Встроенная фотогальваника (BIPV) — это фотогальванические материалы, которые используются для замены обычных строительных материалов в частях оболочки здания, таких как крыша, световые люки или фасады. Они все чаще включаются в строительство новых зданий в качестве основного или вспомогательного источника электроэнергии, хотя существующие здания могут быть модернизированы с использованием аналогичной технологии. Преимущество интегрированной фотоэлектрической системы в отношении более распространенных неинтегрированных систем заключается в том, что первоначальную стоимость можно компенсировать за счет сокращения затрат на строительные материалы и рабочую силу, которые обычно используются для создания части здания, заменяющей модули BIPV. Эти преимущества делают BIPV одним из самых быстрорастущих сегментов фотоэлектрической промышленности.

Термин «прикладная фотогальваника» (BAPV) иногда используется для обозначения фотогальванических элементов, которые модифицированы, интегрированы в здание после завершения строительства. Большинство встроенных зданий — фактически BAPV. Некоторые производители и строители дифференцируют новое строительство BIPV от BAPV.

история
PV-приложения для зданий начали появляться в 1970-х годах. Алюминиевые фотогальванические модули были подключены к зданиям, которые обычно находились в отдаленных районах, или не подключались к электрическим сетям. В 1980-х годах стали демонстрироваться фотоэлектрические модули над крышами. Эти фотоэлектрические системы обычно устанавливались на зданиях с электросетями в районах с централизованными электростанциями. В 1990-х годах коммерческая доступность строительной продукции BIPV, специально разработанной для интеграции в оболочку здания, стала доступной. Докторская диссертация 1998 года Патриной Эйфферт, озаглавленная «Экономическая оценка BIPV», выдвинула гипотезу о том, что в один прекрасный день будет иметься экономическая ценность для торговли кредитами на возобновляемые источники энергии (РЭЦ). Экономическая оценка и краткий обзор истории BIPV в 2011 году Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии в США свидетельствуют о том, что могут возникнуть значительные технические трудности для преодоления, прежде чем установленная стоимость BIPV будет конкурентоспособной с фотогальваническими панелями. Тем не менее, растет понимание того, что благодаря их широкомасштабной коммерциализации системы BIPV станут основой европейской целевой задачи по созданию нулевой энергии (ZEB) на 2020 год. Несмотря на технические обещания, были также выявлены социальные барьеры для широкого использования, такие как консервативные культуры строительной отрасли и интеграции с городским дизайном высокой плотности. Эти авторы предполагают, что долгосрочное использование, вероятно, будет зависеть от эффективных решений государственной политики, а также от технологического развития.

формы
Существует четыре основных типа продуктов BIPV:

Солнечные панели из кристаллического кремния для наземной и тепловой электростанции
Аморфные кристаллические кремниевые тонкопленочные солнечные модули pv, которые могут быть полыми, светлыми, красными синими желтыми, как стеклянная занавеска и прозрачный просвет
Тонкопленочные ячейки на основе CIGS (медный индий галлий селенид) на гибких модулях, ламинированных с помощью элемента оболочки здания или ячейки CIGS, монтируются непосредственно на подложке огибающей здания
Двойные стеклянные солнечные панели с квадратными ячейками внутри

Встроенные фотоэлектрические модули доступны в нескольких формах:

Плоские крыши
Наиболее распространенным на сегодняшний день является аморфный тонкопленочный солнечный элемент, встроенный в гибкий полимерный модуль, который был прикреплен к кровельной мембране с использованием липкого листа между нижним слоем солнечного модуля и кровельной мембраной. [Необходимость в осветлении] Медь-индия Галлий Селенид ( CIGS) в настоящее время способна доставлять клеточную эффективность в размере 17%, производимую американской компанией, и сопоставимую эффективность встроенного модуля в однослойных мембранах TPO путем слияния этих клеток британской компанией.

