Фасади з енергетичного скла, інтегровані в будівлі (BIPV), спочатку були просто прикрасами, коли вперше з'явилися на ринку у 90-х роках, але тепер вони перетворюються на серйозні енергетичні системи. Спочатку архітектори в основному використовували ці сонячні елементи як акценти на будівлях, замість того, щоб покладатися на них для реальної виробництва електроенергії. Все змінилося близько 2015 року. Саме тоді завдяки технологічним досягненням модулі скляних BIPV змогли перетворювати сонячне світло в електроенергію з ефективністю від 12 до 16 відсотків, при цьому пропускаючи приблизно 30–50 відсотків видимого світла, згідно з нещодавнім дослідженням, опублікованим у виданні Frontiers in Sustainable Cities. Найновіші версії цих систем наразі замінюють традиційні навісні фасади в багатьох будівлях. Деякі вражаючі проекти по Європі демонструють, що сучасні установки в офісних будівлях виробляють приблизно 120 кіловат-годин на квадратний метр на рік. Для порівняння, цього обсягу енергії може вистачити приблизно на 35 відсотків потреб будівлі у опаленні, вентиляції та кондиціонуванні повітря.
Сучасні енергогенеруючі скляні фасади BIPV забезпечують тричі важливі переваги:
2025 р. Огляди відновлюваної енергетики аналіз показав, що модернізація BIPV у міських офісах забезпечує на 19% швидший термін окупності порівняно з автономними сонячними установками завдяки вигодам від заміни матеріалів. Ця технологія також вирішує проблему теплового острову в містах, оскільки фасади з інтегрованими фотоелектричними панелями демонструють зниження температури поверхні на 3–5°C порівняно з традиційним склом у літніх умовах.
Фасади з напівпрозорого скла для фотоелектричних перетворювачів BIPV містять або розташовані на відстані сонячні елементи, або шари тонкоплівкових матеріалів, що пропускають від 15 до 40 відсотків видимого світла, продовжуючи при цьому виробляти електроенергію. Це поєднання вирішує одну з проблем, з якими стикаються багато архітекторів під час проектування офісів — як зберегти достатню кількість природного світла, не допускаючи при цьому надмірного накопичення тепла всередині будівлі. Дослідження, опубліковане торік в журналі Materials Science, вивчало ці модулі STPV із вакуумним склінням і встановило, що їхній коефіцієнт сонячного теплоприпливу (SHGC) коливається в межах від 0,28 до 0,35. Це насправді на 42 відсотки краще, ніж у звичайних скліних вікон з подвійним склом. У той же час вони здатні генерувати від 80 до 120 ват на квадратний метр. Регулюючи щільність елементів у різних частинах будівельної оболонки, архітектори можуть створювати цікаві світлові ефекти, які відповідають вимогам EN 17037 щодо природного освітлення в зонах поблизу країв будівель на глибині до шести метрів від зовнішніх стін.
Сучасні СФПВ-системи досягають оптимального балансу через три ключові параметри:
Адаптивні СФПВ-системи з електрохромними шарами демонструють на 68% менше використання жалюзі порівняно зі статичними рішеннями, згідно з 12-місячними випробуваннями в ЄС на 15 офісних будівлях.
Показники ефективності фасадів СФПВ тепер поєднують виробництво енергії з показниками, орієнтованими на комфорт користувачів:
| Метрична | Базова норма | Вимірювальний інструмент |
|---|---|---|
| Денне автономне освітлення (DA) | ≥50% на 75% площі підлоги | Симуляції на основі випромінювання |
| Коефіцієнт рівномірності | 0,4–0,7 | Люксметри на висоті 0,8 м |
| Стабільність вихідної потужності PV | <15% відхилення впродовж сезонів | Мікроінвертори, увімкнені в IoT |
A 2024 Дослідження енергетики будівель дослідження показує, як офісні будівлі з оптимізованими фасадами STPV досягають на 32% вищої автономії денного світла порівняно з традиційним склінням, одночасно зберігаючи 85% енергетичних виробничих потужностей непрозорих BIPV завдяки інтелектуальним налаштуванням співвідношення вікна-стіна (WWR).
