แผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบผสานในอาคาร (BIPV) ที่ทำจากกระจกสำหรับใช้ผลิตไฟฟ้า ตอนแรกเริ่มเข้าสู่ตลาดในช่วงปี 1990 ถูกมองว่าเป็นเพียงแค่สิ่งตกแต่งที่สวยงามเท่านั้น แต่ปัจจุบันกำลังกลายเป็นระบบผลิตพลังงานที่จริงจัง ช่วงแรกนั้น สถาปนิกมักใช้เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้เพียงแค่เป็นองค์ประกอบเสริมให้กับอาคาร มากกว่าจะพึ่งพาในการผลิตพลังงานจริง ๆ แต่ทุกอย่างเปลี่ยนไปอย่างแท้จริงในช่วงปี 2015 เป็นต้นมา เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าจนทำให้โมดูล BIPV แบบกระจกสามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้าได้ในอัตรา 12 ถึง 16 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ยังสามารถส่งผ่านแสงสว่างในช่วงมองเห็นได้ราว 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ตามที่มีการเผยแพร่ในวารสาร Frontiers in Sustainable Cities ฉบับล่าสุด รุ่นใหม่ล่าสุดของระบบเหล่านี้กำลังถูกนำมาใช้แทนผนังกระจกแบบดั้งเดิมในอาคารหลายแห่งทั่วไป โครงการที่น่าประทับใจหลายแห่งในยุโรปแสดงให้เห็นว่า ติดตั้งระบบสมัยใหม่นี้แล้วสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 120 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตารางเมตรต่อปีในอาคารสำนักงาน เพื่อให้เห็นภาพชัดขึ้น จำนวนพลังงานขนาดนี้สามารถครอบคลุมการใช้งานของอาคารโดยประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์สำหรับระบบทำความร้อน ระบายอากาศ และเครื่องปรับอากาศ
กระจกกำลังไฟฟ้า BIPV รุ่นใหม่ให้ข้อดีตามแนวทาง Triple-Bottom-Line:
A 2025 วารสารเพื่อการตรวจสอบพลังงานหมุนเวียน การวิเคราะห์พบว่า การติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์บนอาคารสำนักงานในเขตเมือง (BIPV) แบบปรับปรุงใหม่ มีอัตราผลตอบแทนการลงทุนเร็วขึ้น 19% เมื่อเทียบกับระบบโซลาร์เซลล์แบบติดตั้งแยกเดี่ยว เนื่องจากประโยชน์ที่ได้จากการแทนที่วัสดุเดิม นอกจากนี้ เทคโนโลยียังช่วยลดปัญหาความร้อนในเขตเมือง โดยผนังอาคารที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์สามารถลดอุณหภูมิพื้นผิวได้ 3–5°C เมื่อเทียบกับกระจกทั่วไปในช่วงฤดูร้อน
ผนังกระจกไฟฟ้า BIPV ที่มีความโปร่งใสบางส่วน ใช้เซลล์แสงอาทิตย์ที่จัดวางห่างกันหรือชั้นฟิล์มบาง ซึ่งสามารถให้แสงสว่างในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นได้ผ่านไปได้ประมาณ 15 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ขณะที่ยังคงผลิตไฟฟ้าได้อยู่ การผสมผสานนี้ช่วยแก้ปัญหาที่สถาปนิกหลายคนเผชิญขณะออกแบบออฟฟิศ คือ การรักษาสมดุลของแสงธรรมชาติให้เพียงพอ โดยไม่ทำให้ภายในอาคารรับความร้อนมากเกินไป การศึกษาที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วในวารสาร Materials Science ได้พิจารณาโมดูล STPV แบบนี้ที่ใช้กระจกสุญญากาศ และพบว่าค่า