ビル一体型太陽光発電（BIPV）のパワーガラスファサードは、1990年代に市場に登場した当初は単なる装飾品に過ぎませんでしたが、現在では立派なエネルギー生成システムへと進化しています。初期の段階では、建築家たちはこれらの太陽電池を主に建物のアクセントとして使用しており、実際の発電を主目的としていませんでした。しかし2015年頃になると状況が大きく変わりました。この頃に技術が向上し、最近のFrontiers in Sustainable Citiesに掲載された研究によると、可視光の30〜50％を通しながら、これらのガラス製BIPVモジュールが太陽光を12〜16％の効率で電気エネルギーに変換することが可能になったのです。最新のこれらのシステムは、今日多くの建物で一般的に使われているカーテンウォールの代わりに実際に使用されています。ヨーロッパでのいくつかの注目すべきプロジェクトでは、オフィスビルにおいて1平方メートルあたり年間約120キロワット時もの発電が実現しています。この数値の意味するところは、この発電量が多くのビルにおける暖房、換気、空調に必要なエネルギーの約35％を賄うことが可能である、ということです。
最新のBIPVパワーガラスが提供するトライプル・ボトム・ライン（環境・社会・経済）の利点：
2025年 再生可能エネルギー・レビュー 分析によると、都市部のオフィスにおけるBIPVのリトロフィットは、材料置換効果によりスタンドアロン型の太陽光発電アレイよりも19％早く投資回収率（ROI）が向上することがわかりました。この技術はヒートアイランド効果の緩和にも貢献し、PV統合ファサードは夏場の通常のガラスと比較して、表面温度を3～5℃低下させることが確認されています。
半透明のBIPVパワーガラス外壁は、間隔をあけて配置した太陽電池セルまたは薄膜層を組み込むことで、可視光の約15〜40%を通すことができながらも発電機能を持っています。この組み合わせにより、多くの建築家がオフィス設計において直面する課題、つまり自然光を十分に取り入れつつ室内に過剰な熱がたまることを防ぐという問題を解決します。昨年『Materials Science（材料科学）』に掲載された研究では、真空複層ガラスを使用したこれらのSTPVモジュールを調査し、それらの日射熱取得係数（SHGC）が0.28〜0.35の範囲にあることを確認しました。これは一般的な複層ガラス窓に比べて実に42％優れています。同時に、これらは1平方メートルあたり80〜120ワットの発電能力を持っています。建築家が建物の外皮の異なる部分におけるセル密度を調整することで、建物の外壁から最大6メートル奥まった区域にまで、EN 17037の基準に適合した採光効果を生み出す興味深い光のパターンを実現することも可能です。
最新のSTPVシステムは、以下の3つの主要パラメーターによって最適なバランスを実現します：
電気色調変化型中間層を備えた適応型STPVシステムは、15のオフィスビルにおける12か月間のEU現地試験で、固定型システムと比較してブラインド使用を68%削減したことが示されています。
STPVファサードの性能指標は、現在、エネルギー収量と居住者中心の指標を組み合わせています：
| メトリック | 基準 | 測定ツール |
|---|---|---|
| 昼光自給率 (DA) | 床面積の75％以上で≥50％ | Radianceベースのシミュレーション |
| 均等照度比 | 0.4–0.7 | 0.8mの高さに設置されたルクスメーター |
| 太陽光発電出力の安定性 | 季節による変動が15％未満 | IoT対応マイクロインバーター |
A 2024 ビルディングエネルギー研究 論文は、最適化されたSTPVファサードを備えたオフィスブロックが、窓壁比（WWR）のインテリジェントな調整により従来の窓ガラスよりも32％高いデイライトオートノミーを達成し、同時に不透明BIPVの発電能力の85％を維持することを示しています。
BIPVパワーガラスファサードの場合、垂直に設置した際の太陽光発電効率は通常12〜18％程度になります。これは、一般的に15〜22％の効率を示す屋根設置型PVシステムと比較してやや低い数値です。なぜ違いが出るのでしょうか？基本的には、垂直面では水平面と同じ角度で太陽光を捉えることができないためです。しかし希望はあります！両面受光型モジュールを使えば、周囲の建物から反射してくる光を取り込むことで、失われる効率のほぼ19％を回復することができます。さらに近年、カドミウムテルルリ薄膜技術の進歩により状況はさらに改善しています。これらの新技術により、都市部において垂直設置でも最適な角度で設置したパネルが出力する電力の約84％を生み出せるようになり、数年前に比べて著しい進歩を遂げています。
南向きのBIPVファサードは、中欧地域において東向きまたは西向きのものと比較して年間で約14％多くエネルギーを生み出す傾向があります。しかし近年の多くの建物では、発電の日変動を平準化するために複数の方位にパネルを設置するケースが増えています。また、最初から適切な日影対策を講じることは非常に重要です。計画が不十分だと最大で約30％の発電量を失うことになりかねません。たとえば、都市部の密集地帯では周辺の建物だけで太陽光発電の出力が18〜24％減少することもあります。天候の変化に対応するという点でも、BIPVガラスは優れた性能を発揮します。これらのパネルは日照が200W／平方メートルにまで低下しても約80％の効率で動作し続けるのに対し、通常のシリコンパネルは同様の薄明条件下で一般的に65〜70％の効率にとどまります。
