Τα ενσωματωμένα στα κτίρια φωτοβολταϊκά (BIPV) ξεκίνησαν ως απλά διακοσμητικά στοιχεία όταν εμφανίστηκαν στην αγορά στις αρχές της δεκαετίας του '90, αλλά πλέον έχουν μετατραπεί σε σοβαρά ενεργειακά συστήματα. Αρχικά, οι αρχιτέκτονες τα χρησιμοποιούσαν κυρίως ως διακοσμητικά στοιχεία στα κτίρια, χωρίς να τα βασίζονται σε αυτά για την παραγωγή πραγματικής ενέργειας. Ωστόσο, περίπου το 2015 συνέβησαν σημαντικές αλλαγές. Εκείνη την περίοδο, η τεχνολογία είχε προοδεύσει αρκετά, ώστε τα φωτοβολταϊκά πάνελ να μπορούν να μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια με απόδοση μεταξύ 12 έως 16 τοις εκατό, ενώ παρέμεναν διαφανή, επιτρέποντας τη διέλευση του 30 έως 50 τοις εκατό του ορατού φωτός, σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε από το περιοδικό Frontiers in Sustainable Cities. Οι πιο πρόσφατες εκδόσεις αυτών των συστημάτων αντικαθιστούν πλέον τα παραδοσιακά τοιχώματα πολλών κτιρίων. Μερικά εντυπωσιακά έργα σε όλη την Ευρώπη δείχνουν ότι οι σύγχρονες εγκαταστάσεις μπορούν να παράγουν περίπου 120 κιλοβατώρες ανά τετραγωνικό μέτρο ετησίως σε γραφεία. Για να αποκτήσει κανείς μια ιδέα για την έκταση αυτής της παραγωγής, το ποσό αυτό μπορεί να καλύψει περίπου το 35 τοις εκατό των αναγκών των περισσότερων κτιρίων σε θέρμανση, εξαερισμό και κλιματισμό.
Σύγχρονα παράθυρα BIPV παρέχουν πλεονεκτήματα τριπλής διάστασης:
2025 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας - Επισκόπηση η ανάλυση έδειξε ότι οι επεμβάσεις BIPV σε αστικά γραφεία επιτυγχάνουν 19% ταχύτερη απόσβεση επένδυσης σε σχέση με αυτόνομες ηλιακές συστοιχίες, λόγω των οφελών αντικατάστασης υλικών. Η τεχνολογία αντιμετωπίζει επίσης τα φαινόμενα των αστικών θερμικών νησιών, καθώς τα προσόψεις ενσωματωμένες με φωτοβολταϊκά επιδεικνύουν μείωση της επιφανειακής θερμοκρασίας κατά 3–5°C σε σχέση με το συμβατικό γυαλί υπό καλικές συνθήκες.
Οι ημιδιαφανείς προσόψεις από υαλοπετάσματα BIPV με παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενσωματώνουν είτε διακριτά τα ηλιακά κελιά είτε στρώσεις λεπτών υμενίων, επιτρέποντας τη διέλευση περίπου 15 έως 40 τοις εκατό του ορατού φωτός, ενώ παράγουν ηλεκτρισμό. Αυτός ο συνδυασμός επιλύει ένα πρόβλημα με το οποίο πολλές φορές βρίσκονται αντιμέτωποι οι αρχιτέκτονες όταν σχεδιάζουν γραφεία: πώς να διατηρήσουν αρκετό φυσικό φως χωρίς να επιτρέπουν υπερβολική συσσώρευση θερμότητας στο εσωτερικό. Έρευνα που δημοσιεύθηκε πέρυσι στο περιοδικό Materials Science (Επιστήμη Υλικών) εξέτασε αυτά τα στοιχεία STPV με διπλά υαλοπίνακες κενού και βρήκε ότι είχαν Συντελεστή Ηλιακής Θερμικής Εισροής (SHGC) που κυμαινόταν μεταξύ 0,28 και 0,35. Αυτό αντιστοιχεί σε βελτίωση 42% σε σχέση με τα συνηθισμένα διπλά υαλοπίνακες. Ταυτόχρονα, κατάφερναν να παράγουν από 80 έως 120 watts ανά τετραγωνικό μέτρο. Όταν οι αρχιτέκτονες ρυθμίζουν την πυκνότητα των κελιών στα διάφορα τμήματα του κελύφους του κτιρίου, μπορούν να δημιουργήσουν ενδιαφέρουσες προβολές φωτός που καλύπτουν τις απαιτήσεις του προτύπου EN 17037 για φωτισμό με ημερήσιο φως σε περιοχές κοντά στις άκρες των κτιρίων, μέχρι και έξι μέτρα μέσα από τους εξωτερικούς τοίχους.
