Fotovoltaické sklá (BIPV) integrované do budov sa pôvodne používali len ako dekoratívne prvky, keď sa prvýkrát objavili na trhu v 90. rokoch, ale dnes sa z nich stávajú významné energetické systémy. Na začiatku architekti využívali tieto solárne články hlavne ako doplnkové prvky budov, a nie ako zdroj skutočnej výroby energie. Všetko sa zmenilo okolo roku 2015, keď technologické vylepšenia umožnili týmto sklám BIPV premeniť slnečné svetlo na elektrinu s účinnosťou medzi 12 až 16 percent, pričom stále prepúšťali okolo 30 až 50 percent viditeľného svetla, podľa nedávneho štúdia vydanej v časopise Frontiers in Sustainable Cities. Najnovšie verzie týchto systémov dnes v mnohých budovách nahrádzajú tradičné skládacie steny. Niektoré pôsobivé projekty po celej Európe ukazujú, že tieto moderné inštalácie dokážu vyrobiť približne 120 kilowatthodín na štvorcový meter ročne v kancelárskych budovách. Aby sme to dali do perspektívy, tento objem energie môže pokryť približne 35 percent potreby väčšiny budov na vykurovanie, vetranie a klimatizáciu.
Moderné BIPV výkonové sklá poskytujú výhody trojitého zisku:
A 2025 Recenzie obnoviteľnej energie analýza zistila, že rekonštrukcie BIPV v mestských kanceláriách dosahujú 19 % rýchlejší návratnostný investičný pomer ako samostatné solárne panely vďaka výhodám z nahradenia materiálov. Táto technológia tiež rieši efekt mestského tepelného ostrova, pričom fasády integrované s fotovoltaikou preukázali zníženie povrchovej teploty o 3–5 °C v porovnaní s konvenčným sklom v letných podmienkach.
Polopriehľadné fasády BIPV z výkonového skla integrujú buď rozmiestnené solárne články alebo vrstvy tenkej fotovoltaickej vrstvy, čím prepúšťajú približne 15 až 40 percent viditeľného svetla a zároveň vyrábajú elektrinu. Táto kombinácia rieši problém, s ktorým sa mnohí architekti stretávajú pri návrhu kancelárií – ako zachovať dostatok denného svetla bez nadmerného hromadenia tepla vo vnútri. Výskum zverejnený vlani v Materials Science skúmal tieto STPV moduly so zasklením s vákuom a zistil, že majú koeficient solárneho zisku tepla (SHGC) v rozsahu od 0,28 do 0,35. To je v skutočnosti o 42 percent lepšie než u bežných dvojskienok. Súčasne dokážu vyrobiť medzi 80 a 120 wattmi na štvorcový meter. Ak architekti upravia hustotu článkov v rôznych častiach obálky budovy, môžu vytvoriť zaujímavé svetelné efekty, ktoré spĺňajú požiadavky normy EN 17037 na denné osvetlenie v oblastiach vzdialených až šesť metrov od vonkajších stien budovy.
Moderné systémy STPV dosahujú optimálne vyváženie pomocou troch kľúčových parametrov:
Adaptívne systémy STPV s elektrochromatickými medzivrstvami preukázali 68 % zníženie používania okennej šnúry v porovnaní so statickými riešeniami podľa 12-mesačného európskeho terénneho pokusu v 15 kancelárskych budovách.
Výkonnostné metriky pre STPV fasády teraz spájajú výnos energie s ukazovateľmi zameranými na pohodlie osôb:
| Metrické | Referenčná hodnota | Merací nástroj |
|---|---|---|
| Denné osvetlenie (DA) | ≥50 % v 75 % podlahovej plochy | Simulácie založené na žiarení |
| Pomer rovnomernosti | 0,4–0,7 | Luxmetre vo výške 0,8 m |
| Stabilita výstupu FV | <15 % odchýlka medzi sezónami | Mikroinvertery s podporou IoT |
A 2024 Výskum energetickej efektívnosti budov štúdia ukazuje, ako kancelárske budovy s optimalizovanými STPV fasádami dosahujú o 32 % vyššiu samostatnosť osvetlenia denným svetlom v porovnaní s bežným zasklením, pričom si udržiavajú 85 % výkonovej kapacity neprerateľných BIPV fasád prostredníctvom inteligentnej úpravy pomeru okien k stenám (WWR).
