Ferestrele din sticlă cu fotovoltaice integrate în clădiri (BIPV) au început ca simple elemente decorative, pe când au apărut pentru prima dată pe piață în anii '90, însă acum se transformă în sisteme energetice serioase. La început, arhitecții utilizau în principal aceste celule solare ca accente decorative pe clădiri, fără să le considere surse reale de producere a energiei. Totuși, lucrurile s-au schimbat cu adevărat în jurul anului 2015. Atunci, progresul tehnologic a permis ca aceste module BIPV din sticlă să transforme lumina solară în electricitate cu un randament între 12 și 16 la sută, păstrând în același timp o transparență pentru lumina vizibilă între 30 și 50 la sută, conform unui studiu recent publicat de Frontiers in Sustainable Cities. Ultimele versiuni ale acestor sisteme înlocuiesc de fapt pereții cortină tradiționali în numeroase clădiri de astăzi. Unele proiecte impresionante din Europa demonstrează că aceste instalații moderne pot genera în medie aproximativ 120 de kilowați-oră pe metru pătrat anual în clădirile de birouri. Pentru a pune acest număr în perspectivă, această cantitate de energie ar putea acoperi în mod aproximativ 35 la sută din necesarul majorității clădirilor pentru încălzire, ventilare și aer condiționat.
Sticla BIPV modernă oferă avantaje triple:
A 2025 Recenzii privind Energia Regenerabilă analiza a constatat că retrofitele BIPV în birourile urbane obțin un ROI cu 19% mai rapid decât panourile solare autonome datorită beneficiilor substituirii materialelor. Tehnologia abordează și efectele insulei de căldură urbane, fațadele integrate cu panouri fotovoltaice demonstrând o reducere a temperaturii superficiale de 3–5°C comparativ cu sticla tradițională în condiții de vară.
Fațadele de sticlă pentru producerea de energie electrică (BIPV) semi-transparentă integrează fie celule solare dispuse la distanță, fie straturi subțiri de film, permițând trecerea a aproximativ 15-40% din lumina vizibilă, în timp ce continuă să producă electricitate. Această combinație rezolvă o problemă cu care se confruntă mulți arhitecți atunci când proiectează birouri: cum să păstreze suficientă lumină naturală fără a permite acumularea excesivă de căldură în interior. O cercetare publicată anul trecut în revista Materials Science a analizat aceste module STPV cu geamuri duble cu sticlă vidată și a constatat că acestea au un coeficient de câștig termic solar (SHGC) cuprins între 0,28 și 0,35. Acesta este de fapt cu 42% mai bun decât cel al ferestrelor obișnuite cu geam dublu. În același timp, acestea reușesc să genereze între 80 și 120 de wați pe metru pătrat. Atunci când arhitecții ajustează densitatea celulelor în diferite părți ale învelișului clădirii, ei pot crea, de fapt, modele interesante de lumină care satisfac cerințele standardului EN 17037 privind iluminatul natural în zonele aflate aproape de marginile clădirilor, până la o distanță de șase metri față de pereții exteriori.
Sistemele moderne STPV obțin un echilibru optim prin trei parametri principali:
Sistemele STPV adaptive cu straturi intermediare electrochrome demonstrează o reducere cu 68% a utilizării jaluzelelor comparativ cu soluțiile statice, conform unui test de teren de 12 luni din UE, efectuat în 15 clădiri de birouri.
Indicatorii de performanță pentru fațadele STPV combină acum producția energetică cu indicatori centrați pe ocupant:
| Metrică | Referință | Instrument de Măsurare |
|---|---|---|
| Autonomie Luminoasă (DA) | ≥50% în 75% din suprafața podelei | Simulări bazate pe Radiance |
| Raport de Uniformitate | 0,4–0,7 | Măsurători de lux la înălțimea de 0,8 m |
| Stabilitatea Producției Fotovoltaice | <15% variație pe parcursul anotimpurilor | Microinvertoare activate prin IoT |
În anul 2024 Cercetare privind energia clădirilor studiul demonstrează faptul că blocurile de birouri cu fațade STPV optimizate ating un grad de autonomie la lumina zilei cu 32% mai mare comparativ cu vitrarea convențională, menținând totodată 85% din capacitatea de generare de energie a BIPV-urilor opace prin ajustări inteligente ale raportului fereastră-perete (WWR)
În ceea ce privește fațadele din sticlă pentru energia electrică BIPV, acestea ating în mod obișnuit o eficiență de conversie solară de 12-18 procente atunci când sunt instalate vertical. Acesta este de fapt mai mică decât ceea ce observăm la sistemele PV de pe acoperiș, care în mod obișnuit variază între 15 și 22 la sută. De ce această diferență? Ei bine, în esență, pentru că suprafețele verticale nu captează lumina soarelui sub același unghi ca și cele orizontale. Dar există speranță! Modulele bifaciale pot ajuta la recuperarea a aproape 19 procente din această eficiență pierdută, capturând lumina reflectată care sare de la clădirile din jur. Iar lucrurile s-au îmbunătățit și mai mult recent datorită progreselor tehnologice în domeniul filmelor subțiri de telurură de cadmiu. Aceste dezvoltări recente înseamnă că instalațiile verticale produc acum aproximativ 84 la sută din ceea ce panourile instalate optim ar genera în medii urbane. Un progres destul de impresionant având în vedere de unde am început cu doar câțiva ani în urmă.
