إن الخلايا الكهروضوئية المدمجة (BIPV) هي مواد فلطائية ضوئية تستخدم لاستبدال مواد البناء التقليدية في أجزاء من غلاف المبنى مثل السقف أو المناور أو الواجهات. ويجري دمجها بشكل متزايد في تشييد مبانٍ جديدة كمصدر رئيسي أو مصدر ثانوي للطاقة الكهربائية ، على الرغم من أنه قد يتم تحديث المباني الحالية بتكنولوجيا مماثلة. تكمن ميزة الخلايا الفولتية الضوئية المتكاملة في الأنظمة غير المتكاملة الأكثر شيوعًا في أن التكلفة الأولية يمكن تعويضها عن طريق تقليل الكمية التي يتم إنفاقها على مواد البناء والعمالة التي عادة ما تستخدم في بناء جزء من المبنى الذي تستبدل به وحدات BIPV. هذه المزايا تجعل BIPV واحدة من القطاعات الأسرع نمواً في الصناعة الضوئية.

يستخدم مصطلح الخلايا الكهروضوئية المبنية على البناء (BAPV) في بعض الأحيان للإشارة إلى الخلايا الكهروضوئية التي هي عبارة عن عملية تحديثية – مدمجة في المبنى بعد اكتمال البناء. معظم المنشآت المدمجة في البناء هي في الواقع BAPV. بعض الشركات المصنعة والبنائين يميزون البناء الجديد BIPV من BAPV.

التاريخ
بدأت التطبيقات الكهروضوئية للمباني في الظهور في 1970s. تم توصيل الوحدات الكهروضوئية المؤطرة بالألمنيوم ، أو تم تركيبها على ، المباني التي كانت عادة في المناطق النائية دون الوصول إلى شبكة الطاقة الكهربائية. في 1980s بدأت إضافات الوحدة النمطية الضوئية للأسقف. تم تثبيت هذه الأنظمة الكهروضوئية عادة على المباني المتصلة بالشبكة العامة في المناطق التي توجد بها محطات طاقة مركزية. في التسعينيات ، أصبحت منتجات البناء BIPV المصممة خصيصًا لدمجها في مغلف مبنى متاحة تجاريًا. افترضت أطروحة الدكتوراه لعام 1998 التي أعدتها باترينا إيفيفر ، بعنوان “التقييم الاقتصادي لل BIPV ، أنه في يوم من الأيام سيكون هناك قيمة اقتصادية لتداول قروض الطاقة المتجددة (RECs). يشير تقييم اقتصادي عام 2011 ونظرة عامة موجزة عن تاريخ BIPV من قبل مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي إلى أنه قد تكون هناك تحديات تقنية هامة يجب التغلب عليها قبل أن تكون تكلفة تركيب BIPV تنافسية مع الألواح الكهروضوئية. ومع ذلك ، هناك إجماع متنامٍ على أن أنظمة BIPV ، من خلال تسويقها على نطاق واسع ، سوف تصبح العمود الفقري للهدف الأوروبي لبناء الطاقة صفر (ZEB) لعام 2020. وعلى الرغم من الوعد التقني ، فقد تم تحديد الحواجز الاجتماعية أمام الاستخدام الواسع النطاق ، مثل المحافظ ثقافة صناعة البناء والتكامل مع التصميم الحضري عالي الكثافة. يقترح هؤلاء المؤلفون أن الاستخدام طويل المدى يعتمد على قرارات سياسية عامة فعالة بقدر ما يعتمد على التطور التكنولوجي.

إستمارات
هناك أربعة أنواع رئيسية من منتجات BIPV:

الألواح الشمسية السليكونية البلورية لمحطة توليد الطاقة الأرضية والسطحية
غير متبلور السيليكون السليكوني رقيقة الألواح الشمسية الكهروضوئية الوحدات التي يمكن أن تكون جوفاء ، والضوء ، والأزرق الأزرق والأصفر ، والجدار الساتر الزجاجي ونافذة شفافة
يتم تركيب خلايا الأغشية الرقيقة القائمة على CIGS (النحاس Indium Gallium Selenide) على وحدات مرنة مغلفة لعنصر مغلف المبنى أو خلايا CIGS مباشرة على الركيزة المغلف للمبنى
الألواح الشمسية الزجاجية المزدوجة مع الخلايا المربعة بالداخل