Коли мова заходить про енергетичні скляні фасади BIPV, їхня зазвичай ефективність перетворення сонячної енергії становить приблизно 12–18 відсотків під час вертикальної установки. Це насправді нижче, ніж у систем PV на дахах, які зазвичай мають ефективність від 15 до 22 відсотків. Чому є різниця? Усе просто: вертикальні поверхні не можуть збирати сонячне світло під таким самим кутом, як горизонтальні. Але є вихід! Двозбічні модулі можуть відновити майже 19 відсотків втраченої ефективності, збираючи відбите світло, яке відбивається від навколишніх будівель. Ще більше того, останнім часом ситуація поліпшується завдяки досягненням у технології тонкоплівкових елементів із телуриду кадмію. Ці нові розробки означають, що вертикальні установки тепер виробляють приблизно 84 відсотки енергії, яку генерують оптимально нахилені панелі в міських умовах. Досить вражаючий прогрес, враховуючи, з чого ми починали кілька років тому.
Фасади BIPV, звернені на південь, як правило, виробляють на 14% більше енергії щороку порівняно з тими, що орієнтовані на схід або захід у Центральній Європі. Однак, багато сучасних будівель тепер включають панелі в кількох напрямках, щоб згладити коливання добової виробництва енергії. Також дуже важливо правильно врахувати затінення з самого початку, адже погане планування може призвести до втрати близько 30% потенційного виходу. Уявіть собі це таким чином: сусідні будівлі самі по собі можуть скоротити виробництво сонячної енергії від 18 до 24% в густо забудованих міських районах. Коли мова йде про різноманітні погодні умови, то скло BIPV також вирізняється. Ці панелі продовжують працювати з ефективністю близько 80%, навіть коли сонячне випромінювання падає до 200 Вт на квадратний метр, що перевершує звичайні кремнієві панелі, які зазвичай мають ефективність від 65 до 70% в аналогічних несприятливих умовах освітлення.
Дослідження, проведене у 2024 році, вивчало 47 офісних будівель по Європі, оснащених фасадами BIPV, і виявило, що вони виробляли в середньому близько 120 кіловат-годин на квадратний метр на рік. Показники суттєво відрізнялися — будівлі у північній частині Скандинавії виробляли лише близько 85 кВт·год/м², тоді як ті, що на півдні у Середземномор’ї, досягали приблизно 158 кВт·год/м². На High Tech Campus у Ейндховені інженери також досягли вражаючих результатів. Їхня установка згенерувала 1630 кВт·год змінного струму лише з 44 фасадних модулів за п’ять місяців. Цей успіх демонструє, чому наявність належного вентилювання між панелями має таке значення для сталого виробництва енергії. Якщо подивитися на сучасні тенденції, то майже 38% усіх нових установок тепер використовують двосторонні модулі. Тестовий майданчик у Роскілде, Данія, надає конкретні докази цього ефекту. Вентильовані BIPV-системи там демонструють коефіцієнти ефективності 0,92 порівняно з 0,85 у аналогічних систем без вентилювання.
Проектування фасадів скла з вбудованими фотоелектричними панелями (BIPV) стає справжнім викликом для архітекторів, які мають знайти оптимальне співвідношення між достатнім рівнем природного освітлення та ефективним виробництвом електрики. Відповідно до дослідження, опублікованого у журналі Nature торік, коли у офісних приміщеннях показники прозорості будівель становлять 30–50 відсотків, забезпечується краще природне освітлення, але втрачається 15–25 відсотків ефективності фотоелектричних панелей порівняно з традиційними суцільними сонячними панелями. Проте цікаві висновки були отримані в ході параметричного моделювання 2023 року. Дослідники виявили, що змінюючи дизайн фасадів, можна скоротити цю ефективнісну відстань приблизно на 27 відсотків. Цього було досягнуто шляхом стратегічного розташування панелей з урахуванням зміни сонячного світла впродовж різних сезонів, при цьому зберігаючи рівномірне освітлення всередині приміщень.
Інтегровані рішення поєднують електрохромне скло з мікроналаштуванням фотореактивних елементів, які регулюють прозорість (у діапазоні 10–70%) та кути нахилу (±15°) відповідно до поточних погодних умов і режиму використання. За даними тестування прототипів у офісних умовах Нордик, ці системи зберігають 80% базового рівня виробництва енергії, подвоюючи при цьому автономію денного світла в умовах хмарного клімату.