Solar Heat Gain Coefficient (SHGC) อยู่ระหว่าง 0.28 ถึง 0.35 ซึ่งดีกว่ากระจกสองชั้นแบบทั่วไปถึง 42 เปอร์เซ็นต์ ในเวลาเดียวกัน ยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้ระหว่าง 80 ถึง 120 วัตต์ต่อตารางเมตร เมื่อสถาปนิกปรับความหนาแน่นของเซลล์ในแต่ละส่วนของเปลือกอาคาร ก็สามารถสร้างลวดลายของแสงที่น่าสนใจ ซึ่งยังคงเป็นไปตามข้อกำหนด EN 17037 สำหรับการใช้แสงธรรมชาติในพื้นที่ใกล้ขอบอาคาร ลึกเข้าไปภายในได้ถึงหกเมตรจากผนังด้านนอก
ระบบ STPV รุ่นใหม่สามารถสร้างสมดุลที่เหมาะสมที่สุดผ่านสามพารามิเตอร์หลัก ได้แก่
ระบบ STPV แบบปรับตัวได้พร้อมชั้นกึ่งกลางแบบอิเล็กโทรโครมิก แสดงให้เห็นการลดการใช้งานบานเกล็ดลง 68% เมื่อเทียบกับโซลูชันแบบคงที่ จากการทดลองใช้งานจริงในยุโรปเป็นระยะเวลา 12 เดือนในอาคารสำนักงาน 15 หลัง
ตัวชี้วัดประสิทธิภาพสำหรับผนังกระจก STPV ในปัจจุบันรวมเอาผลผลิตพลังงานเข้ากับตัวชี้วัดที่คำนึงถึงผู้ใช้งานเป็นศูนย์กลาง:
| เมตริก | มาตรฐาน | เครื่องมือวัด |
|---|---|---|
| การใช้แสงธรรมชาติ (DA) | ≥50% ในพื้นที่ 75% ของพื้นชั้น | การจำลองแบบ Radiance-based |
| อัตราส่วนความสม่ำเสมอ | 0.4–0.7 | เครื่องวัดความสว่างที่ความสูง 0.8 เมตร |
| ความเสถียรของพลังงานไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ | ความแปรปรวนน้อยกว่า 15% ในแต่ละฤดูกาล | ไมโครอินเวอร์เตอร์ที่รองรับ IoT |
ในปี 2024 การวิจัยด้านพลังงานอาคาร บทความนี้แสดงให้เห็นว่าอาคารสำนักงานที่มีการออกแบบผนังแบบ STPV อย่างเหมาะสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้แสงธรรมชาติได้สูงกว่าผนังกระจกทั่วไปถึง 32% ขณะเดียวกันยังคงประสิทธิภาพการผลิตพลังงานได้สูงถึง 85% เมื่อเทียบกับผนัง BIPV แบบทึบ โดยการปรับอัตราส่วนหน้าต่างต่อผนัง (WWR) อย่างชาญฉลาด
เมื่อพูดถึงผนังกระจกแปลงพลังงานแสงอาทิตย์แบบ BIPV โดยทั่วไปมักมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ เมื่อติดตั้งในแนวตั้ง ซึ่งจริง ๆ แล้วต่ำกว่าประสิทธิภาพที่เราเห็นในระบบเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาที่มักอยู่ระหว่าง 15 ถึง 22 เปอร์เซ็นต์ เหตุผลคืออะไร? พื้นผิวในแนวตั้งไม่สามารถรับแสงอาทิตย์ในมุมที่เท่ากับพื้นผิวแนวนอน แต่ก็ยังมีความหวัง! โมดูลแบบสองด้านสามารถช่วยกู้คืนประสิทธิภาพที่สูญเสียไปได้เกือบ 19 เปอร์เซ็นต์ โดยการรับแสงที่สะท้อนจากอาคารรอบข้าง และเมื่อเร็ว ๆ นี้สิ่งต่าง ๆ ดีขึ้นมากด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีฟิล์มบางแคดเมียมเทลลูไรด์ ความก้าวหน้าใหม่เหล่านี้ทำให้การติดตั้งในแนวตั้งสามารถผลิตพลังงานได้ประมาณ 84 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับแผงโซลาร์ที่ติดตั้งในมุมที่เหมาะสมที่สุดในเขตเมือง ความก้าวหน้าที่น่าประทับใจมากเมื่อเทียบกับจุดเริ่มต้นเมื่อไม่กี่ปีก่อน
