Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) ist genau das, was der Name andeutet: Solarstromerzeugungsmodule, die anstelle herkömmlicher Baumaterialien direkt in ein Gebäude integriert werden. BIPV unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von den PV-Anlagen, mit denen die meisten von uns vertraut sind: den auf Dächern oder Racks montierten PV-Anlagen, die nachträglich in Häuser eingebaut werden und Strom für den Eigenbedarf oder zur Einspeisung in das Stromnetz erzeugen. Diese sperrigen, rechteckigen Strukturen bestehen normalerweise aus mono- oder polykristalline Zellen stellen sich die meisten von uns vor, wenn wir an Solarenergie denken, denn diese sind bei weitem die bewährtesten und daher gebräuchlichsten und vertrauenswürdigsten Formen der Solarstromerzeugung. In diesem Artikel wird ausführlicher erläutert, was BIPV ist, und die zukünftige Entwicklung der Photovoltaikindustrie hin zu einer zunehmenden Verbreitung von BIPV erörtert.
Wie Mike Tomassi, International Business Development Director von Systemphotonik erklärte er in einem Vortrag, den er bei der hielt Konferenz „Solar in Building Design and Construction“ (SBDC). Die Solarmodule, die wir als „konventionell“ bezeichnen, waren nie dazu gedacht, als Bauelemente verwendet zu werden. Stattdessen wurden sie auf Leistungsumwandlungseffizienz und preisliche Wettbewerbsfähigkeit ausgelegt. Glücklicherweise bedeuten ihre Robustheit und Modularität sowie die Geschichte und Erfahrung der Branche bei der Arbeit mit ihnen, dass diese Module relativ einfach in älteren Häusern nachgerüstet werden können und große Gewissheit darüber besteht, dass sie ordnungsgemäß funktionieren. Dennoch dürfte es aufgrund ihrer Ästhetik schwierig sein, Befürworter dieser Paneele zu finden. Tatsächlich ist einer der Hauptkritikpunkte, der normalerweise an Solarmodulen geübt wird (zumindest von Architekten), ihr unansehnliches Aussehen. Zusätzlich zu ihrer optisch unansehnlichen Beschaffenheit sind sie aufgrund einer Reihe funktionaler Probleme weniger ideal: Sie lassen sich nur schwer wasserdicht machen, sie sind nicht auf Selbstreinigung ausgelegt und die meisten von ihnen wurden nicht mit dem Gedanken an zukünftiges Recycling hergestellt im Hinterkopf. Zukünftige Fortschritte in der Solarenergiebranche werden sich mit diesen Problemen befassen und sicherstellen, dass Module reibungslos in Design und Konstruktion integriert werden können: BIPV.
Was sind dann die Kriterien dafür, dass PV-Zellen anstelle herkömmlicher Solarmodule als BIPV gelten? Mike Tommasi nennt Frankreich als Beispiel für ein Land mit einfachen, intuitiven und dennoch strengen Anforderungen: um Zugang zum Großzügigsten zu erhalten Einspeisetarif Dort müssen BIPV-Module den Standards des Gebäudeteils, den sie ersetzen sollen, entsprechen und dessen Funktion einwandfrei erfüllen. Wenn ein Modul beispielsweise als Dachziegel konzipiert ist, sollte das Dach bei der Demontage bei Regen undicht sein. Der Zweck eines Dachziegels besteht schließlich darin, den Regen abzuhalten. Es sollte auch alle anderen Anforderungen und Standards erfüllen, denen Dachziegel normalerweise unterliegen: Sie müssen langlebig und windbeständig sein, sie sollten die Ansammlung von Schmutz verhindern und sie sollten „begehbar“ sein, damit eine normale Dachwartung möglich ist bei Bedarf durchgeführt werden. Wenn alle diese Kriterien nicht erfüllt sind, ist das Modul kein gutes BIPV auf dem Dach.
Angesichts dieser Anforderungen an funktionale Flexibilität und der Tatsache, dass BIPV in vielen Fällen für Teile eines Gebäudes verwendet wird, die für eine vollständige Sonneneinstrahlung möglicherweise nicht ideal gelegen sind, ist es keine Überraschung, dass dies der Fall ist Amorphes/Dünnschicht-PV, ist formbarer und weniger anfällig für Ineffizienzen durch Verschattung und Erwärmung, kommt voll zur Geltung. Viele der hier diskutierten Technologien nutzen aus diesem Grund amorphe PV. (Weitere Informationen zu BIPV-Anwendungen amorpher Solarmodule finden Sie in der Master-Dissertation von Miwa Tominaga im Abschnitt „Referenzen“. am Ende dieses Artikels.)