Хоча в Європі фасади офісів із 40% прозорістю в середньому виробляють 120 кВт·год/м²/рік — цього достатньо для покриття 30–35% енергетичних потреб будівлі — їхні повністю непрозорі аналоги виробляють 190 кВт·год/м²/рік. Проте сучасні оптичні покриття тепер дозволяють модулям із 60% прозорістю досягати 85% виходу енергії від непрозорих панелей, звужуючи розрив між естетичними прагненнями та цілями нульового балансу.
При будівництві інтегрованих фасадів із фотогальванічного скла разом із системами подвійного скління створюється певна партнерська взаємодія, яка фактично покращує кількість виробленої енергії та забезпечує кращий контроль тепла й світла в будівлях. Простір між двома шарами скла в таких фасадах подвійного скління працює як теплоізоляція, зменшуючи нагрівання сонячних панелей на 6–25%, залежно від розташування будівлі. Зниження температури панелей також позитивно впливає на виробництво електроенергії, адже кожне зниження температури на 10 градусів Цельсія може підвищити ефективність на 1–2%. Останнє дослідження, присвячене вивченню ефективності матеріалів у 2024 році, показало, що будівлі з такою комбінованою системою в помірному кліматі виробляють протягом року приблизно на 12–18% більше енергії, ніж звичайні системи BIPV. Для дизайнерів, які прагнуть зберегти сучасний і охайний вигляд будівлі, це рішення також передбачає додатковий простір за склом, що полегшує обслуговування та допомагає керувати повітряним потоком усередині будівлі.
Сучасні конфігурації BIPV-DSF використовують адаптивні гібридні стратегії вентиляції для балансування сонячного теплового прибутку та внутрішнього комфорту. Аналіз 2023 року щодо офісних веж у Хефей, Китай, показав, що динамічне управління повітряним потоком у системах BIPV-DSF скоротило навантаження на охолодження на 52,2% щорічно порівняно з традиційними аналогами. Основні інновації включають:
Дослідження показують, що ці системи зменшують інтенсивність споживання енергії (EUI) на 28–34 кВт·год на квадратний метр на рік у офісних будівлях середньої поверховості згідно зі Стандартами розумних будівель ЄС, чинними з 2025 року. Проте із цим пов'язані певні труднощі, зокрема з отриманням потрібної швидкості повітрообміну для різних температур панелей. Але ситуація поліпшується завдяки новим алгоритмам передбачуваного керування, які дозволяють будівлям вносити миттєві корективи. Це означає більший комфорт для перебуваючих всередині людей і водночас забезпечує максимальну вихідну потужність.
Фасади з енергетичного скла BIPV використовують як для естетичних цілей, так і для виробництва енергії в будівлях. Вони інтегрують фотогальванічні сонячні елементи в будівельні матеріали, забезпечуючи виробництво електрики і водночас зберігаючи візуально привабливий дизайн.
Фасади BIPV зазвичай мають ефективність перетворення сонячної енергії 12–16 відсотків під час вертикальної установки, що нижче, ніж у традиційних сонячних панелей на дахах. Однак досягнення, такі як двосторонні модулі та поліпшені матеріали, значно підвищили їхню ефективність.
Фасади BIPV сприяють стійкому розвитку міст, зменшуючи залежність від енергомереж, знижуючи викиди вуглецю та забезпечуючи кращу теплову регуляцію. Вони також зменшують ефект міського теплового острова та забезпечують швидший повернення інвестицій порівняно з автономними сонячними установками.
Напівпрозорі модулі BIPV оптимізують природне освітлення, пропускаючи певну частку видимого світла, одночасно виробляючи електрику. Налаштовуючи щільність сонячних елементів, архітектори можуть досягти оптимального природного освітлення та візуального комфорту всередині будівель.
Так, фасади BIPV піддаються впливу змін погоди, що може впливати на їхній виробіток енергії. Незважаючи на це, вони, як правило, краще працюють, ніж звичайні кремнієві панелі в умовах слабкого сонячного світла.
Hot News2025-02-25
2024-11-27
2024-12-17
EN