Τα σύγχρονα συστήματα STPV επιτυγχάνουν τέλεια ισορροπία μέσω τριών βασικών παραμέτρων:
Προσαρμοστικά συστήματα STPV με ενδιάμεσα στρώματα ηλεκτροχρωμικού τύπου παρουσιάζουν μείωση κατά 68% στη χρήση κουρτινών σε σχέση με στατικές λύσεις, σύμφωνα με δοκιμή πεδίου της ΕΕ διάρκειας 12 μηνών σε 15 κτίρια γραφείων.
Οι μετρικές απόδοσης για προσόψεις STPV συνδυάζουν πλέον την παραγωγή ενέργειας με δείκτες που εστιάζουν στην άνεση των επισκεπτών:
| Μετρικό | Σταθμός σύγκρισης | Όργανο Μέτρησης |
|---|---|---|
| Ημερήσιος Αυτονομία (DA) | ≥50% στο 75% της επιφάνειας δαπέδου | Προσομοιώσεις με βάση την ακτινοβολία |
| Λόγος Ομοιομορφίας | 0,4–0,7 | Βολτομέτρα στα 0,8m ύψος |
| Σταθερότητα Παραγωγής Φ/Β | <15% μεταβολή κατά τους εποχές | Μικροαντιστροφείς ενεργοποιημένοι από IoT |
Το 2024 Έρευνα Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων το άρθρο δείχνει πώς οι επαγγελματικοί χώροι γραφείων με προσόψεις STPV βελτιστοποιημένες επιτυγχάνουν 32% υψηλότερη αυτονομία φυσικού φωτισμού σε σχέση με τη συμβατική επιφανειακή τζαμάρα, διατηρώντας παράλληλα το 85% της παραγωγικής ικανότητας ενέργειας των αδιαφανών BIPV μέσω έξυπνων ρυθμίσεων της αναλογίας παραθύρου-προς-τοίχο (WWR).
Όσον αφορά τις προσόψεις από ηλιακό υαλοπίνακα BIPV, η απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας κυμαίνεται συνήθως από 12 έως 18 τοις εκατό όταν είναι κατακόρυφα τοποθετημένες. Αυτό είναι στην πραγματικότητα χαμηλότερο από αυτό που παρατηρείται στα συστήματα φωτοβολταϊκών στεγών, τα οποία κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 15 και 22 τοις εκατό. Γιατί η διαφορά; Βασικά επειδή οι κατακόρυφες επιφάνειες δεν μπορούν να απορροφούν το ηλιακό φως στην ίδια γωνία με τις οριζόντιες. Υπάρχει όμως ελπίδα! Τα δίοδα μοντέλα μπορούν να ανακτήσουν σχεδόν το 19 τοις εκατό της χαμένης απόδοσης, απορροφώντας το ανακλώμενο φως που προέρχεται από τα γύρω κτίρια. Επιπλέον, τα πράγματα έχουν βελτιωθεί αρκετά τελευταία χάρη στις βελτιώσεις στην τεχνολογία των λεπτών υμενίων τελλουριούχου καδμίου. Αυτές οι νέες εξελίξεις σημαίνουν πως οι κατακόρυφες εγκαταστάσεις παράγουν πλέον περίπου το 84 τοις εκατό αυτού που θα παρήγαγαν οι πάνελ με βέλτιστη κλίση σε αστικές περιοχές. Αρκετά εντυπωσιακή πρόοδος, αν ληφθεί υπόψη από πού ξεκινήσαμε μόλις πριν από λίγα χρόνια.