Fațadele BIPV orientate spre sud tind să producă anual cu aproximativ 14% mai multă energie comparativ cu cele orientate est sau vest în Europa Centrală. Cu toate acestea, multe dintre clădirile contemporane includ acum panouri orientate în mai multe direcții pentru a reduce fluctuațiile zilnice ale producției de energie. De asemenea, este esențial să se prevadă corect umbrirea de la început, deoarece o planificare defectuoasă poate duce la pierderea a aproximativ 30% din producția potențială. Gândește-te așa: doar clădirile din apropiere pot reduce producția solară între 18 și 24% în zonele urbane aglomerate. În ceea ce privește adaptarea la condițiile variabile de vreme, sticla BIPV se remarcă și ea. Aceste panouri își continuă funcționarea la o eficiență de aproximativ 80%, chiar și atunci când lumina solară scade la 200 W pe metru pătrat, depășind panourile standard din siliciu, care în mod obișnuit ating între 65 și 70% eficiență în condiții similare slabe de lumină.
Cercetările efectuate în 2024 au analizat 47 de clădiri de birouri din Europa echipate cu fațade BIPV și au constatat că acestea produc în medie aproximativ 120 de kilowați-oră pe metru pătrat anual. Numerele au variat destul de mult – clădirile din nordul Scandinaviei au reușit doar circa 85 kWh/m², în timp ce cele din sud, în zona Mediteranei, au atins aproape 158 kWh/m². Pe campusul High Tech din Eindhoven, inginerii au obținut și ei rezultate impresionante. Configurația lor a generat 1.630 kWh curent alternativ din doar 44 de module de fațadă într-un interval de cinci luni. Succesul acesta evidențiază de ce ventilarea corespunzătoare dintre panouri face o diferență atât de mare în ceea ce privește producția constantă de energie. Analizând tendințele actuale, aproape 38% din toate noile instalații utilizează acum module bifaciale. Situl de test din Roskilde, Danemarca, oferă dovezi clare ale acestui beneficiu. Sistemele BIPV ventilate înregistrate acolo au obținut rate de performanță de 0,92 comparativ cu doar 0,85 pentru sisteme similare fără ventilare.
Proiectarea fațadelor din sticlă pentru BIPV reprezintă o adevărată provocare pentru arhitecți, care trebuie să găsească punctul optim între lăsarea unei cantități suficiente de lumină naturală și generarea unei cantități adecvate de energie electrică. Când clădirile au rate mai mari de transparență, între 30 și 50 la sută în spațiile de birouri, se obține cu siguranță o iluminare naturală mai bună, dar se pierde între 15 și 25 la sută din eficiența panourilor fotovoltaice comparativ cu panourile solare standard, conform unui studiu publicat anul trecut în revista Nature. Totuși, dintr-un studiu parametric din 2023 au rezultat niște concluzii interesante. Cercetătorii au descoperit că prin ajustarea proiectului fațadei se poate reduce această diferență de eficiență cu aproximativ 27 la sută. Aceștia au reușit acest lucru prin aranjarea strategică a panourilor, având în vedere modul în care lumina solară se schimbă în funcție de anotimp, menținând în același timp o iluminare uniformă în întreg spațiul interior.
Soluțiile emergente integrează sticlă electrocromică cu celule fotovoltaice micro-sistemice care ajustează transparența (în intervalul 10–70%) și unghiurile de înclinare (±15°) în funcție de condițiile meteorologice în timp real și de modelele de ocupare. Aceste sisteme păstrează 80% din randamentul energetic de bază, în timp ce dublează autonomia de lumină naturală în climatul noros, conform testărilor prototipului în medii de birouri din nordul Europei.