تتوفر وحدات البناء الضوئية المدمجة في عدة أشكال:

السقوف المسطحة
الأكثر تثبيتًا على نطاق واسع حتى الآن هي خلية شمسية رقيقة غير متبلرة مدمجة في وحدة بوليمر مرنة تم توصيلها بغشاء التسقيف باستخدام ورقة لاصقة بين الغلاف الخلفي للوحدة الشمسية وغشاء السقف. [توضيح مطلوب] Copper Indium Gallium Selenide أصبحت تقنية CIGS قادرة الآن على توفير كفاءة الخلايا بنسبة 17٪ كما تنتجها شركة مقرها الولايات المتحدة وكفاءة وحدة متكاملة قابلة للمقارنة في أغشية طبقة واحدة TPO عن طريق دمج هذه الخلايا من قبل شركة مقرها المملكة المتحدة.

أسقف مائلة
بلاط السقف الشمسي عبارة عن بلاط للسقف (سيراميك) مع وحدات شمسية متكاملة. تم تطوير بلاط السقف الشمسي بالسيراميك وحصل على براءة اختراع من قبل شركة هولندية في عام 2012.
وحدات على شكل عدة أسقف قرميد.
الألواح الشمسية هي وحدات مصممة للنظر وتتصرف مثل القوباء المنطقية العادية ، في حين دمج خلية فيلم رقيقة مرنة.
إنه يمتد من عمر السقف الطبيعي عن طريق حماية العزل والأغشية من الأشعة فوق البنفسجية وتدهور المياه. يقوم بذلك عن طريق إزالة التكثيف لأن نقطة الندى تبقى فوق غشاء السقف.
يتم الآن دمج أسقف معدنية مائلة (هيكلية ومعمارية) مع وظيفة الكهروضوئية إما عن طريق ربط وحدة مرنة قائمة بذاتها أو عن طريق الختم الحراري والخوائي لخلايا CIGS مباشرة على الركيزة

مظهر زائف
يمكن تركيب واجهات على المباني القائمة ، وإعطاء المباني القديمة نظرة جديدة بالكامل. يتم تركيب هذه الوحدات على واجهة المبنى ، فوق الهيكل الحالي ، مما قد يزيد من جاذبية المبنى وقيمة إعادة بيعه.

تزجيج
النوافذ الكهروضوئية هي وحدات شبه شفافة يمكن استخدامها لتحل محل عدد من العناصر المعمارية المصنوعة عادة من الزجاج أو المواد المماثلة ، مثل النوافذ ونافذة السقف. بالإضافة إلى إنتاج الطاقة الكهربائية ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى توفير المزيد من الطاقة بسبب خصائص العزل الحراري الفائقة والتحكم في الإشعاع الشمسي.

الخلايا الكهروضوئية الشفافة والشفافة
تستخدم الألواح الشمسية الشفافة طلاء أكسيد القصدير على السطح الداخلي للألواح الزجاجية لإجراء التيار خارج الخلية. تحتوي الخلية على أكسيد التيتانيوم المطلي بصبغة كهروضوئية.

تستخدم معظم الخلايا الشمسية التقليدية الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء لتوليد الكهرباء. في المقابل ، تستخدم الخلايا الشمسية الجديدة المبتكرة أيضًا الأشعة فوق البنفسجية. تستخدم هذه المساحة لاستبدال زجاج النوافذ التقليدي ، أو وضعها على الزجاج ، وقد تكون مساحة سطح التركيب كبيرة ، مما يؤدي إلى استخدامات محتملة تستفيد من الوظائف المدمجة لتوليد الطاقة والإضاءة والتحكم في درجة الحرارة.

اسم آخر للخلايا الكهروضوئية الشفافة هو “الخلايا الفولت ضوئية الشفافة” (وهي تنقل نصف الضوء الذي يقع عليها). وكما هو الحال في الخلايا الكهروضوئية غير العضوية ، فإن الخلايا الكهروضوئية العضوية قادرة أيضًا على أن تكون شفافة.

