Rakennusten integroidut aurinkokennot (BIPV) alkoivat alun perin vain koristeena, kun ne ensimmäisen kerran tulivat markkinoille 90-luvulla, mutta nykyään ne ovat tulleet vakaviksi energiakäyttöisiksi järjestelmiksi. Alun perin arkkitehdit käyttivät näitä aurinkokennoja enimmäkseen koristeena rakennuksissa eivätkä niinkään todellisen sähköntuotannon varalle. Todellinen muutos tapahtui kuitenkin vuonna 2015. Tuolloin teknologian kehitys mahdollisti näiden lasisten BIPV-moduulien käytön, jotka muuttavat auringonvalon sähköksi 12–16 prosentin tehokkuudella, samalla läpäisten noin 30–50 prosenttia näkyvää valoa, kuten hiljain julkaistussa tutkimuksessa Frontiers in Sustainable Cities -julkaisussa todettiin. Uusimmat versiot näistä järjestelmistä ovat nykyisin korvaamassa perinteisiä verhoiluja monissa rakennuksissa. Euroopassa toteutetut upean kunnianhimoiset hankkeet osoittavat, että nykyiset asennukset voivat tuottaa noin 120 kilowattituntia neliömetriä kohti vuodessa toimistorakennuksissa. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että tämä määrä sähköä voisi kattaa noin 35 prosenttia suurimman osan rakennusten tarpeista lämmityksen, ilmanvaihdon ja ilmastonhallinnan osalta.
Moderni BIPV-energialasi tarjoaa kolmoistuoton edut:
A 2025 Uusiutuvan energian katsaukset analyysi osoitti, että kaupunkien toimistojen BIPV-jälkiasennuksilla saavutetaan 19 % nopeampi takaisinmaksuaika kuin erillä sijaitsevilla aurinkoaurinkopaneeleilla materiaalien korvaamisedun vuoksi. Teknologia myös torjuu kaupunkien lämpösaarevaikutusta, sillä aurinkopaneeleilla varustetuilla fasadeilla on 3–5 °C alempi pintalämpötila kesäisin kuin perinteisillä lasipinnoilla.
Puoliläpinäkyvät BIPV-sähkölasijulkisivut sisältävät joko hajautettuja aurinkokennoja tai ohutkalvokerroksia, joiden läpi pääsee noin 15–40 prosenttia näkyvästä valosta ja jotka silti tuottavat sähköä. Tämä yhdistelmä ratkaisee ongelman, johon monet arkkitehdit törmäävät toimistosuunnittelussa, eli miten luonnonvaloa saadaan riittävästi sisään ilman, että sisäilma kuumenee liikaa. Viime vuonna julkaistussa tutkimuksessa, joka käsittelee näitä STPV-moduuleita tyhjiöeristetyillä lasituksilla, todettiin aurinkolämmönsiirtokertoimen (SHGC) vaihtelevan 0,28:n ja 0,35:n välillä. Se on itse asiassa 42 prosenttia parempi kuin tavallisilla kaksoislasituksilla. Samalla ne pystyvät tuottamaan 80–120 wattia sähköä neliömetriltä. Kun arkkitehdit säätävät kennojen tiheyttä eri osissa rakennuksen kuorta, he voivat luoda mielenkiintoisia valokuvioita, jotka täyttävät EN 17037 -päivänvalostandardin vaatimukset tiloissa, jotka sijaitsevat rakennuksen ulkoseinistä kuusi metriä sisäänpäin.
Nykyiset STPV-järjestelmät saavuttavat optimaalisen tasapainon kolmen keskeisen parametrin avulla:
Adaptiiviset STPV-järjestelmät sähkökromisilla välikerroksilla ovat vähentäneet verhojen käyttöä 68 % enemmän kuin staattiset ratkaisut, kuten 12 kuukauden mittainen EU-kenttäkoe 15 toimistorakennuksessa osoittaa.
