Fotovoltaične steklene fasade (BIPV) so se na začetku pojavile kot le dekorativni elementi, ko so prvič prišle na trg v 90. letih, a zdaj postajajo resni energetski sistemi. Na začetku so arhitekti predvsem uporabljali te sončne celice kot dodatne elemente na stavbah, namesto da bi se zanašali nanje za resno proizvodnjo električne energije. Vse se je resnično spremenilo okoli leta 2015. Takrat so tehnološki napredki omogočili, da te steklene BIPV modulacije pretvarjajo sončno svetlobo v elektriko s stopnjo učinkovitosti med 12 do 16 odstotki, hkrati pa še vedno prepuščajo približno 30 do 50 odstotkov vidne svetlobe, kar navaja tudi nedavna študija objavljena v Frontiers in Sustainable Cities. Najnovejše verzije teh sistemov danes dejansko nadomeščajo tradicionalne zavesne stene v številnih stavbah. Nekateri izjemni projekti po Evropi prikazujejo, da te sodobne naprave v uradnih zgradbah letno proizvedejo okoli 120 kilovatnih ur na kvadratni meter. Za kontekst, ta količina energije lahko pokrije približno 35 odstotkov potrebnih za ogrevanje, prezračevanje in klimatizacijo večine stavb.
Sodobne BIPV steklene konstrukcije omogočajo trojne prednosti:
A 2025 Pregledi obnovljive energije analiza je ugotovila, da BIPV adaptacije v mestnih pisarnah dosegajo 19 % hitrejši povračilo naložbe kot samostojne sončne elektrarne zaradi ugodnosti nadomestila materialov. Tehnologija prav tako obravnava učinke mestnih toplotnih otokov, pri čemer so integrirane PV fasade prikazale zmanjšanje površinske temperature za 3–5 °C v primerjavi s konvencionalnim steklom v poletnih pogojih.
Polprozorna steklena fasada BIPV za proizvodnjo električne energije vključuje bodisi razmaknjene sončne celice bodisi tanke plasti, ki skozi puščajo približno 15 do 40 odstotkov vidne svetlobe, hkrati pa še vedno proizvajajo električno energijo. Ta kombinacija rešuje problem, s katerim se mnogi arhitekti soočajo pri načrtovanju pisarn, in sicer kako ohraniti zadostno količino naravne svetlobe, ne da bi v notranjštvi poskrbeli za preveč toplote. Raziskava, objavljena lani v reviji Materials Science, je preučevala te modul STPV s vakuumskim ostekljenjem in ugotovila, da imajo koeficient toplotnega dobička zaradi sončnega sevanja (SHGC) med 0,28 in 0,35. To je dejansko za 42 odstotkov bolje v primerjavi z običajnimi dvojno osteklenimi okni. Hkrati pa uspejo proizvesti med 80 in 120 vatov na kvadratni meter. Ko arhitekti prilagajajo gostoto sončnih celic v različnih delih stavbne ovojnice, lahko ustvarijo zanimive svetlobne vzorce, ki ustrezajo zahtevam standarda EN 17037 glede dnevne svetlobe v območjih v bližini robov stavb, tudi do šest metrov v notranjost stavbe od zunanje stene.
Sodobni sistemi STPV dosegajo optimalno ravnovesje s tremi ključnimi parametri:
Prilagodljivi sistemi STPV z elektrohromnimi medplastmi kažejo 68-odstotno zmanjšanje uporabe rolet v primerjavi s statičnimi rešitvami, kar kaže 12-mesečni evropski terenski poskus v 15 pisarniških stavbah.
Merila zmogljivosti za STPV fasade združujejo donos energije z indikatorji, osredotočenimi na uporabnike:
| METRIC | Orientacijska točka | Merilno orodje |
|---|---|---|
| Samostojnost dnevne svetlobe (DA) | ≥50 % v 75 % tlorisne površine | Simulacije na osnovi Radiance |
| Razmerje enakomernosti | 0,4–0,7 | Luksov merilniki na višini 0,8 m |
| Stabilnost PV izhodne moči | <15 % odstopanj v različnih letnih časih | IoT-omogočeni mikroinverterji |
Leto 2024 Raziskava energetike stavb članek prikazuje, kako pisarniški bloki z optimiziranimi STPV fasadami dosegajo 32 % višjo avtonomijo dnevne svetlobe v primerjavi s konvencionalnim osteklitvijo, hkrati pa ohranjajo 85 % energetske proizvodnje neprozornih BIPV-jev z inteligentno regulacijo razmerja med okni in stenami (WWR).