Čo sa týka fotovoltaických sklenných fasád (BIPV), ich účinnosť premeny slnečnej energie sa počas vertikálneho inštalovania pohybuje zvyčajne medzi 12 a 18 percentami. To je v skutočnosti nižšie v porovnaní s fotovoltaickými systémami na strechách, ktoré zvyčajne dosahujú účinnosť medzi 15 a 22 percentami. Prečo je rozdiel? Jednoducho povedané, vertikálne povrchy nedokážu zachytávať slnečné lúče pod rovnakým uhlom ako povrchy horizontálne. Ale nie je všetko stratené! Bifaciálne moduly dokážu obnoviť takmer 19 percent strateného výkonu tým, že využívajú odrazené svetlo od okolitých budov. Vďaka posledným vývojovým krokom v oblasti technológie tenkého filmu z kadmia teluridu sa situácia výrazne zlepšuje. Tieto nové technológie zabezpečujú, že vertikálne inštalácie v mestskom prostredí dnes produkujú približne 84 percent energie, ktorú by za ideálnych podmienok generovali optimálne naklonené panely. Pôsobivý pokrok, ak si spomenieme, kde sme boli pred pár rokmi.
BIPV fasády orientované na juh v strednej Európe zvyčajne vyprodukujú o približne 14 % viac energie ročne v porovnaní s fasádami orientovanými na východ alebo západ. Mnohé súčasné budovy však teraz zahŕňajú panely v rôznych orientáciách, aby sa vyrovnali denné výkyvy výroby elektrickej energie. Rovnako mimoriadne dôležité je správne zohľadniť zatienenie už od začiatku, keďže zlá projekcia môže viesť ku strate až 30 % potenciálneho výkonu. Uvedomte si, že samotné susedné budovy môžu v husto zastavaných mestských oblastiach znížiť výrobu solárnej energie medzi 18 až 24 %. Čo sa týka odolnosti voči rôznym poveternostným podmienkam, BIPV sklá sú tiež výnimočné. Tieto panely naďalej fungujú s účinnosťou okolo 80 %, aj keď intenzita slnečného svetla klesne na 200 W na štvorcový meter, čo je lepšie ako u bežných kremíkových panelov, ktoré majú typicky účinnosť medzi 65 až 70 % za podobných slabých svetelných podmienok.
Výskum z roku 2024 sa pozrel na 47 kancelárskych budov po celej Európe, ktoré boli vybavené fasádami BIPV, a zistil, že každoročne v priemere vyprodukovali okolo 120 kilowatthodín na štvorcový meter. Čísla sa však dosť líšili – budovy na severe Skandinávie zvládli len približne 85 kWh/m², zatiaľ čo tie na juhu v oblasti Stredomoria dosiahli až približne 158 kWh/m². Na High Tech Campus v Eindhovene inžinieri dosiahli tiež pôsobivé výsledky. Ich systém vygeneroval 1 630 kWh striedavého prúdu len zo 44 fasádnych modulov už za päť mesiacov. Tento úspech zdôrazňuje, prečo správne vetranie medzi panelmi robí taký veľký rozdiel pri stabilnej výrobe energie. Ak sa pozrieme na súčasné trendy, takmer 38 % všetkých nových inštalácií v súčasnosti využíva bifaciálne moduly. Testovacie miesto v Roskilde v Dánsku poskytuje konkrétny dôkaz o tejto výhode. Vetrané BIPV systémy tam dosahujú výkonové pomery 0,92 oproti len 0,85 u podobných systémov bez vetrania.
Dizajnovanie BIPV sklenených fasád predstavuje skutočnú výzvu pre architektov, ktorí musia nájsť optimálne riešenie medzi priepustnosťou dostatočného množstva denného svetla a zároveň generovaním dostatočného množstva elektriny. Keď budovy dosahujú vyššiu priepustnosť svetla v rozsahu 30 až 50 percent v kancelárskych priestoroch, získajú samozrejme lepšie denné osvetlenenie, ale zároveň obetujú približne 15 až 25 percent účinnosti fotovoltaických panelov v porovnaní s bežnými plnými solárnymi panelmi, čo uvádza výskum zverejnený vlani v časopise Nature. V niektorých zaujímavých záveroch z parametrického modelového štúdia z roku 2023 sa však ukázalo, že úpravou dizajnu fasád je možné tento rozdiel v účinnosti zredukovať približne o 27 percent. Toto sa dosiahlo strategickým usporiadaním panelov s ohľadom na denné a sezónne zmeny v priebehu slnečného svetla a zároveň zachovaním rovnomerného osvetlenia vo vnútorných priestoroch.
Nové riešenia integrujú elektrochromatické sklá s mikro-sledovacími fotovoltaickými článkami, ktoré upravujú priehľadnosť (rozsah 10–70 %) a uhly sklonu (±15°) v reakcii na aktuálne počasie a pohyb osôb. Podľa testovania prototypov v severských kancelárskych prostrediach tieto systémy udržiavajú 80 % výstupného výnosu energie a zároveň zdvojnásobujú samostatnosť osvetlenia v oblačných klimatických podmienkach.