STPV-raiteiden suorituskykymittarit yhdistävät nykyään energiatuotannon ja käyttäjäkeskeisiin indikaattoreihin:
| Metrinen | Vertailumalli | Mittausväline |
|---|---|---|
| Päivänvalon käyttöaste (DA) | ≥50 % 75 %:ssa lattia-alasta | Radianssiperusteiset simuloinnit |
| Tasaisuussuhde | 0,4–0,7 | Valaistusmittarit 0,8 m korkeudella |
| PV:n lähtötehon vakaus | <15 % kausivaihtelu | IoT-yhteensopivat mikroinvertoijat |
Vuoden 2024 Rakennusten energiatutkimus artikkeli osoittaa, kuinka toimistorakennukset, joiden ikkunoiden pinta-ala on optimoitu STPV-julkisivun avulla, saavuttavat 32 % korkeamman päivänvalonautonomian kuin perinteinen lasitus, kun taas julkisivussa säädetyllä ikkunoiden pinta-alan suhteella (WWR) voidaan säilyttää 85 % eristetyistä BIPV-julkisivuista saatavan energian tuotantokapasiteetista.
Kun on kyse BIPV-tehonlasiseinästä, niiden aurinkomuuntotehokkuus on pystyasennossa tyypillisesti noin 12–18 prosenttia. Se on itse asiassa alhaisempi kuin kattoihin asennettujen PV-järjestelmien tehokkuus, joka vaihtelee yleensä 15–22 prosentin välillä. Miksi erot? Perimmältään syynä on se, että pystypinnat eivät saa auringonvaloa samassa kulmassa kuin vaakasuorat pinnat. Mutta toivon kirkkaus säilyy! Kaksipuoliset moduulit voivat auttaa palautumaan lähes 19 prosenttia menetetystä tehokkuudesta heijastuneen valon avulla, joka pomppii ympäröivistä rakennuksista. Tilanne on myös paranemassa viime aikoina kadmiumtelluridi ohutkalvoteknologian parannusten ansiosta. Näiden uusien kehitysten myötä pystyasennossa olevat järjestelmät tuottavat nykyisin kaupunkiympäristöissä noin 84 prosenttia siitä määrästä, jonka optimaalisesti asetetut paneelit tuottaisivat. Melko vaikuttavaa edistystä ottaen huomioon, mistä lähdettiin muutama vuosi sitten.
Etelään sijaitsevat BIPV-julkisivut tuottavat keskimäärin noin 14 % enemmän energiaa vuodessa verrattuna itään tai länteen sijaitseviin julkisivuihin Keski-Euroopassa. Kuitenkin monet nykypäivän rakennukset sisältävät paneleita useisiin suuntiin, jotta päivittäiset tehotason vaihtelut saadaan tasoitettua. Myös varjostuksen suunnittelu alusta lähtien on erittäin tärkeää, sillä huonosti suunniteltu järjestelmä voi johtaa jopa 30 %:n menetykseen potentiaalisesta tuotosta. Ajatellaanpa näin: läheiset rakennukset voivat yksinään vähentää aurinkoenergian tuotantoa 18–24 %:a tiheissä kaupunkialueilla. Kun kyseessä ovat erilaiset säät, BIPV-lasi erottuu myös suorituskyvyssään. Näitä paneleita voidaan käyttää noin 80 %:n tehokkuudella, vaikka auringonvalo laskisi 200 wattiin neliömetriä kohti, mikä on parempaa kuin tavalliset piipaneeleiden 65–70 %:n tehokkuus samanlaisissa hämärissä olosuhteissa.