Подъемы крыши
Солнечная черепица (керамическая) черепица с интегрированными солнечными модулями. Керамическая солнечная черепица разработана и запатентована голландской компанией в 2012 году.
Модули имеют форму черепичной черепицы.
Солнечная черепица — это модули, предназначенные для того, чтобы выглядеть и действовать как обычные черепицы, а также использовать гибкую тонкую пленочную ячейку.
Он обеспечивает нормальный срок службы крыши, защищая изоляцию и мембраны от ультрафиолетовых лучей и деградацию воды. Он делает это, устраняя конденсацию, потому что точка росы удерживается выше кровельной мембраны.
Металлические скатные крыши (как структурные, так и архитектурные) в настоящее время интегрированы с функциональностью PV либо путем склеивания отдельно стоящего гибкого модуля, либо путем теплового и вакуумного уплотнения клеток CIGS непосредственно на подложку

Фасад
Фасады могут быть установлены на существующих зданиях, придавая старым зданиям совершенно новый вид. Эти модули устанавливаются на фасаде здания по существующей структуре, что может увеличить привлекательность здания и его стоимость перепродажи.

глазурь
Фотогальванические окна представляют собой (полу) прозрачные модули, которые могут использоваться для замены ряда архитектурных элементов, обычно сделанных из стекла или подобных материалов, таких как окна и световые люки. В дополнение к производству электроэнергии они могут обеспечить дополнительную экономию энергии благодаря превосходным теплоизоляционным свойствам и контролю солнечной радиации.

Прозрачная и полупрозрачная фотогальваника
Прозрачные солнечные панели используют покрытие оксида олова на внутренней поверхности стеклянных панелей для проведения тока из ячейки. Ячейка содержит оксид титана, который покрыт фотоэлектрическим красителем.

Большинство обычных солнечных батарей используют видимый и инфракрасный свет для выработки электроэнергии. Напротив, инновационный новый солнечный элемент также использует ультрафиолетовое излучение. Используемая для замены обычного оконного стекла или размещенная над стеклом площадь монтажной поверхности может быть большой, что приводит к потенциальным возможностям, которые используют преимущества комбинированных функций выработки электроэнергии, освещения и контроля температуры.

Другим названием для прозрачных фотовольтаиков является «полупрозрачная фотогальваника» (они пропускают половину света, который падает на них). Подобно неорганической фотогальванике, органические фотовольтаики также могут быть полупрозрачными.

Используемые модули
Для удовлетворения архитектурных требований и желаемой многофункциональности рекомендуется адаптировать PV-модули по размеру, форме и используемым материалам. Также необходимо учитывать различные требования к механической и электрической интеграции.

В принципе, существует два варианта технологий, которые могут быть использованы для модулей BiPV:

Кристаллические модули
Кристаллические модули основаны на множестве кремниевых пластин, в основном в последовательном соединении. Шаг изменения размера определяется размером вафель и необходимыми зазорами для взаимосвязи и изоляции. Они составляют 15-25 см. В случае клеточного материала проводится различие между монокристаллическим и поликристаллическим кремнием, которые отличаются своей эффективностью. Это указывает, какой процент входящей солнечной энергии преобразуется в электрическую. (Моно). Кристаллические модули предлагают сегодня максимальную эффективность (15-20%) с оптимальным выравниванием. Однако в BiPV такая оптимальная ориентация (например, фасад с вертикальной ориентацией) обычно не дается. Кроме того, кристаллические растворы очень восприимчивы к затенению и снижению высоких температурных характеристик, которые характерны для строительных применений. Поэтому целесообразно использовать программное обеспечение для моделирования для истинного выхода энергии. Кристаллические растворы имеют высокую вариабельность в выборе упаковочного материала, что является очень положительным для BiPV. Можно использовать различные толщины стекла, но также и пластмассы, но кристаллические клетки очень хрупкие и не могут быть согнуты. Также можно генерировать полупрозрачность в простых шаблонах.

Тонкопленочные модули
Тонкопленочные модули наносятся на подложку (обычно стекло). В варианте с стеклянной подложкой дисперсия по размеру возможна только в очень ограниченной степени. Кроме того, выбор материала в этом варианте субстрата очень ограничен, так как во время процесса сборки фотоэлемента очень высокие температуры используются, что делает определенные изменения в стекле (например, безопасном стекле) невозможным.