Zatiaľ čo kancelárske fasády v Európe s 40 % priehľadnosťou dosahujú priemerne 120 kWh/m²/rok – čo je dostatočné na pokrytie 30–35 % energetických nákladov budovy – ich plne nepriehľadní konkurenti generujú 190 kWh/m²/rok. Avšak pokročilé optické povlaky teraz umožňujú dosiahnuť 60 % priehľadným modulom až 85 % výnosu z nepriehľadných panelov, čím sa zužuje rozdiel medzi estetickými požiadavkami a cieľmi dosiahnutia nulových emisií.
Pri výstavbe integrovaných fotovoltaických sklenných fasád sú tieto kombinované so systémami dvojitéj fasády, čím vzniká spolupráca, ktorá zlepšuje nielen množstvo vyrobenej energie, ale aj správanie budovy voči teplu a svetlu. Priestor medzi dvoma vrstvami skla v týchto dvojitých fasádach pôsobí ako izolácia, ktorá znižuje nahromadenie tepla v solárnych paneloch o približne 6 až 25 percent v závislosti od polohy budovy. Chladnejšie panely znamenajú aj lepšiu výrobu elektriny, keďže každé zníženie teploty o 10 stupňov Celzia môže zvýšiť účinnosť o približne 1 až 2 %. Nedávna štúdia z roku 2024 hodnotiaca výkonnosť materiálov zistila, že budovy s týmto kombinovaným systémom v miernych klimatických podmienkach vyprodukujú v priebehu roka približne o 12 až 18 % viac energie v porovnaní s bežnými BIPV systémami. Pre dizajnérov, ktorí chcú udržať moderný a čistý vzhľad budov, poskytuje toto usporiadanie aj priestor za sklom, ktorý uľahčuje údržbu a pomáha kontrolovať prúdenie vzduchu budovou.
Moderné konfigurácie BIPV-DSF využívajú adaptívne hybridné stratégie ventilácie na vyváženie zisku solárneho tepla a pohodlia vo vnútornom prostredí. Analýza z roku 2023, týkajúca sa kancelárskych veží v meste Hefei v Číne, ukázala, že dynamické riadenie prúdenia vzduchu v systémoch BIPV-DSF znížilo chladiace zaťaženie o 52,2 % ročne v porovnaní s alternatívami so samostatným plášťom. Kľúčové inovácie zahŕňajú:
Štúdie ukazujú, že tieto systémy podľa európskych noriem inteligentných budov z roku 2025 znížia intenzitu spotreby energie (EUI) o približne 28 až 34 kWh na štvorcový meter ročne v kancelárskych budovách strednej výšky. Stále však existujú určité prekážky, pokiaľ ide o dosiahnutie optimálneho prietoku vzduchu pri rôznych teplotách panelov. Situácia sa však zlepšuje vďaka novým prediktívnym riadiacim algoritmom, ktoré umožňujú budovám okamžite reagovať. To znamená väčší komfort pre osoby vo vnútri a zároveň maximálne využitie výkonu.
BIPV výkonové sklá pre fasády sa používajú na estetické účely aj na výrobu energie v budovách. Fotovoltaické solárne články integrujú do stavebných materiálov, čím zabezpečujú výrobu elektriny a zároveň zachovávajú vizuálne atraktívny dizajn.
Fasády BIPV zvyčajne majú účinnosť premeny slnečnej energie 12 až 16 percent, keď sú inštalované zvislo, čo je nižšie ako u tradičných strešných solárnych panelov. Avšak vďaka pokrokom, ako sú bifaciálne moduly a vylepšené materiály, sa ich účinnosť výrazne zvýšila.
BIPV fasády prispievajú k udržateľnosti v mestách znížením závislosti na energetickom distribučnom systéme, znížením emisií CO2 a poskytnutím lepšej tepelnej regulácie. Znižujú tiež efekt mestského tepelného ostrova a ponúkajú rýchlejší návratnosť investície v porovnaní so samostatnými solárnymi poliami.
Polopriehľadné BIPV moduly optimalizujú denné svetlo tým, že umožňujú prejsť určité percento viditeľného svetla, pričom súčasne vyrábajú elektrinu. Úpravou hustoty solárnych článkov môžu architekti dosiahnuť optimálne využitie denného svetla a vizuálny komfort vo vnútri budov.
Áno, BIPV fasády sú ovplyvnené zmenami počasia, čo môže ovplyvniť ich výrobu energie. Napriek tomu sa vo všeobecnosti v porovnaní s bežnými kremíkovými panelmi lepšie osvedčujú za slabého slnečného svetla.
Hot News2025-02-25
2024-11-27
2024-12-17
EN