Vuonna 2024 tehty tutkimus tarkasteli 47 Euroopassa sijaitsevaa toimistorakennusta, joissa oli BIPV-julkisivut, ja siinä havaittiin, että ne tuottivat keskimäärin noin 120 kilowattituntia neliömetriä kohti vuodessa. Lukemat vaihtelivat kuitenkin melko paljon – pohjoisessa Skandivaniassa sijaitsevat rakennukset saavuttivat vain noin 85 kWh/m², kun taas etelässä Välimerellä sijaitsevat rakennukset saavuttivat lähes 158 kWh/m². Eindhovenin High Tech Campus -kampuksella insinöörit saivat myös vaikuttavia tuloksia. Heidän järjestelmänsä tuotti 1 630 kWh AC-virtaa vain 44 julkisivumoduulista johtuen viidessä kuukaudessa. Tämä menestys korostaa, miksi ilmanvaihto paneelien välillä tekee niin suuren eron jatkuvan energiantuotannon kannalta. Katsottaessa nykyisiä trendejä, lähes 38 % kaikista uusista asennuksista käyttää nykyään bifaciaaleja moduuleja. Testipaikka Roskildessa, Tanskassa, tarjoaa konkreettista näyttöä tästä hyödystä. Ilmanvaihdoidut BIPV-järjestelmät saavuttivat siellä suorituskykyosuuden 0,92 verrattuna vain 0,85 samanlaisiin järjestelmiin, joissa ei ollut ilmanvaihtoa.
BIPV-teho-lasijulkisivujen suunnittelu asettaa arkkitehdille todellisen haasteen, jossa täytyy löytää optimaalinen tasapaino riittävän luonnonvalon saannin ja riittävän sähköntuotannon välille. Kun rakennusten läpinäkyvyys on noin 30–50 prosenttia toimistotiloissa, valaistus paranee selvästi, mutta PV-tehokkuus laskee noin 15–25 prosenttia verrattuna tavallisiin kiinteisiin aurinkopaneeleihin, kuten Nature-lehdessä viime vuonna julkaistussa tutkimuksessa todettiin. Kuitenkin vuoden 2023 parametriseen malliin perustuvassa tutkimuksessa esiin tuli joitain mielenkiintoisia havaintoja. Tutkijat havaitsivat, että julkisivujen suunnittelua muuttamalla tehotason eroa voidaan itse asiassa kaventaa noin 27 prosenttia. Tämä saavutettiin asettamalla paneelit strategisesti huomioimalla auringonvalon muutokset vuodenaikojen mukaan ja varmistamalla tasainen valaistus sisätiloihin.
Uudet ratkaisut integroivat sähkökromisen lasin mikroseuraavien aurinkokennojen kanssa, jotka säätävät läpinäkyvyyttä (10–70 % alueella) ja kallistuskulmia (±15°) vastaamaan todellisia säätö- ja käyttöolosuhteita. Näiden järjestelmien kautta voidaan säilyttää 80 % perusenergiantuotantotasosta samalla kun päivänvalon käyttöautonomia kaksinkertaistuu pilvisissä ilmastonoloissa, kuten pohjoisten toimistojen prototyyppikokeissa on osoitettu.
Vaikka Euroopan toimistojen julkisivut, joiden läpinäkyvyys on 40 %, keskimäärin tuottavat 120 kWh/m²/vuosi – mikä on riittävää kattamaan 30–35 % rakennuksen energiantarpeesta – niiden täysin peittävät vastaosat tuottavat 190 kWh/m²/vuosi. Kuitenkin edistetyt optiset pinnoitteet mahdollistavat nyt sen, että 60 %:n läpinäkyvät moduulit saavuttavat 85 % peittävien paneelien tuotantotasosta, jolloin näin ollen suljetaan kuilu estetiikan tavoitteiden ja nollapäästötavoitteiden välillä.