الوحدات المستخدمة
من أجل تلبية المتطلبات المعمارية والوظائف المتعددة المرغوبة ، فإن القدرة على التكيف من الوحدات الكهروضوئية من حيث الحجم والشكل والمواد المستخدمة مطلوبة. يجب أن تؤخذ متطلبات التكامل الميكانيكية والكهربائية المختلفة بعين الاعتبار.

في الأساس ، هناك نوعان من التقنيات التي يمكن استخدامها لوحدات BiPV:

الوحدات البلورية
وتستند الوحدات البلورية إلى مجموعة من رقائق السيليكون ، ومعظمها في اتصال تسلسلي. يتحدد حجم التباين في الحجم حسب حجم الرقاقات والتراخيص اللازمة للتوصيل البيني والعزل. هذه الكمية إلى 15-25 سم. في حالة المادة الخلوية ، يتم التمييز بين البللورات أحادية البلورة والسيليكون متعدد الكريستالات ، والتي تختلف في كفاءتها. يشير هذا إلى النسبة المئوية للطاقة الشمسية الواردة والتي يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية. (Mono) تقدم الوحدات البلورية اليوم أعلى كفاءة (15-20٪) مع التوافق الأمثل. في BiPV ، ومع ذلك ، فإن مثل هذا الاتجاه الأمثل (مثل الواجهة ذات الاتجاه العمودي) عادة لا تعطى. علاوة على ذلك ، تكون المحاليل البلورية عرضة للتظليل وانخفاض في درجات الحرارة العالية ، وهي شائعة في تطبيقات البناء. لذلك ، فمن المستحسن استخدام برنامج محاكاة لإنتاجية الطاقة الحقيقية. تتميز الحلول البلورية بتنوع كبير في اختيار مواد التغليف ، وهو أمر إيجابي للغاية بالنسبة لـ BiPV. يمكن استخدام سماكات الزجاج المختلفة ، ولكن أيضا من البلاستيك ، ولكن الخلايا البلورية هشة للغاية ولا يمكن عازمة. يمكن أيضًا توليد شبه شفاف في الأنماط البسيطة.

وحدات الأغشية الرقيقة
يتم تطبيق وحدات الأغشية الرقيقة على الركيزة (الزجاج عادة). مع متغير الطبقة السفلية الزجاجية ، يمكن تغيير الحجم فقط على نطاق محدود للغاية. أيضا ، اختيار المواد في هذا النوع من الركيزة محدود جدا ، لأنه خلال عملية تجميع الخلايا الكهروضوئية يتم استخدام درجات حرارة عالية جدا ، مما يجعل بعض الاختلافات في الزجاج (على سبيل المثال ، زجاج الأمان) غير ممكن.

غيرها من حلول الأغشية الرقيقة هي ض. تطبق على البلاستيك أو العصابات المعدنية (الصلب والنحاس). تقدم هذه الحلول حالياً أعلى درجة من التباين في الحجم والتعبئة ، كما أنها تتيح إمكانية تقديم حلول مرنة وخفيفة للغاية (بلاستيكية / بلاستيكية). تتمتع حلول الأغشية الرقيقة حاليًا بكفاءات تتراوح من 6 إلى 14٪ اعتمادًا على التقنية المستخدمة ، ولديها غلة أفضل مع محاذاة دون المستوى (الضوء الشارد ، الإضاءة المنخفضة) وهي أقل اعتمادًا على درجة الحرارة في أدائها.

عروض خاصة
تشجع السياسات المختلفة استخدام BiPVs: مدفوعة بأهداف 20-20-20 والرغبة في تعزيز المباني ذات الاكتفاء الذاتي في الطاقة ، في بعض البلدان (مثل إيطاليا وفرنسا) بالإضافة إلى تعريفات التغذية (انظر ألمانيا EEG) زيادة الرسوم الجمركية على BiPV المقدمة.