Erneuerbare Energie macht nur dann Sinn, wenn sie mit Energieeffizienz gepaart ist. Der Überfluss an fossilen Brennstoffen in den letzten rund 200 Jahren hat dazu geführt, dass die Stromerzeugung kostengünstig und in großen Mengen möglich ist, was erhebliches Raum für Verbesserungen in Bezug auf die Art und Weise, wie wir unsere Energie nutzen, lässt. Es wird oft gesagt, dass Energieeffizienz das „tief hängende Früchte„von Taktiken zur Verringerung der weltweiten Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Es gibt viele Möglichkeiten, die verfügbaren Energieressourcen besser zu nutzen. Einer der großartigsten, aber derzeit wenig genutzten Werkzeugkästen, die Designern und Architekten zur Verfügung stehen, ist Passives Design–Entwurf, der sich auf die Schaffung orts- und klimagerechter Gebäude konzentriert, die die auf dem Baugelände leicht verfügbaren Energieressourcen nutzen, wie z. B. den unterschiedlichen Sonneneinstrahlungswinkel und die vorherrschenden Winde, und so den Bedarf an künstlichem Heiz-/Kühlbedarf und Energie verringern. Passive Designtechniken sind im Allgemeinen relativ einfache Mittel, um diese Ziele zu erreichen. Ein häufiges Beispiel wäre Markisen präzise abgewinkelt, um im Winter Sonnenlicht in ein Gebäude zu lassen, um es zu heizen, es aber auszublenden, wenn es in den heißeren Monaten zu unerwünschter Erwärmung führen würde.Der Bau einer solchen Markise aus PV-Zellen würde zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen! Aus diesem Grund sind passives Solardesign und BIPV bereits Kriterien in der LEED (Leadership Energy and Environmental Design) und BREEAM Bewertungssysteme für Green Building.
Elemente des passiven Solardesigns. (Quelle: Energysavers.gov)
Dieses „über den Tellerrand hinausgehende“, aber äußerst vernünftige Denken in Bezug auf Solarenergie wird der PV auf ihrem Weg zur Netzparität helfen. Wie die meisten Redner der SBDC-Konferenz betonten, werden Solarstrommodule, die mehrere Funktionen erfüllen oder andere Materialien in einer Struktur ersetzen, Baukosten einsparen, selbst wenn die Kosten für die Verwendung der PV-fähigen Ersatzmodule höher sind die herkömmlichen Materialien. Der Solarseeds-Blog bezieht sich auf einen Kommentar von Dr. Douglas Dudis, einem Forscher bei der Forschungslabor der US-Luftwaffe, Direktion für Materialien und Fertigung, wer am ASES Auf der Solarkonferenz 2007 der American Solar Energy Society wurde festgestellt, dass neben Problemen bei der Materialverfügbarkeit und dem hohen Arbeitsaufwand bei der Herstellung von PV-Technologie ein wesentlicher Faktor, der dazu beiträgt, dass PV im Vergleich zu herkömmlichen Energiequellen relativ unbezahlbar ist, die mangelnde Gebäudeintegration ist. Die nächste Frage lautet also: Auf welche Weise kann Integration erfolgen?
Herkömmliche Solarmodule werden häufig mit zusätzlichem Aufwand auf Dächern von Häusern und anderen Gebäuden nachgerüstet: Sie erfordern spezielle Montagehalterungen und Fachwissen. Einer der einfachsten Ausgangspunkte für eine breit angelegte Implementierung von BIPV sind Keramik- oder Tondachziegel, die starr sind, und Asphaltschindeln, die flexibel sind. Das Unternehmen hat auf dem Markt eine Reihe ziegelartiger Module entwickelt, die rahmenlos und normalgroß sind, von jedem Dachdecker installiert werden können und mit Ziegeln gleicher Größe, aber unterschiedlicher Funktionalität, wie z. B. Wärmekollektoren und Oberlichter, durchsetzt werden können. sowie Standard-Dachziegel.
Photovoltaik-Dachschieferrahmen
Photovoltaik-Dachschiefer auf einem Haus
Uni-Solar PowerShingles(TM)
Ähnliche Module anderer Hersteller sind ebenfalls in Produktion gegangen. Eine schnelle Google-Suche nach „BIPV-Solarfliesen“ oder „BIPV-Solarschindeln“ gibt Ihnen einen Eindruck davon, was verfügbar ist. Ein ähnliches Produkt wie PV-Schindeln und -Fliesen auf dem Markt sind PV-Laminate – Dünnschicht-PV, die auf der Oberfläche von Gebäudeteilen, einschließlich Dächern, angebracht werden können. Aufgrund seiner oberflächlichen Natur kann es jedoch aus der Definition der im vorherigen Abschnitt dargelegten Definition von BIPV ausgeschlossen werden – es wird normalerweise nachträglich hinzugefügt. Laminate sind jedoch äußerst vielseitig und daher ideal für die Nachrüstung geeignet.