Kar zadeva fotovoltaične steklene fasade BIPV, običajno dosegajo sončno pretvorbeno učinkovitost med 12 in 18 odstotki, ko so nameščene navpično. To je dejansko nižje v primerjavi s strešnimi FV sistemi, ki običajno segajo med 15 in 22 odstotki. Zakaj je razlika? V bistvu zato, ker navpične površine ne ujamejo sončne svetlobe pod enakim kotom kot vodoravne površine. Vendar obstaja upanje! Bifacijalne module lahko pomagajo nadomestiti skoraj 19 odstotkov izgubljene učinkovitosti, saj zajemajo odsejano svetlobo, ki se odbija od okoliških stavb. Poleg tega so se stvari v zadnjem času še izboljšale zaradi izboljšav v tehnologiji tankega filma na osnovi kadmija in telurida. Ti novi razvoji pomenijo, da navpične namestitve zdaj proizvajajo približno 84 odstotkov tistega, kar bi optimalno nagnjeni paneli ustvarili v mestnem okolju. Precej impresivna napredovanje glede na to, kje smo začeli pred nekaj leti.
Fasade BIPV, obrnjene proti jugu, letno proizvedejo v povprečju 14 % več energije kot tiste, usmerjene proti vzhodu ali zahodu v osrednji Evropi. Vendar pa mnoge sodobne zgradbe zdaj vključujejo panele v več smereh, da bi izravnali dnevne nihanja proizvodnje električne energije. Pravilno načrtovanje senčenja je takođe izjemno pomembno, saj lahko zaradi slabe načrtovanja izgubimo do 30 % potencialnega izhoda. Pomislite nanj na naslednji način: samo bližnje zgradbe lahko v mestnih območjih zmanjšajo sončno proizvodnjo med 18 do 24 %. Kar zadeva obravnavo različnih vremenskih razmer, se steklo BIPV izkaže tudi kot izjemno učinkovito. Ti paneli ostajajo delovni z učinkovitostjo okoli 80 %, tudi ko sončno svetlobo pade na 200 W na kvadratni meter, kar je boljše od običajnih silicijevih panelov, ki ob podobnih pomanjkljivih svetlobnih pogojih običajno dosegajo učinkovitost med 65 in 70 %.
Raziskava iz leta 2024 je preučevala 47 pisarniških stavb v Evropi, opremljenih z BIPV fasadami, in ugotovila, da so letno v povprečju proizvajale okoli 120 kilovatnih ur na kvadratni meter. Številke so se precej razlikovale – stavbe na severu Skandinavije so dosegale le okoli 85 kWh/m², medtem ko so stavbe v južni Evropi v Sredozemlju dosegale kar 158 kWh/m². Na visoko tehnološkem kampusu v Eindhovenu so inženirji dosegli tudi izjemne rezultate. Njihova konfiguracija je v petih mesecih sama proizvedla 1.630 kWh izmenične energije iz le 44 fasadnih modulov. Uspeh tega projekta poudarja, zakaj je ustrezno prezračevanje med paneli tako pomembno za stabilno proizvodnjo energije. Če pogledamo sedanje trende, skoraj 38 % vseh novih instalacij zdaj uporablja dvoplosne module. Testno območje v Roskildu na Danski nudi jasne dokaze o tem koristnem učinku. Prezračevani BIPV sistemi tam dosegajo učinkovitost 0,92 v primerjavi z 0,85 pri sistemih brez prezračevanja.
Oblikovanje fasad iz energijskega stekla BIPV predstavlja resnični izziv za arhitekte, ki morajo najti optimalno ravnovesje med dovoljevanjem zadostne količine naravne svetlobe in proizvodnjo ustrezne količine elektrike. Ko poslovalniški objekti dosegajo stopnje prozornosti med 30 in 50 odstotki, imajo zagotovo boljše dnevno osvetljevanje, vendar pri tem izgubijo 15 do 25 odstotkov v fotovoltaični učinkovitosti v primerjavi s klasičnimi trdnimi sončnimi paneli, kar je bilo objavljeno v reviji Nature lani. Kljub temu so se izšle nekatere zanimive ugotovitve iz parametričnega modelnega raziskovanja iz leta 2023. Raziskovalci so ugotovili, da je s prilagoditvijo oblikovanja fasade mogoče zmanjšati to učinkovitostno vrzel za približno 27 odstotkov. To so dosegli z umerjenim razporedom panelov, ki upoštevajo spremembe sončnega vira skozi letne čase in hkrati zagotavljajo enakomerno osvetljevanje notranjih prostorov.
Nastajajoče rešitve združujejo elektrohromsko steklo z mikro-sledilnimi fotovoltaičnimi celicami, ki prilagajajo prozornost (v obsegu 10–70 %) in kote nagiba (±15°) v odgovoru na trenutne vremenske razmere in vzorce zasedenosti. Po preskusih prototipov v pisarniških okoljih na nordiških območjih ti sistemi ohranjajo 80 % osnovne energijske učinkovitosti, hkrati pa podvojijo avtonomijo dnevne svetlobe v oblačnih klimah.