بناء المبادئ التوجيهية
إن المحرك القوي لاستخدام BiPV هو التشديد المتعاقب للمبادئ التوجيهية المتعلقة بالسلوك النشط للمباني (منزل الطاقة صفر ، بصمة CO 2). في ألمانيا ، تعتبر ENEV مرجعًا يستند إلى توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن أداء الطاقة في المباني. علاوة على ذلك ، هناك تقييمات للبناء ذات علاقة بالاستدامة تعتمد على مستوى البلد ومستويات جودة مختلفة ، والتي تعزز أيضًا جودة بناء الطاقة العالية والأثر البيئي المنخفض. ومن الأمثلة على ذلك القيادة التي طورتها الولايات المتحدة في مجال الطاقة والتصميم البيئي (LEED) ، BREEAM من المملكة المتحدة أو المبنى المستدام لختم الجودة الألماني.

الدعم الحكومي
في بعض البلدان ، يتم تقديم حوافز أو إعانات إضافية لبناء وحدات الطاقة الشمسية المتكاملة بالإضافة إلى التعريفات الموجودة في الأنظمة الشمسية القائمة بذاتها. منذ يوليو 2006 ، قدمت فرنسا الحافز الأكبر لـ BIPV ، مساوية لعلاوة إضافية قدرها 0.25 يورو / كيلوواط ساعي مدفوعة بالإضافة إلى 30 سنتًا يورو للأنظمة الكهروضوئية. يتم تقديم هذه الحوافز على شكل معدل يدفع للكهرباء التي يتم تغذيتها للشبكة.

الإتحاد الأوربي
فرنسا 0.25 دولار / كيلووات ساعة
ألمانيا € 0.05 / kWh تنتهي مكافأة المكافأة في عام 2009
إيطاليا: 0.04 يورو – 0.09 دولار / كيلووات ساعة
المملكة المتحدة 4.18 p / kWh
إسبانيا ، مقارنة بتركيب غير بناء يتلقى 0.28 يورو / كيلووات ساعة (RD 1578/2008):
≤20 كيلوواط: 0.34 يورو / كيلووات في الساعة
> 20 كيلووات: 0.31 يورو / كيلووات في الساعة

الولايات المتحدة الأمريكية
الولايات المتحدة الأمريكية – تختلف حسب الولاية. تحقق من قاعدة بيانات حوافز الدولة للمتجددة والكفاءة لمزيد من التفاصيل.

الصين
بالإضافة إلى الإعلان عن برنامج الدعم لمشاريع BIPV في مارس 2009 والذي يقدم 20 RMB لكل واط لنظام BIPV و RMB15 / watt للأنظمة على الأسطح ، كشفت الحكومة الصينية مؤخراً عن برنامج دعم الطاقة الضوئية “مشروع الشمس الذهبي للتظاهر”. يهدف برنامج الدعم إلى دعم تطوير مشاريع توليد الطاقة الكهربائية الضوئية وتسويق التكنولوجيا الكهروضوئية. أعلنت كل من وزارة المالية ووزارة العلوم والتكنولوجيا والمكتب الوطني للطاقة عن تفاصيل البرنامج في يوليو 2009. يحق لمشروعات توليد الطاقة الكهربائية الضوئية المؤهلة على الشبكة ، بما في ذلك أنظمة الأسقف و BIPV والأنظمة المثبتة على الأرض ، الحصول على إعانة تعادل 50٪ من إجمالي الاستثمار لكل مشروع ، بما في ذلك البنية التحتية للنقل المرتبط بها. ستكون المشاريع المستقلة المؤهلة خارج الشبكة في المناطق النائية مؤهلة للحصول على إعانات تصل إلى 70٪ من إجمالي الاستثمار. في منتصف نوفمبر ، اختارت وزارة المالية الصينية 294 مشروعاً يبلغ إجماليها 642 ميغاواط ، والتي تصل إلى حوالي 20 مليار يوان (3 مليارات دولار) من تكاليف خطة الدعم لزيادة إنتاج الطاقة الشمسية في البلاد بشكل كبير.

الخلايا الكهروضوئية المتكاملة الأخرى
تتشابه الخلايا الكهروضوئية المركبة (ViPV) مع المركبات. يمكن دمج الخلايا الشمسية في الألواح المعرضة لضوء الشمس مثل غطاء المحرك ، السقف وربما الجذع اعتمادًا على تصميم السيارة.