Kun rakennusintegroitua aurinkokennon lasisäleikkäjärjestelmää yhdistetään kaksoisverhoukselliseen julkisivujärjestelmään, syntyy suorastaan kumppanuus, joka parantaa sekä energiantuotannon määrää että rakennusten lämmön ja valon hallintaa. Kaksoisverhouksellisen julkisivun kahden lasikerroksen väli toimii eristeenä, joka vähentää aurinkopaneelien lämmöntuotantoa noin 6–25 prosenttia riippuen rakennuksen sijainnista. Viileämmät paneelit tarkoittavat myös parempaa sähköntuotantotehokkuutta, sillä jokainen kymmenen celsiusasteen pudotus lämpötilassa voi parantaa tehokkuutta noin 1–2 prosentilla. Vuonna 2024 tehty tuore tutkimus materiaalien käyttäytymisestä osoitti, että kohteet, joissa on tämä yhdistetty järjestelmä kohtalaisessa ilmaston alueella, tuottavat noin 12–18 prosenttia enemmän sähköä vuodessa kuin pelkät BIPV-rakenteet. Suunnittelijoille, jotka haluavat pitää rakennustensa nykylähtöisenä ja siistinä, tämä järjestely tarjoaa myös lisätilan lasin takana, mikä helpottaa huoltoa ja ilmanvaihtoa rakennuksessa.
Nykyiset BIPV-DSF-rakenteet käyttävät mukautuvia hybridiventtiilistrategioita tasapainottamaan aurinkolämmön hyötykäyttöä ja sisäilman viihtyisyyttä. Vuoden 2023 analyysi Hefein kaupungin toimistotaloista Kiinassa osoitti, että BIPV-DSF-järjestelmien dynaaminen ilmavirtauksen hallinta vähensi jäähdytystarvetta 52,2 % vuosittain verrattuna yksinkertaisempiin rakenteisiin. Keskeisiä innovaatioita ovat:
Tutkimukset osoittavat, että nämä järjestelmät vähentävät energiankulutusintensiivisyyttä (EUI) noin 28–34 kWh:nä neliömetriä kohti vuodessa keskikorkeissa toimistorakennuksissa EU:n vuoden 2025 älykkäiden rakennusten standardeissa mukaan. On kuitenkin vielä joitain haasteita saavuttaa oikeat ilmavirtaustasot eri paneelien lämpötiloihin. Tilanne kuitenkin näyttää hyvältä uusien ennakoivien säätöalgoritmien ansiosta, jotka antavat rakennuksille mahdollisuuden tehdä välittömiä säätöjä. Tämä tarkoittaa parempaa mukavuutta sisätiloissa ja samalla maksimaalista sähköntuottoa.
BIPV-teholasijulkisivuja käytetään sekä esteettisiin tarkoituksiin että energian tuotantoon rakennuksissa. Ne integroivat fotovoltaiset aurinkokennot rakennusmateriaaleihin, tuoden sähköä samalla kun säilytetään visuaalisesti vievä muotoilu.
BIPV-julkisivut ovat tyypillisesti auringon energian muuntotehokkuudeltaan 12–16 prosenttia, kun ne on asennettu pystysuoraan, mikä on alhaisempaa kuin perinteisillä katosaurinkopaneeleilla. Kuitenkin julkisivujen tehokkuutta on parannettu huomattavasti mm. kahden puolen keräysmoduuleilla ja parhailla materiaaleilla.
BIPV-julkisivut vaikuttavat kaupunkien kestävyyteen energiaverkon riippuvuuden vähentämiseksi, hiilijalanjäljen laskemiseksi ja paremman lämpötilan säätämiseksi. Ne myös vähentävät kaupunkien lämpösaareilmiötä ja tarjoavat nopeamman sijoituksen takaisin kuin erilliset aurinkoenergiajärjestelmät.
Puoliläpinäkyvät BIPV-moduulit optimoivat päivänvaloa päästäessään osan näkyvästä valosta läpi samalla kun tuottavat sähköä. Säätämällä aurinkokennojen tiheyttä arkkitehdit voivat saavuttaa optimaalisen päivänvalon ja visuaalisen mukavuuden rakennuksissa.
BIPV-kantojen julkisivuilla on kuitenkin vaikutusta säämuutoksista, jotka voivat vaikuttaa niiden energiantuotantoon. Tästä huolimatta ne toimivat yleensä paremmin kuin tavalliset piikkikerrokset, kun auringonvalo on vähäistä.
Hot News2025-02-25
2024-11-27
2024-12-17
EN
