť ve vzdálených oblastech budou mít nárok na dotace až do výše 70% z celkové investice.[29] V polovině listopadu vybralo čínské ministerstvo financí 294 projektů v celkovém objemu 642 megawattů, které dosáhly zhruba 20 miliard RMB (3 miliardy USD) v nákladech na svůj dotační plán, který dramaticky zvýší produkci sluneční energie v zemi.[30]
Jiná integrovaná fotovoltaika
Fotovoltaika integrovaná do vozidla (ViPV) jsou podobné pro vozidla.[31] Solární články mohou být zabudovány do panelů vystavených slunečnímu záření, jako je kapota, střecha a případně kufr, v závislosti na konstrukci automobilu.[32][33][34][35]
Viz také
- Distribuovaná generace
- Mikrogenerace
- Nanoinvertor
- Perovskitový solární článek
- Solární panel
- Obnovitelná energie
- Střešní taška
- Chytré sklo, typ okenní rolety schopný šetřit energii na chlazení
- Solární panel
- Solární energie
- Solární termální
- Budova s nulovou energií
Další čtení
- Agrawal, Basant; Tiwari, G N (2011). Budování integrovaných fotovoltaických tepelných systémů. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry. ISBN 978-1-84973-090-7.
- Warrick, Joby (březen 2015). Veřejné služby, které snímají hrozbu, se dostaly do vzkvétajícího průmyslu solárních střech. The Washington Post.
Reference
- ^ Strong, Steven (9. června 2010). „Budování integrované fotovoltaiky (BIPV)“. wbdg.org. Průvodce designem celé budovy. Citováno 2011-07-26.
- ^ „Budování integrované fotovoltaiky: rozvíjející se trh“. Citováno 6. srpna 2012.
- ^ Eiffert, Patrina; Polibek, Gregory J. (2000). Integrované fotovoltaické návrhy pro komerční a institucionální struktury: Zdrojová kniha pro architekta. str. 59. ISBN 978-1-4289-1804-7.
- ^ Eiffert, Patrina (1998). Ekonomické hodnocení budování integrované fotovoltaiky. Oxford Brookes School of Architecture.
- ^ James, Ted; Goodrich, A .; Woodhouse, M .; Margolis, R .; Ong, S. (listopad 2011). "Integrovaná fotovoltaika v budově (BIPV) v obytném sektoru: Analýza cen instalovaného střešního systému "NREL / TR-6A20-53103.
- ^ Kylili, Angeliki; Fokaides, Paris A. (2014). „Vyšetřování potenciálu integrované fotovoltaiky v budově při dosahování cíle budovy s nulovou energií“. Angeliki Kylili, Paříž A. Fokaides. 23 (1): 92–106. doi:10.1177 / 1420326X13509392. S2CID 110970142.
- ^ Temby, Owen; Kapsis, Konstantinos; Berton, Harris; Rosenbloom, Daniel; Gibson, Geoffrey; Athienitis, Andreas; Meadowcroft, James (2014). „Integrovaná fotovoltaika integrovaná do budovy: rozvoj distribuované energie pro udržitelnost měst“. Životní prostředí: Věda a politika pro udržitelný rozvoj. 56 (6): 4–17. doi:10.1080/00139157.2014.964092. S2CID 110745105.
- ^ Webové stránky MiaSolé
- ^ Technický list BIPVco
- ^ ZEP BV
- ^ Eiffert, Patrina (2000). Integrované fotovoltaické návrhy pro komerční a institucionální struktury: Zdrojová kniha pro architekta (PDF). str. 60–61.
- ^ Technický list pro volně stojící flexibilní modul
- ^ Technický list pro tepelně a vakuově uzavřenou buňku CIGS
- ^ Henemann, Andreas (2008-11-29). „BIPV: Integrovaná solární energie“. Zaměření na obnovitelnou energii. 9 (6): 14, 16–19. doi:10.1016 / S1471-0846 (08) 70179-3.
- ^ Vasiliev, Michail; et al. (2016), „Fotonické mikrostruktury pro čiré sklo a budovy s nulovou čistou energií generující energii“, Vědecké zprávy, 6 (8): 4313–6, Bibcode:2016NatSR ... 631831V, doi:10.1038 / srep31831, PMC 4994116, PMID 27550827
- ^ Davy, N.C .; et al. (2017), „Organické solární články blízké UV spárované s elektrochromními okny pro inteligentní správu solárního spektra“, Přírodní energie, 2 (8): 17104, doi:10.1038 / nenergy.2017.104, PMC 17104
- ^ West, Mike (listopad 1992). "Transparentní PV panel" (PDF). Novinky o energetické účinnosti a životním prostředí. Citováno 5. října 2011.