Čeprav evropske pisarniške fasade s 40 % prozornostjo v povprečju proizvedejo 120 kWh/m²/leto – kar zadošča za 30–35 % potreb stavbe po energiji – njihovi popolnoma neprozorni ustrezni modeli proizvedejo 190 kWh/m²/leto. Vendar napredne optične prevleke omogočajo, da moduli s 60 % prozornostjo dosegajo 85 % izkoristka neprozornih panelov, kar zoži vrzel med estetskimi cilji in cilji neto nične porabe energije.
Pri gradnji integriranih fotovoltačnih steklenih fasad v kombinaciji z dvojno fasadno sistemiko postanejo neke vrste partnerstva, ki dejansko izboljšata tako količino proizvedene energije kot tudi način, kako stavbe upravljajo s toplino in svetlobo. Prostor med dvema sloji stekla v teh dvojnih fasadah deluje kot izolacija, ki zmanjša nabiranje toplote v sončnih panelih za približno 6 do 25 odstotkov, odvisno od lokacije stavbe. Hladnejši paneli pomenijo tudi boljšo proizvodnjo elektrike, saj vsak padec temperature za 10 stopinj Celzija poveča učinkovitost za približno 1 do 2 odstotka. Nedavna študija iz leta 2024 o učinkovitosti materialov je pokazala, da stavbe s tem kombiniranim sistemom v zmernem podnebju skozi leto proizvedejo približno 12 do 18 odstotkov več električne energije kot običajne BIPV konfiguracije. Za oblikovalce, ki želijo ohraniti sodoben in čist videz svojih stavb, ta razporeditev ponuja tudi dodatni prostor za steklom, kar olajša vzdrževanje in pomaga pri nadzoru zračnega toka skozi stavbo.
Sodobne konfiguracije BIPV-DSF uporabljajo prilagodljive hibridne strategije prezračevanja za uravnoteženje sončnega segrevanja in udobja v notranjosti. Analiza pisarniških stolpov v Hefeiju, Kitajska, iz leta 2023 je razkrila, da dinamično upravljanje zraka v sistemih BIPV-DSF zmanjša letno potrebo po hlajenju za 52,2 % v primerjavi s tradicionalnimi enoplastnimi rešitvami. Ključne inovacije vključujejo:
Raziskave kažejo, da ti sistemi zmanjšajo intenzivnost porabe energije (EUI) za približno 28 do 34 kWh na kvadratni meter na leto v pisarniških stavbah srednje višine, kar je v skladu s standardi pametnih stavb EU iz leta 2025. Kljub temu še vedno obstajajo nekatere ovire, zlasti pri zagotavljanju ustrezne hitrosti zračnega toka za različne temperature panelov. A stvari se izboljšujejo zahvaljujoč novim napovednim krmilnim algoritmom, ki omogočajo stavbam takojšnje prilagoditve. To pomeni večji udobja za ljudi znotraj in hkrati maksimalno izkoriščanje električne energije.
BIPV stenske fasade iz močnostnega stekla se uporabljajo tako iz estetskih razlogov kot za proizvodnjo energije v stavbah. Vgradijo fotonapetostne sončne celice v gradbene materiale, s čimer zagotovijo električno energijo in ohranijo vizualno privlačen videz.
Fasade BIPV imajo ob navpični namestitvi običajno sončno pretvorbeno učinkovitost 12 do 16 odstotkov, kar je nižje v primerjavi s tradicionalnimi sončnimi paneli na strehi. Vendar so izboljšave, kot so bifacijalni moduli in izboljšani materiali, znatno povečale njihovo učinkovitost.
Fasade BIPV prispevajo k trajnostnemu razvoju mest tako, da zmanjšajo odvisnost od elektroenergetskega omrežja, zmanjšajo emisije ogljikovega dioksida in omogočajo boljšo termalno regulacijo. Prav tako zmanjšujejo efekt mestnih topljenih otokov in ponujajo hitrejšo donosnost naložbe v primerjavi s samostojnimi sončnimi polji.
Polprozorne BIPV module optimizirajo dnevno svetlobo tako, da omogočajo prehod določenega odstotka vidne svetlobe, hkrati pa proizvajajo elektriko. S prilagajanjem gostote sončnih celic arhitekti lahko dosežejo optimalno dnevno svetlobo in vizualni komfort znotraj stavb.
Da, BIPV fasade so podvržene vremenskim spremembam, kar lahko vpliva na njihovo energetsko izkoriščenost. Kljub temu se v splošnem ob nizkih sončnih pogojih obnesejo bolje kot običajne silicijeve plošče.
Hot News2025-02-25
2024-11-27
2024-12-17
EN
