建物一体型太陽光発電

建物統合型太陽光発電(Building-integrated photovoltaics, BIPV)は、屋根、天窓、またはファサードなどの建物のエンベロープの一部で従来の建築材料を置き換えるために使用される光起電性材料です。 既存の建物にも同様の技術を導入することができるが、それらは主要な補助電源として新しい建物の建設にますます組み込まれている。 より一般的な非統合型システムに比べて統合された太陽光発電の利点は、BIPVモジュールが置き換える建物の一部を構築するために通常使用される建材や労働に費やされる費用を削減することによって、初期コストを相殺することができることです。 これらの利点により、BIPVは太陽光産業において最も急速に成長しているセグメントの1つになります。

建築適用光起電力(BAPV)という用語は、建設が完了した後に建物に組み込まれた改造型の太陽光発電を指す場合があります。 ほとんどの建物一体型設備は実際にはBAPVです。 いくつかの製造業者と建築業者は、BAPVとBAPVの新設を区別している。

歴史
1970年代に建築用のPVアプリケーションが登場しました。 アルミフレームの太陽光発電モジュールは、電力網にアクセスすることができない通常は遠隔地にある建物に接続され、または取り付けられた。 1980年代、屋根への太陽光発電モジュールアドオンが実証され始めました。 これらのPVシステムは、通常、集中発電所を持つ地域の電力網接続建物に設置されていました。 1990年代にBIPV建設製品は、建物のエンベロープに統合されるように特別に設計された製品が市販されました。 BIPVの経済評価と題されたPatrina Eiffertの1998年の博士論文は、ある日、再生可能エネルギークレジット(REC)を取引する経済的価値があると仮定した。 2011年の経済評価と、米国国立再生可能エネルギー研究所によるBIPVの歴史の概要は、BIPVの設置コストが太陽光発電パネルと競合する前に克服すべき重大な技術課題があることを示唆しています。 しかし、BIPVシステムは、広範囲にわたる商業化を通じて、2020年のゼロエネルギー・ビルディング(ZEB)欧州目標の中核になるとのコンセンサスが高まっています。技術的な約束にもかかわらず、広範な使用に対する社会的障壁も確認されています建築産業の文化、高密度都市デザインとの統合などがあります。 これらの著者は、長期的な利用を可能にすることは、技術開発と同様に効果的な公共政策決定に依存する可能性が高いことを示唆している。

フォーム
BIPV製品には主に4つのタイプがあります。

地上および屋上発電所用結晶シリコン太陽電池パネル
ガラスカーテンウォールと透明な天窓として、中空、光、赤青黄色であることができるアモルファス結晶シリコン薄膜太陽電池モジュール
ビルディングエンベロープ要素またはCIGSセルに積層された可撓性モジュール上のCIGSベースの(銅インジウムガリウムセレン化物)薄膜電池は、建物のエンベロープ基板上に直接取り付けられる
正方形のセルが内部にあるダブルガラスソーラーパネル

建物一体型太陽電池モジュールは、いくつかの形で利用可能です:

フラットルーフ
現在までに最も広く実装されているのは、ソーラーモジュールバックシートと屋根膜の間の接着シートを使用して屋根膜に取り付けられた可撓性ポリマーモジュールに組み込まれたアモルファス薄膜太陽電池です。 CIGS)技術は、米国に拠点を置く企業によって生産された17%のセル効率と、英国に本拠を置く企業によるこれらのセルの融合によるTPO単層膜の同等の建物統合モジュール効率を実現することができます。

投下屋根
ソーラールーフタイルは、ソーラーモジュールを内蔵した(セラミック)屋根タイルです。 セラミックソーラールーフタイルは、2012年にオランダの会社によって開発され、特許取得されています。
モジュールは複数の屋根タイルのような形をしています。
太陽の帯状疱疹は、通常の帯状疱疹のように見えるように設計され、柔軟な薄膜細胞を組み込むように設計されたモジュールである。
これは、紫外線や水分の劣化から断熱材やメンブレンを保護することにより、通常の屋根の寿命を延ばします。 これは、露点が屋根のメンブレンの上に維持されるため、結露をなくすことによって行います。
自立型のフレキシブルモジュールを接合するか、CIGSセルを基板に直接熱および真空封止することによって、金属製の屋根(構造および構造の両方)がPV機能と統合されています

ファサード
ファサードは既存の建物に設置することができ、古い建物にまったく新しい外観を与えます。 これらのモジュールは、建物のファサードに、既存の構造上に取り付けられ、建物の魅力と再販価値を高めることができます。

グレージング
太陽光発電窓は、窓や天窓などのガラスや類似の材料で一般的に作られた多くの建築要素を置き換えるために使用できる(半)透明なモジュールです。 電気エネルギーを生成することに加えて、これらは優れた断熱特性および日射制御のためにさらにエネルギーを節約することができる。

透明および半透明の光電池
透明なソーラーパネルは、ガラス板の内面に酸化スズコーティングを使用して、セルから電流を導出する。 セルは光電性色素で被覆された酸化チタンを含む。

ほとんどの従来の太陽電池は、可視光と赤外光とを用いて電気を発生させる。 対照的に、革新的な新しい太陽電池は紫外線も使用しています。 従来の窓ガラスを置き換える、またはガラスの上に置くと、設置面積が大きくなり、発電、照明、温度制御の機能を組み合わせた潜在的な用途につながります。