Οι προσόψεις BIPV που είναι στραμμένες προς τον νότο τείνουν να παράγουν περίπου 14% περισσότερη ενέργεια ετησίως σε σχέση με αυτές που είναι προσανατολισμένες ανατολικά ή δυτικά στην Κεντρική Ευρώπη. Ωστόσο, πολλά σύγχρονα κτίρια πλέον ενσωματώνουν πλαίσια σε πολλαπλές κατευθύνσεις για να εξομαλύνουν τις ημερήσιες διακυμάνσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, είναι εξαιρετικά σημαντικό να υπολογιστεί σωστά η σκίαση από την αρχή, καθώς η κακή σχεδίαση μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια περίπου 30% της δυνητικής παραγωγής. Σκεφτείτε το με αυτόν τον τρόπο: μόνον τα γειτονικά κτίρια μπορούν να μειώσουν την παραγωγή ηλιακής ενέργειας κατά 18 έως 24% σε πυκνοδομημένες αστικές περιοχές. Σε ό,τι αφορά την αντιμετώπιση διαφόρων καιρικών συνθηκών, το γυαλί BIPV ξεχωρίζει επίσης. Αυτά τα πλαίσια συνεχίζουν να λειτουργούν με απόδοση περίπου 80%, ακόμη και όταν το φως του ήλιου πέσει στα 200 W ανά τετραγωνικό μέτρο, γεγονός που ξεπερνά τις συνηθισμένες πανελάκια πυριτίου, τα οποία συνήθως κυμαίνονται μεταξύ 65 και 70% σε παρόμοιες συνθήκες χαμηλού φωτισμού.
Η έρευνα που διεξήχθη το 2024 εξέτασε 47 γραφειακά κτίρια σε όλη την Ευρώπη εξοπλισμένα με προσόψεις BIPV και διαπίστωσε ότι παρήγαγαν κατά μέσο όρο περίπου 120 κιλοβατώρες ανά τετραγωνικό μέτρο το χρόνο. Ωστόσο, οι αριθμοί ποικίλλουν αρκετά - τα κτίρια στη βόρεια Σκανδιναβία κατάφεραν μόνο περίπου 85 kWh/m², ενώ τα κτίρια στη νότια πλευρά της Μεσογείου έφτασαν στις 158 kWh/m². Στον υψηλής τεχνολογίας περίπολο του Άιντχοβεν, οι μηχανικοί επιτύχαν επίσης εντυπωσιακά αποτελέσματα. Το σύστημά τους παρήγαγε 1.630 kWh εναλλασσόμενης ηλεκτρικής ενέργειας (AC) από μόλις 44 μονάδες πρόσοψης μέσα σε πέντε μήνες. Αυτή η επιτυχία φανερώνει γιατί η κατάλληλη εξαεριστική διάταξη μεταξύ των πλακών κάνει τόσο μεγάλη διαφορά στη συνεπή παραγωγή ενέργειας. Με βάση τις τρέχουσες τάσεις, σχεδόν το 38% όλων των νέων εγκαταστάσεων χρησιμοποιεί πλέον δίπλευρες μονάδες. Ο χώρος δοκιμών στο Roskilde της Δανίας παρέχει σαφή απόδειξη για αυτό το πλεονέκτημα. Τα εξαεριζόμενα συστήματα BIPV εκεί καταγράφουν απόδοση 0,92 σε σχέση με μόνο 0,85 για παρόμοια συστήματα χωρίς εξαερισμό.