Другими тонкопленочными решениями являются применяется для пластиковых или металлических лент (сталь, медь). Эти решения в настоящее время предлагают наивысшую степень изменения размеров и упаковки, а также позволяют предлагать гибкие и очень легкие решения (пластик / пластик). Тонкопленочные решения в настоящее время обладают эффективностью 6-14% в зависимости от используемой технологии, имеют лучший выход с субоптимальным выравниванием (рассеянный свет, низкий свет) и менее зависят от температуры в их исполнении.

Специальные акции
Различные политики поощряют использование BiPV: руководствуясь целями 20-20-20 и желанием продвигать энергетические самодостаточные здания в некоторых странах (например, в Италии, Франции) в дополнение к тарифным ставкам (см. Германию EEG) повышенные тарифы для BiPV.

Руководство по строительству
Сильным драйвером для использования BiPV является последовательное ужесточение руководящих принципов в отношении энергетического поведения зданий (дом с нулевой энергией, площадь CO 2). В Германии EnEV — это ссылка, основанная на Директиве ЕС об энергоэффективности зданий. Кроме того, существуют страновые оценки устойчивости, связанные с устойчивостью, с различными уровнями качества, которые также способствуют высокому качеству здания и низкому воздействию на окружающую среду. Примерами являются разработанное США Лидерство в области энергетики и экологического проектирования (LEED), BREEAM из Великобритании или Германское устойчивое здание с плотной печатью.

Государственные субсидии
В некоторых странах предлагаются дополнительные стимулы или субсидии для создания интегрированных фотогальванических элементов в дополнение к существующим тарифам на поставку для автономных солнечных систем. С июля 2006 года Франция предложила самый высокий стимул для BIPV, равный дополнительной премии в размере 0,25 евро за кВтч, а также 30 евроцентов для систем PV. Эти стимулы предлагаются в виде ставки, взимаемой за электричество, подаваемое в сеть.

Европейский Союз
Франция € 0,25 / кВтч
Германия € 0.05 / кВтч фасад бонус истек в 2009 году
Италия € 0.04- € 0.09 / кВтч
Великобритания 4.18 p / kWh
Испания, по сравнению с нестроительной установкой, которая получает 0,28 евро / кВт-ч (RD 1578/2008):
≤20 кВт: 0,34 евро / кВтч
> 20 кВт: 0,31 евро / кВтч

США
США — зависит от государства. Проверьте базу данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности для получения более подробной информации.

Китай
В дополнение к объявлению программы субсидирования проектов BIPV в марте 2009 года, предлагающей RMB20 на ватт для систем BIPV и RMB15 / ватт для систем крыши, китайское правительство недавно обнародовало фотоэлектрическую программу субсидирования энергии «Демонстрационный проект« Золотое солнце ». Программа субсидирования направлена ​​на поддержку развития проектов по производству фотоэлектрических электростанций и коммерциализацию технологии PV. Министерство финансов, Министерство науки и технологий и Национальное энергетическое бюро совместно объявили подробности этой программы в июле 2009 года. Квалифицированные проекты электроснабжения на солнечной энергии, в том числе на крыше, BIPV и наземных системах, имеют право на получение субсидия равна 50% от общего объема инвестиций каждого проекта, включая связанную с ним инфраструктуру передачи. Квалифицированные внесетевые независимые проекты в отдаленных районах будут иметь право на субсидии до 70% от общего объема инвестиций. В середине ноября министерство финансов Китая выбрало 294 проекта общей стоимостью 642 мегаватт, которые приходятся на примерно 20 млрд. Юаней (3 млрд. Долл. США) на расходы по плану субсидирования, чтобы значительно увеличить производство солнечной энергии в стране.

Другие интегрированные фотоэлектрические элементы
Автомобильные фотогальваники (ViPV) аналогичны для автомобилей. Солнечные элементы могут быть встроены в панели, подверженные солнечному свету, такие как капот, крыша и, возможно, багажник в зависимости от конструкции автомобиля.