Deși fațadele de birouri europene cu 40% transparență înregistrează în medie 120 kWh/m²/an – suficient pentru a acoperi 30–35% din cererea energetică a clădirii – omologii lor complet opaci generează 190 kWh/m²/an. Totuși, acoperirile optice avansate permit modulelor cu 60% transparență să atingă 85% din randamentul panourilor opace, reducând astfel decalajul dintre aspirațiile estetice și obiectivele de zero emisii nete.
Atunci când fațadele de sticlă fotovoltaice integrate sunt combinate cu sisteme de fațadă dublă, ele formează un fel de parteneriat care îmbunătățește atât cantitatea de energie generată, cât și modul în care clădirile gestionează căldura și lumina. Spațiul dintre cele două straturi de sticlă din aceste fațade duble funcționează ca o izolație, reducând acumularea de căldură în panourile solare cu aproximativ 6-25 la sută, în funcție de locația clădirii. Panourile mai reci înseamnă și o producție mai bună de electricitate, deoarece fiecare scădere cu 10 grade Celsius poate crește eficiența cu aproximativ 1-2 la sută. Un studiu recent din 2024 privind performanța materialelor a arătat că în zonele cu climă moderată, clădirile care folosesc acest sistem combinat produc în medie cu 12-18 la sută mai multă energie pe parcursul unui an comparativ cu sistemele obișnuite BIPV. Pentru proiectanți care doresc să păstreze o înfățișare modernă și curată a clădirii, această configurație oferă în plus un spațiu suplimentar în spatele sticlei care facilitează întreținerea și ajută la controlul circulației aerului prin clădire.
Configurațiile moderne BIPV-DSF folosesc strategii adaptative de ventilație hibridă pentru a echilibra câștigul de căldură solară și confortul interior. O analiză din 2023 privind turnurile de birouri din Hefei, China, a relevat faptul că managementul dinamic al fluxului de aer în sistemele BIPV-DSF a redus sarcinile termice de răcire cu 52,2% anual comparativ cu alternativele cu o singură înveliș. Printre inovațiile importante se numără:
Studiile arată că aceste sisteme reduc intensitatea consumului de energie (EUI) cu aproximativ 28–34 kWh pe metru pătrat anual în clădiri de birouri de înălțime medie, conform standardelor europene pentru clădiri inteligente din 2025. Totuși, există încă unele obstacole legate de obținerea unor debite corespunzătoare de aer pentru diferite temperaturi ale panourilor. Situația este însă în curs de îmbunătățire datorită unor noi algoritmi de control predictiv care permit clădirilor să facă ajustări imediate. Aceasta înseamnă un confort mai mare pentru persoanele aflate în interior, dar și o eficientizare maximă a producției de energie.
Fațadele din sticlă cu panouri fotovoltaice integrate (BIPV) sunt utilizate atât în scop estetic, cât și pentru generarea de energie electrică în clădiri. Ele integrează celule solare fotovoltaice în materialele de construcție, oferind electricitate, dar și menținând un design estetic plăcut.
Fațadele BIPV au în mod tipic un randament de conversie solară de 12 până la 16 la sută atunci când sunt instalate vertical, ceea ce este mai scăzut comparativ cu panourile solare tradiționale de pe acoperiș. Cu toate acestea, progreselor tehnologice, cum ar fi modulele bifaciale și materialele îmbunătățite, au crescut semnificativ eficiența acestora.
Fațadele BIPV contribuie la sustenabilitatea urbană prin reducerea dependenței de rețeaua energetică, scăderea emisiilor de carbon și oferirea unei reglări termice mai bune. De asemenea, reduc efectul insulei de căldură urbană și oferă un randament al investiției mai rapid comparativ cu instalațiile solare autonome.
Modulele BIPV semitransparente optimizează lumina naturală permițând trecerea unei părți din lumina vizibilă, în același timp generând electricitate. Prin ajustarea densității celulelor solare, arhitecții pot obține o lumină naturală optimă și un confort vizual în interiorul clădirilor.
Da, fașadele BIPV sunt influențate de schimbările meteorologice, ceea ce poate afecta producția lor de energie. Cu toate acestea, ele se comportă, în general, mai bine decât panourile standard de siliciu în condiții de lumină solară redusă.
Hot News2025-02-25
2024-11-27
2024-12-17
EN