Η σχεδίαση προσόψεων από ηλεκτροπαραγωγούς υαλοπίνακες παρουσιάζει πραγματική πρόκληση για τους αρχιτέκτονες, οι οποίοι καλούνται να βρουν το ιδανικό σημείο ισορροπίας ανάμεσα στη διείσδυση επαρκούς φυσικού φωτός και την παραγωγή ικανοποιητικής ηλεκτρικής ενέργειας. Όταν τα κτίρια έχουν υψηλότερους ρυθμούς διαφάνειας (περίπου 30 έως 50 τοις εκατό) σε χώρους γραφείων, εξασφαλίζουν σίγουρα καλύτερο φυσικό φωτισμό, αλλά θυσιάζουν περίπου 15 έως 25 τοις εκατό σε απόδοση φωτοβολταϊκών σε σχέση με τα συμβατικά στερεά ηλιακά πάνελ, σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature πέρυσι. Ωστόσο, από μια παραμετρική μελέτη μοντέλου του 2023 προέκυψαν ενδιαφέροντα ευρήματα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η ρύθμιση της σχεδίασης των προσόψεων μπορεί να μειώσει αυτό το κενό απόδοσης κατά περίπου 27 τοις εκατό. Το επέτυχαν τοποθετώντας στρατηγικά τα πάνελ ώστε να λαμβάνεται υπόψη η μεταβολή του ηλιακού φωτός κατά τη διάρκεια των εποχών, διατηρώντας παράλληλα ομοιόμορφο φωτισμό στους εσωτερικούς χώρους.
Τα νέα λύσεις ενσωματώνουν εγχρωματικό υαλοπίνακα με φωτοβολταϊκά κελιά μικροσκοπικής παρακολούθησης που ρυθμίζουν τη διαφάνεια (εύρος 10–70%) και τις γωνίες κλίσης (±15°) σε απόκριση σε πραγματικές καιρικές συνθήκες και πρότυπα κατοχής. Αυτά τα συστήματα διατηρούν το 80% της αρχικής απόδοσης ενέργειας, ενώ διπλασιάζουν την αυτονομία φωτισμού σε συννεφιασμένα κλίματα, σύμφωνα με δοκιμές πρωτοτύπων σε γραφεία στη Σκανδιναβία.
Ενώ οι ευρωπαϊκές πρόσοψες γραφείων με 40% διαφάνεια καταγράφουν κατά μέσο όρο 120 kWh/m²/έτος – αρκετό για να καλύψουν το 30–35% τις ενεργειακές ανάγκες του κτιρίου – τα πλήρως αδιαφανή αντίστοιχα παράγουν 190 kWh/m²/έτος. Ωστόσο, προηγμένα οπτικά επιστρώματα επιτρέπουν σήμερα σε μοντέλα με 60% διαφάνεια να επιτυγχάνουν το 85% της απόδοσης των αδιαφανών πλαισίων, μειώνοντας τη διαφορά μεταξύ των αισθητικών φιλοδοξιών και των στόχων μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης.
Όταν οι προσόψεις από φωτοβολταϊκό υαλοπίνακα ενσωματώνονται σε συνδυασμό με συστήματα διπλών προσόψεων, δημιουργείται μια συνεργασία που βελτιώνει τόσο την ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας, όσο και τον τρόπο με τον οποίο τα κτίρια διαχειρίζονται τη θερμότητα και το φως. Ο χώρος ανάμεσα στις δύο στιβάδες του γυαλιού σε αυτά τα συστήματα διπλών προσόψεων λειτουργεί ως μονωτικός χώρος, μειώνοντας τη συσσώρευση θερμότητας στα φωτοβολταϊκά πάνελ κατά περίπου 6 έως 25 τοις εκατό, ανάλογα με τη γεωγραφική θέση του κτιρίου. Ψυχρότερα πάνελ σημαίνουν και καλύτερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αφού κάθε μείωση της θερμοκρασίας κατά 10 βαθμούς Κελσίου μπορεί να αυξήσει την αποδοτικότητα κατά περίπου 1 έως 2 τοις εκατό. Μια πρόσφατη μελέτη που εξέταζε την απόδοση των υλικών το 2024 διαπίστωσε ότι τα κτίρια που διαθέτουν αυτό το συνδυασμένο σύστημα σε συνετά κλιματικές συνθήκες παράγουν περίπου 12 έως 18 τοις εκατό περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια κατά τη διάρκεια του έτους, σε σχέση με τις συνηθισμένες εγκαταστάσεις BIPV. Για τους σχεδιαστές που επιθυμούν να διατηρήσουν τα κτίρια τους με σύγχρονο και καθαρό αισθητικό αποτέλεσμα, αυτή η διάταξη παρέχει επίσης έναν επιπλέον χώρο πίσω από το γυαλί, ο οποίος διευκολύνει τη συντήρηση και βοηθά στον έλεγχο της ροής αέρα μέσα στο κτίριο.