ผนัง BIPV ที่หันหน้าไปทางทิศใต้มักจะผลิตพลังงานได้มากกว่าผนังที่หันไปทางทิศตะวันออกหรือทิศตะวันตกประมาณ 14% ต่อปี ในบริเวณยุโรปตอนกลาง อย่างไรก็ตาม อาคารสมัยใหม่จำนวนมากในปัจจุบันมีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ในหลายทิศทาง เพื่อช่วยให้การผลิตพลังงานตลอดวันมีความสม่ำเสมอมากยิ่งขึ้น การป้องกันเงาตกบนแผงโซลาร์เซลล์ตั้งแต่เริ่มต้นก็มีความสำคัญอย่างมาก เพราะการวางแผนที่ไม่ดีอาจทำให้สูญเสียพลังงานที่ควรจะได้รับไปถึง 30% ลองคิดดูว่า อาคารใกล้เคียงเพียงอย่างเดียวก็อาจทำให้การผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ลดลงระหว่าง 18 ถึง 24% ในพื้นที่เมืองที่มีอาคารหนาแน่น เมื่อพิจารณาถึงการรับมือกับสภาพอากาศที่แตกต่างกัน กระจก BIPV ก็โดดเด่นเช่นกัน แผงโซลาร์เซลล์เหล่านี้ยังคงทำงานได้ที่ประสิทธิภาพประมาณ 80% แม้ระดับแสงอาทิตย์จะลดลงเหลือเพียง 200 วัตต์ต่อตารางเมตร ซึ่งดีกว่าแผงซิลิคอนทั่วไปที่มักจะมีประสิทธิภาพอยู่ระหว่าง 65 ถึง 70% ในสภาพแสงน้อยเช่นเดียวกัน
การวิจัยที่ดำเนินการในปี 2024 ได้ศึกษาอาคารสำนักงานจำนวน 47 แห่งทั่วทั้งยุโรปที่ติดตั้งผนัง BIPV และพบว่าโดยเฉลี่ยแต่ละปีอาคารเหล่านี้ผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 120 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อตารางเมตร อย่างไรก็ตามตัวเลขดังกล่าวมีความแตกต่างกันมาก โดยอาคารในแถบตอนเหนือของสแกนดิเนเวียสามารถผลิตไฟฟ้าได้เพียงประมาณ 85 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อตารางเมตร ในขณะที่อาคารทางตอนใต้ในพื้นที่เมดิเตอร์เรเนียนสามารถผลิตได้สูงถึงประมาณ 158 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อตารางเมตร ที่วิทยาเขตไฮเทคในไอนด์โฮเฟน วิศวกรยังได้รับผลลัพธ์ที่น่าประทับใจอีกด้วย โดยระบบของพวกเขาผลิตไฟฟ้ากระแสสลับได้ 1,630 กิโลวัตต์-ชั่วโมง จากโมดูลผนังเพียง 44 ชุดภายในระยะเวลาเพียงห้าเดือนเท่านั้น ความสำเร็จนี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการระบายอากาศที่เหมาะสมระหว่างแผงโซลาร์เซลล์ที่มีผลต่อการผลิตพลังงานอย่างสม่ำเสมอ จากการพิจารณาแนวโน้มปัจจุบัน พบว่าเกือบ 38% ของการติดตั้งใหม่ทั้งหมดในปัจจุบันใช้โมดูลแบบ bifacial สถานที่ทดสอบที่โรสคิลเดอ ประเทศเดนมาร์ก ให้หลักฐานที่ชัดเจนถึงประโยชน์ดังกล่าว โดยระบบที่มีการระบายอากาศแบบ BIPV มีอัตราส่วนประสิทธิภาพ (performance ratio) เท่ากับ 0.92 เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีการระบายอากาศซึ่งมีเพียง 0.85 เท่านั้น