2024年に行われた研究では、欧州各地のBIPVファサードを備えた47のオフィスビルを調査した結果、年間平均で1平方メートルあたり約120キロワット時を発電していることがわかりました。ただし、数字にはかなりのばらつきがありました。北欧スカンジナビア地方の建物では約85kWh/m²にとどまった一方で、南欧地中海沿岸地域の建物では158kWh/m²に近い数値を記録しました。アイントホーフェンのハイテックキャンパスでは、エンジニアたちが非常に優れた結果を出しました。わずか5か月間で、単に44枚のファサードモジュールから1,630kWhの交流電力を生成したのです。この成功は、パネル間の適切な換気が安定したエネルギー生産においていかに重要であるかを示しています。現在の傾向を見ると、すべての新設設備のほぼ38％が両面発電モジュールを使用しています。デンマークのロスキルデにある試験サイトは、この利益に対する具体的な証拠を提供しています。そこの換気付きBIPVシステムは、換気なしの同様なシステムが0.85であるのに対し、0.92という性能比を記録しています。
建築家にとって、BIPVパワーグラスファサードの設計は、十分な自然光を取り入れることと、十分な発電量を確保することの間で最適なバランスを見つける実に難しい課題です。オフィススペースで建物の透明度が30〜50％と高い場合、確かに採光性能は向上しますが、一般的なソリッド型太陽光パネルと比較して、発電効率が約15〜25％低下します。昨年『ネイチャー』に掲載された研究によると、このような傾向が確認されています。しかし、2023年のパラメトリックモデル研究からは興味深い知見も得られました。研究者らは、ファサードデザインを工夫することで、この効率差を約27％縮めることができることを発見しました。具体的には、季節ごとの日射の変化に対応するようパネルを戦略的に配置し、室内空間の照度を均一に保ちつつ発電効率を高める方法を採用しました。
新興のソリューションは、リアルタイムの天候および占有状況に応じて透過率（10～70％の範囲）および傾斜角（±15°）を調整する、電気色調ガラスとマイクロトラッキング型太陽電池セルを統合しています。これらのシステムは、北欧のオフィス環境でのプロトタイプ試験によると、曇天の気候においてもベースラインエネルギー出力の80％を維持しながら昼光利用時間の2倍を実現します。
ヨーロッパのオフィスファサードにおいて、透過率40％のモジュールは年間平均で120kWh/m²・年を達成し、建物エネルギー需要の30～35％を満たすには十分であるのに対し、完全に不透明なモジュールは190kWh/m²・年を発生します。しかし、最新の光学コーティング技術により、透過率60％のモジュールでも不透明パネル出力の85％に達することが可能になり、美的要望とネットゼロ目標の間のギャップが縮まりつつあります。
一体型太陽光発電ガラスファサードを二重ガラス構法のファサードシステムと組み合わせて建設する場合、エネルギー発電量や建物における熱・光の取り扱いの両方において実際の効果を高めるような協働関係を形成します。この二重ガラス構法では、二つのガラス層の間の空間が断熱材のように機能し、建物の所在地によっては太陽光パネルにおける熱の蓄積を約6～25％低減します。パネル温度が下がると発電効率も向上し、気温が10度下がるごとに効率が約1～2％増加します。2024年に実施された材料性能に関する最近の研究によると、中程度の気候条件において、この統合システムを採用した建物は、通常のBIPV（建材一体型太陽光発電）システムのみを使用する場合と比較して、年間を通じておよそ12～18％多く発電することがわかりました。建築設計者が建物の外観をモダンかつクリーンに保ちたい場合、この構成はガラス背面にメンテナンススペースを確保し、さらに建物内での空気の流れを調整する助けになるという利点もあります。
最新のBIPV-DSF構成は、日射取得と室内快適性のバランスを取るための適応型ハイブリッド換気戦略を使用しています。2023年中国合肥のオフィスビルでの分析によると、BIPV-DSFシステムにおける動的空気流管理は、シングルスキンの代替システムと比較して年間冷房負荷を52.2%削減しました。主な革新点は以下の通りです：
研究によると、これらのシステムは、EUの2025年スマートビルディング基準によれば、中層オフィスビルにおいて年間1平方メートルあたり約28～34kWhのエネルギー使用強度（EUI）を削減します。ただし、さまざまなパネル温度に対して適切な空気流速を確保するには、まだいくつかの課題があります。しかし、建物が即座に調整を行える新しい予測制御アルゴリズムのおかげで状況は好転しています。これにより、室内に快適性を提供しつつ、同時に最大限の出力を得ることが可能になります。
BIPVパワーガラスファサードは、建物における美的目的とエネルギー生成の両方に使用されます。このファサードは、建物素材に太陽電池を統合しており、電気を供給しながら視覚的に魅力的なデザインを維持します。
BIPVファサードは、垂直に設置した場合、通常12〜16％の太陽光変換効率を有しており、これは屋根に設置する従来の太陽光パネルよりも低い。しかし、両面モジュールや改良された素材などの進歩により、その効率は大幅に向上している。
BIPVファサードは、エネルギーグリッドへの依存を減らし、炭素排出量を削減し、より良い熱調節を提供することで都市の持続可能性に貢献します。また、ヒートアイランド効果を緩和し、独立型の太陽光発電システムに比べて投資回収期間が短縮されます。
半透明のBIPVモジュールは、可視光の一部を通しながら発電することで昼光を最適化します。太陽電池の密度を調整することにより、建築家は建物内で最適な昼光と視覚的な快適さを実現できます。
はい、BIPVファサードは天候の変化の影響を受け、発電量に影響が出ることがあります。ただし、低照度条件下では一般的に、通常のシリコンパネルよりも良好に動作します。
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