Οι σύγχρονες διατάξεις BIPV-DSF χρησιμοποιούν προσαρμοστικές στρατηγικές υβριδικού εξαερισμού για να εξισορροπήσουν την ηλιακή θερμική κερδοσκοπία και την άνεση εσωτερικού χώρου. Μια ανάλυση του 2023 σχετικά με πύργους γραφείων στο Χεφέι της Κίνας έδειξε ότι η δυναμική διαχείριση της ροής αέρα στα συστήματα BIPV-DSF μείωσε τις ετήσιες ανάγκες ψύξης κατά 52,2% σε σχέση με εναλλακτικές λύσεις με απλό περίβλημα. Βασικές καινοτομίες περιλαμβάνουν:
Μελέτες δείχνουν ότι τα συστήματα αυτά μειώνουν την ένταση κατανάλωσης ενέργειας (EUI) κατά περίπου 28 έως 34 kWh ανά τετραγωνικό μέτρο ετησίως σε γραφεία μεσαίου ύψους, σύμφωνα με τα Πρότυπα Έξυπνων Κτιρίων της ΕΕ από το 2025. Υπάρχουν όμως ακόμη ορισμένες προκλήσεις όσον αφορά την εξασφάλιση των σωστών ρυθμίσεων ροής αέρα για διαφορετικές θερμοκρασίες πάνελ. Ωστόσο, τα πράγματα βελτιώνονται χάρη σε νέους προβλεπτικούς αλγόριθμους ελέγχου που επιτρέπουν στα κτίρια να πραγματοποιούν άμεσες ρυθμίσεις. Αυτό σημαίνει καλύτερη άνεση για τους ανθρώπους που βρίσκονται μέσα, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή παραγωγή ενέργειας.
Οι προσόψεις από φωτοβολταϊκό γυαλί (BIPV) χρησιμοποιούνται τόσο για αισθητικούς σκοπούς όσο και για παραγωγή ενέργειας στα κτίρια. Ενσωματώνουν φωτοβολταϊκά ηλιακά κελιά στα δομικά υλικά του κτιρίου, παρέχοντας ηλεκτρική ενέργεια ενώ διατηρούν ένα οπτικά ελκυστικό σχεδιασμό.
Οι όψεις BIPV έχουν συνήθως απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας 12 έως 16 τοις εκατό όταν εγκαθίστανται κατακόρυφα, που είναι χαμηλότερη από τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ στέγης. Ωστόσο, εξελίξεις όπως τα δίπλευρα πάνελ και η βελτίωση των υλικών έχουν αυξήσει σημαντικά την απόδοσή τους.
Οι όψεις BIPV συμβάλλουν στην αστική βιωσιμότητα μειώνοντας την εξάρτηση από το ηλεκτρικό δίκτυο, μειώνοντας τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και παρέχοντας καλύτερη θερμική ρύθμιση. Επιπλέον, μειώνουν τα αστικά θερμικά νησιά και προσφέρουν ταχύτερη απόδοση επένδυσης σε σχέση με αυτόνομα ηλιακά πάρκα.
Τα ημιδιαφανή πάνελ BIPV βελτιστοποιούν το φυσικό φως επιτρέποντας ένα ποσοστό της ορατής ακτινοβολίας να τα διαπερνά, ενώ παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Ρυθμίζοντας την πυκνότητα των φωτοβολταϊκών κυττάρων, οι αρχιτέκτονες μπορούν να επιτύχουν βέλτιστο φυσικό φωτισμό και οπτική άνεση μέσα στα κτίρια.
Ναι, οι προσόψεις BIPV επηρεάζονται από τις καιρικές συνθήκες, οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν την παραγωγή τους ηλεκτρικής ενέργειας. Παρ' όλα αυτά, εν γένει παρουσιάζουν καλύτερη απόδοση σε σχέση με τα κοινά πάνελ πυριτίου υπό συνθήκες ανεπαρκούς ηλιοφάνειας.
Hot News2025-02-25
2024-11-27
2024-12-17
EN