การออกแบบผนังแก้วผลิตไฟฟ้าแบบ BIPV ถือเป็นความท้าทายที่แท้จริงสำหรับสถาปนิก ซึ่งต้องหาจุดสมดุลระหว่างการรับแสงธรรมชาติให้เพียงพอและสร้างไฟฟ้าได้เพียงพอ เมื่ออาคารมีอัตราความโปร่งใสสูงขึ้นราว 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ในพื้นที่สำนักงาน จะได้รับแสงสว่างจากธรรมชาติดีขึ้นอย่างชัดเจน แต่จะเสียประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ไปประมาณ 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับแผงโซลาร์เซลล์แบบทึบปกติ ตามรายงานการวิจัยที่เผยแพร่ในวารสาร Nature เมื่อปีที่แล้ว อย่างไรก็ตาม มีผลการศึกษาเชิงพารามิเตอร์ที่น่าสนใจในปี 2023 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงการออกแบบผนังสามารถลดช่องว่างด้านประสิทธิภาพนี้ได้ประมาณ 27 เปอร์เซ็นต์ โดยนักวิจัยสามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้ด้วยการจัดวางแผงโซลาร์เซลล์อย่างชาญฉลาด โดยคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของแสงแดดในแต่ละฤดูกาล และยังคงสภาพการส่องสว่างภายในพื้นที่ใช้งานให้สม่ำเสมอ
โซลูชันที่เกิดใหม่รวมกระจกอิเล็กโทรโครมิกเข้ากับเซลล์โฟโตโวลเทอิกแบบไมโครแทรกที่ปรับระดับความโปร่งใส (ช่วง 10–70%) และมุมเอียง (±15°) ตามสภาพอากาศและรูปแบบการใช้งานแบบเรียลไทม์ ระบบเหล่านี้สามารถรักษาประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไว้ที่ระดับ 80% ของประสิทธิภาพฐาน ขณะเดียวกันยังเพิ่มระยะเวลาการใช้แสงธรรมชาติเป็นสองเท่าในสภาพภูมิอากาศที่มีเมฆมาก ตามผลการทดสอบต้นแบบในสภาพแวดล้อมสำนักงานแบบสแกนดิเนเวีย
แม้ว่าอาคารสำนักงานในยุโรปที่ใช้ผนังม่านแบบโปร่งใส 40% จะให้ผลผลิตพลังงานเฉลี่ยอยู่ที่ 120 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อตารางเมตรต่อปี—ซึ่งเพียงพอสำหรับความต้องการพลังงานของอาคาร 30–35%—เมื่อเทียบกับรุ่นที่ทึบสนิทซึ่งผลิตได้ 190 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อตารางเมตรต่อปี แต่ปัจจุบันเทคโนโลยีชั้นเคลือบผิวขั้นสูงทำให้โมดูลที่มีความโปร่งใส 60% สามารถผลิตพลังงานได้ถึง 85% ของแผงทึบ ช่วยลดช่องว่างระหว่างความต้องการทางด้านทัศนศิลป์กับเป้าหมายอาคารคาร์บอนต่ำ
เมื่อสร้างอาคารที่ผนังกระจกแบบฟอโตโวลเทอิกแบบบูรณาการถูกผสมผสานเข้ากับระบบผนังสองชั้น (double skin facade) จะก่อให้เกิดการผสมผสานที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตพลังงาน รวมถึงปรับปรุงการควบคุมความร้อนและแสงของอาคาร ช่องว่างระหว่างสองชั้นของกระจกในผนังสองชั้นนี้ทำหน้าที่เสมือนฉนวนกันความร้อน ช่วยลดการสะสมความร้อนในแผงโซลาร์เซลล์ลงได้ราว 6 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของอาคาร แผงโซลาร์ที่เย็นลงยังส่งผลให้การผลิตไฟฟ้ามีประสิทธิภาพดีขึ้นด้วย เนื่องจากอุณหภูมิลดลง 10 องศาเซลเซียสสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าได้ราว 1 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์ งานวิจัยล่าสุดในปี 2024 ที่ศึกษาเกี่ยวกับสมรรถนะของวัสดุ พบว่าอาคารที่ติดตั้งระบบผสมผสานนี้ในเขตภูมิอากาศอบอุ่นจะผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าระบบ BIPV ทั่วไปราว 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ตลอดทั้งปี สำหรับนักออกแบบที่ต้องการให้อาคารดูทันสมัยและสะอาดตา การจัดวางเช่นนี้ยังมอบพื้นที่เพิ่มเติมด้านหลังกระจกที่ช่วยให้การบำรุงรักษาทำได้ง่ายขึ้น และช่วยควบคุมการไหลเวียนของอากาศภายในอาคาร