透明な太陽光発電のもう一つの名前は、「半透明の太陽光発電」です(半透明の太陽光を透過します)。 無機光起電力と同様に、有機光起電力も半透明である。

使用されたモジュール
建築上の要求および所望の多機能性を満たすために、使用されるサイズ、形状および材料に関してPVモジュールの適合性が望まれる。 さまざまな機械的および電気的統合要件も考慮に入れなければならない。

基本的に、BiPVのモジュールに使用できる技術には2つのバリエーションがあります。

結晶モジュール
結晶モジュールは、主にシリアル接続された複数のシリコンウェーハに基づいています。 バラツキの大きさのピッチは、ウェハのサイズと、相互接続および分離のために必要なクリアランスによって決定される。 これらは15〜25cmになります。 セル材料の場合、その効率が異なる単結晶シリコンと多結晶シリコンが区別される。 これは、入ってくる太陽エネルギーの何パーセントが電気エネルギーに変換されたかを示します。 (モノ)結晶モジュールは、今日、最適なアライメントで最高の効率(15-20%)を提供します。 しかし、BiPVでは、そのような最適な配向(例えば、垂直配向のファサード)は通常与えられない。 さらに、結晶溶液は、シェーディングおよび高温性能の低下に対して非常に敏感であり、これは建築用途において一般的である。 したがって、真のエネルギー収率のシミュレーションソフトウェアを使用することをお勧めします。 結晶性溶液は、包装材料の選択において高いばらつきを有し、BiPVに対して非常に陽性である。 異なるガラスの厚さだけでなく、プラスチックを使用することもできるが、結晶性の細胞は非常に壊れ易く、曲げることができない。 シンプルなパターンの半透明も生成することができます。

薄膜モジュール
薄膜モジュールは基板(通常はガラス)に塗布される。 ガラス基板の変形例では、サイズのばらつきは非常に限られた範囲でしか可能ではない。 また、この変形例の基板の材料選択は非常に限定されている。というのは、PV電池アセンブリのプロセスの間、ガラス(例えば、安全ガラス)の特定の変化を可能にする非常に高い温度が使用されるからである。

他の薄膜溶液はzである。 プラスチックまたはメタルバンド(鋼、銅)に適用される。 これらのソリューションは、現在、サイズとパッケージングのバラツキが最も高く、柔軟で非常に軽いソリューション(プラスチック/プラスチック)を提供することも可能です。 薄膜溶液は現在、使用される技術に応じて6〜14%の効率を有し、最適ではないアラインメント(迷光、低い光)でより良好な収率を有し、性能に温度依存性が少ない。

特別プロモーション
バイオ燃料の使用を促進するさまざまな政策:20-20-20の目標とエネルギー供給自給自足の建物を促進する欲求(ドイツ、EEGを参照)に加えて、一部の国(イタリア、フランスなど) BiPVの関税が引き上げられた。

建物のガイドライン
BiPVを使用するための強力な推進要因は、建物のエネルギッシュな行動(ゼロエネルギーハウス、CO 2フットプリント)に関するガイドラインの継続的な強化である。 ドイツでは、EnEVは建物のエネルギー性能に関するEU指令に基づく基準です。 さらに、異なる品質水準を持つ国に依存した持続可能性関連の建物評価もあり、高エネルギー建築品質と環境負荷の低減を促進します。 例としては、米国が開発したLEED(Energy and Environmental Design Leadership)、英国のBREEAM、またはドイツの品質保証の持続可能な建物です。

政府補助金
いくつかの国では、スタンドアローンの太陽光発電システムの既存の送電料金に加えて、建築一体型の太陽光発電について追加のインセンティブや補助金が提供されています。 2006年7月以降、フランスはPVシステムの30ユーロセントに加えて0.25ユーロ/ kWhの追加プレミアムに相当するBIPVに最高のインセンティブを提供した。 これらのインセンティブは、電力をグリッドに供給するために支払う料金の形式で提供されます。

欧州連合
フランス€0.25 / kWh
ドイツ€0.05 / kWhファサードボーナスは2009年に失効しました
イタリア€0.04-€0.09 / kWh
イギリス4.18 p / kWh
スペイン、0.28ユーロ/ kWh(RD 1578/2008)を受け取る非建築用設備と比較して:
≤20kW:0.34 / kWh
> 20 kW:€0.31 / kWh

アメリカ合衆国
米国 – 州によって異なる。 詳細については、「再生可能エネルギーと効率に関する国家インセンティブのデータベース」を参照してください。

中国
2009年3月にBIPVシステムのワットあたりRMB20と屋上システムのR / W15を提供するBIPVプロジェクトのための補助金プログラムの発表に加えて、中国政府は最近、太陽光発電補助金プログラム「ゴールデンサンデモンストレーションプロジェクト」を発表した。 補助金プログラムは、太陽光発電のベンチャー開発とPV技術の商業化を支援することを目的としています。 財務省、科学技術省、および国家エネルギー局は、2009年7月に共同でこのプログラムの詳細を発表した。屋上、BIPV、および地上設置システムを含む適格なオングリッド太陽光発電プロジェクトは、関連する伝送インフラを含む各プロジェクトの総投資の50%に相当する補助金。 遠隔地にある適格なオフグリッド独立プロジェクトは、総投資の70%までの補助金の対象となる。 11月中旬、中国の財務省は、太陽エネルギー生産を劇的に引き上げるための補助金計画で200億元(30億ドル)に達する642メガワットの合計294のプロジェクトを選択した。

その他の統合型太陽光発電
車両一体型太陽光発電(ViPV)は、車両に似ています。 太陽電池は、車のデザインに応じて、フード、屋根、おそらくトランクなどの太陽光にさらされたパネルに埋め込むことができます。