- ^ A b C Traverse, Christopher J .; Pandey, Richa; Barr, Miles C .; Lunt, Richard R. (2017-10-23). "Vznik vysoce transparentní fotovoltaiky pro distribuované aplikace". Přírodní energie. 2 (11): 849–860. Bibcode:2017NatEn ... 2..849T. doi:10.1038 / s41560-017-0016-9. ISSN 2058-7546. S2CID 116518194.
- ^ A b Lunt, Richard R .; Bulovic, Vladimir (14.03.2011). „Transparentní organické fotovoltaické solární články v blízké infračervené oblasti pro aplikace využívající okna a energii“. Aplikovaná fyzikální písmena. 98 (11): 113305. Bibcode:2011ApPhL..98k3305L. doi:10.1063/1.3567516. ISSN 0003-6951.
- ^ Bailey-Salzman, Rhonda F .; Rand, Barry P .; Forrest, Stephen R. (06.06.2006). "Poloprůhledné organické fotovoltaické články". Aplikovaná fyzikální písmena. 88 (23): 233502. Bibcode:2006ApPhL..88w3502B. doi:10.1063/1.2209176. hdl:2027.42/87783. ISSN 0003-6951.
- ^ „Transparentní, flexibilní solární články kombinují organické materiály, grafenové elektrody“. Hlavní. Citováno 2019-11-27.
- ^ Bailie, Colin D .; Christoforo, M. Greyson; Mailoa, Jonathan P .; Bowring, Andrea R .; Unger, Eva L .; Nguyen, William H .; Burschka, Julian; Pellet, Norman; Lee, Jungwoo Z .; Grätzel, Michael; Noufi, Rommel (05.03.2015). „Poloprůhledné perovskitové solární články pro tandemy se silikonem a CIGS“. Energetika a věda o životním prostředí. 8 (3): 956–963. doi:10.1039 / C4EE03322A. ISSN 1754-5706. OSTI 1237896.
- ^ „Dotace: Francie se pohybuje nahoru, Nizozemsko dolů“. Eugene Standard. 2006. Archivovány od originál dne 04.10.2006. Citováno 2008-10-26.
30 € ct za kilowatthodinu (40 € ct pro Korsiku) po dobu dvaceti let, zatímco pro FV s integrovanou střechou, stěnou nebo oknem se získává zvláštní prémie 25 € ct / kWh. Jednotlivé domácnosti mohou navíc získat 50% daňový kredit na své FV investice.
- ^ A b „CLER - Comité de Liaison Energies Renouvelables“. CLER. 3. 6. 2008. Archivovány od originál dne 18. 4. 2009. Citováno 2008-10-26.
30 à 55 * c € / kWh en France continentale
- ^ PV dotace: Francie nahoru, Nizozemsko dolů | Leonardo ENERGY Archivováno 3. února 2008 v Wayback Machine
- ^ „Výkupní tarify“.
- ^ „DSIRE Home“. dsireusa.org. 2011. Citováno 5. října 2011.
- ^ „Čína zahájí do roku 2012 dotace„ Golden Sun “na 500 MW fotovoltaických projektů“. snec.org.cn. SNEC PV. 2011. Archivovány od originál 7. července 2011. Citováno 5. října 2011.
Čína zahájila 21. července svůj očekávaný program Golden Sun pobídek pro nasazení 500 MW velkých solárních fotovoltaických projektů po celé zemi.
- ^ „Zlaté slunce Číny“. pvgroup.org. PV Group. 2011. Archivovány od originál 5. února 2010. Citováno 5. října 2011.
- ^ Wang, Ucilia (16. listopadu 2009). „Tady přicházejí čínské 3 miliardy $, projekty„ Golden Sun “. Greentech Media. Citováno 5. října 2011.
- ^ Projděte si publikace konference> Ekologická vozidla a obnovte ... Nápověda Práce s abstrakty Zpět na výsledky Fotovoltaické systémy (ViPV) integrované do vozidla: výroba energie, ekvivalent nafty, doba návratnosti; posouzení pro nákladní automobily a autobusy
- ^ Od BIPV po fotovoltaiku integrovanou do vozidla
- ^ Příležitosti pro fotovoltaiku integrovanou do vozidla
- ^ VIPV a infračervený sběr
- ^ Solární vozidla
externí odkazy
- Vytváření integrované fotovoltaiky přehled stávajících produktů a oblastí jejich použití
- Kanadská síť pro výzkum solárních budov
- Budování integrované fotovoltaiky
- PV UP-SCALE, evropský projekt (smlouva EIE / 05/171 / SI2.420208) týkající se rozsáhlé implementace fotovoltaiky (FV) v evropských městech.