รูปแบบ BIPV-DSF ในปัจจุบันใช้กลยุทธ์การระบายอากาศแบบผสมผสานที่ปรับตัวได้ เพื่อสร้างสมดุลระหว่างการรับความร้อนจากแสงอาทิตย์และความสบายภายในอาคาร การวิเคราะห์อาคารสำนักงานในเมืองเหอเฟย์ ประเทศจีน ปี 2023 แสดงให้เห็นว่า การจัดการอากาศแบบไดนามิกในระบบ BIPV-DSF สามารถลดภาระการปรับอากาศลงได้ 52.2% ต่อปี เมื่อเทียบกับทางเลือกที่เป็นผนังชั้นเดียว นวัตกรรมหลัก ได้แก่
การศึกษาแสดงให้เห็นว่า ระบบดังกล่าวสามารถลดความเข้มการใช้พลังงาน (EUI) ได้ประมาณ 28 ถึง 34 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อตารางเมตรต่อปีในอาคารสำนักงานที่มีความสูงระดับกลาง ตามมาตรฐานอาคารอัจฉริยะของสหภาพยุโรป (EU Smart Building Standards) ปี 2025 แม้ว่าจะยังมีอุปสรรคบางประการในการปรับอัตราการไหลของอากาศให้เหมาะสมกับอุณหภูมิของแผงต่าง ๆ แต่ด้วยข้อดีของอัลกอริทึมควบคุมแบบทำนายใหม่ ทำให้อาคารสามารถปรับเปลี่ยนได้ทันที ซึ่งหมายถึงความสะดวกสบายที่ดีขึ้นสำหรับผู้ที่อยู่ภายใน พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไฟฟ้าให้สูงสุดในเวลาเดียวกัน
ผนังกระจกผลิตไฟฟ้าแบบ BIPV ใช้เพื่อทั้งวัตถุประสงค์ด้านความสวยงามและการผลิตพลังงานในอาคาร โดยรวมเซลล์แสงอาทิตย์แบบโฟโตโวลเทอิกเข้ากับวัสดุก่อสร้าง จึงสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในขณะที่ยังคงรักษารูปลักษณ์ที่สวยงามไว้ได้
ผนัง BIPV โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ที่ 12 ถึง 16 เปอร์เซ็นต์ เมื่อติดตั้งในแนวดิ่ง ซึ่งต่ำกว่าแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเช่น โมดูลแบบสองด้าน (bifacial) และวัสดุที่ดีขึ้นได้เพิ่มประสิทธิภาพของผนังเหล่านี้อย่างมาก
ผนัง BIPV มีส่วนช่วยต่อความยั่งยืนในเขตเมืองโดยการลดการพึ่งพาโครงข่ายพลังงาน ลดการปล่อยคาร์บอน และช่วยควบคุมอุณหภูมิภายในอาคารได้ดีขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยลดปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเขตเมือง และให้ผลตอบแทนการลงทุนที่รวดเร็วกว่าระบบโซลาร์เซลล์แบบแยกต่างหาก
โมดูล BIPV กึ่งโปร่งใส นำแสงธรรมชาติมาใช้ประโยชน์ได้โดยอนุญาตให้แสงที่มองเห็นได้บางส่วนสามารถส่องผ่านได้ในขณะที่ยังผลิตไฟฟ้าอยู่ โดยการปรับความหนาแน่นของเซลล์แสงอาทิตย์ สถาปนิกสามารถออกแบบให้ได้ระดับแสงธรรมชาติและความสบายในการมองเห็นที่เหมาะสมภายในอาคาร
ใช่ ฉากรับแสงแบบ BIPV ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน ถึงแม้จะมีผลกระทบดังกล่าว แต่โดยทั่วไปแล้วมักให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนทั่วไปในสภาพแสงน้อย
Hot News2025-02-25
2024-11-27
2024-12-17
EN