Eine andere Möglichkeit, Photovoltaik in ein Gebäude zu integrieren, besteht in den Wänden des Gebäudes selbst oder manchmal noch effektiver in einer Mehrzweck-„Haut“ oder einem Vorhang, der den „Kern“ des Gebäudes im Inneren umgibt. Wie bei allen BIPV erfüllen die Solarzellen auch hier einen doppelten Zweck. Wie Ray Noble in seinem Vortrag für die SBDC-Konferenz betonte: Wenn die PV-Module im Vergleich zu herkömmlichen Baumaterialien preislich konkurrenzfähig sind und intelligent in das Gebäudedesign integriert sind, ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Zellen eine optimale Ausrichtung haben – egal in welche Richtung Die Polrichtung (Norden oder Süden, abhängig von Ihrer Hemisphäre) erzeugt Strom mit bis zu 90 % des Nennwirkungsgrads. Mit anderen Worten: Es ist nicht zwingend erforderlich, dass Module auf dem Dach platziert werden.
Es gibt mehrere Optionen, um zu bestimmen, was mit Ihrer PV in anderen Gebäudeteilen als dem Dach geschehen soll. Diese werden im Folgenden grob erläutert. Wie ihre Installation umgesetzt wird, hängt von der Sensibilität des Designers ab.
-In die Wände integrieren. Perfekt senkrechte Wände erhalten natürlich nicht die gleiche Sonnenstrahlung wie geneigte oder horizontale Dächer, aber sie empfangen etwas, insbesondere wenn das Gebäude in höheren Breiten liegt, wo die Wintersonne in niedrigen Winkeln einfällt. Es sind „perforierte“ Module erhältlich, die einen Teil des Lichts für die Stromerzeugung in den Zellen einfangen und gleichzeitig einen Teil des Lichts in das Gebäude eindringen lassen.
-Integrieren Sie die Module in die umgebende „Haut“ eines Gebäudes. Einige Gebäude verfügen sowohl aus ästhetischen Gründen als auch aus Gründen der Klimatisierung über eine solche Außenhaut. Wenn sich die Paneele, ähnlich wie Fenster, öffnen und schließen ließen, könnten sie eine direkte Rolle bei der Klimatisierung des Gebäudes spielen und gleichzeitig genügend Platz zum Kühlen bieten und somit effizient funktionieren
Norwegische Universität für Wissenschaft und Technologie: PV-Verglasung an der Fassade
-Solarmarkisen haben, wie bereits erwähnt, den Vorteil, dass sie die unerwünschten direkten Sonnenstrahlen von Ihren Augen fernhalten und sie gleichzeitig absorbieren, um Strom zu erzeugen. Je nach Jahreszeit könnte der Winkel der Markisen möglicherweise angepasst werden, um die Sonnenstrahlen optimal einzufangen bzw. zu blockieren.
Photovoltaik-Sonnenschutz: ein Beispielvon PV für Strom und passive Solarenergie
PV-Markisen könnten über Fenstern angebracht werden, um für Beschattung und Strom zu sorgen
-Solarfenster (PV-Verglasung) und Oberlichter dienen demselben Zweck wie ihre gewöhnlichen Gegenstücke: Sie lassen Licht herein, reduzieren die Blendung (wenn sie getönt sind) und dienen als Isolierung oder Mittel zur Belüftung eines Gebäudes.
PV-Verglasung an den Vorderfenstern eines Bürogebäudes
PV-Verglasung am Dachfenster eines Gebäudes
Einige der faszinierendsten und innovativsten Techniken für passive Solarenergie werden derzeit für die oben genannten Gebäudeteile ohne Dach entwickelt. Simone Giostra, Gründungspartnerin von Simone Giostra & Partners und eine der anderen Rednerinnen auf der SBDC-Konferenz, bezeichnete einige der derzeit in der Entwicklung befindlichen Technologien als Science-Fiction: Präzision von beispiellosem Niveau, um PV-Zellen in die Fassaden von Gebäuden zu integrieren , indem man die Zelldichte dort erhöht, wo das Sonnenlicht voraussichtlich am intensivsten einfällt, und sie dort verringert, wo das Sonnenlicht voraussichtlich spärlicher ist. Dies würde eine optimale Nutzung der Sonnenenergie sowohl für die Stromerzeugung als auch für Beleuchtungs-/Klimazwecke ermöglichen. Ob es praktisch oder kosteneffektiv ist, etwas so Kompliziertes zu tun, ist derzeit fraglich, aber dass die Technologie entwickelt wird, ist lobenswert.
Vorausgesetzt, dass die Kosten für die neueren BIPV-Technologien weiter sinken und das in Betracht gezogene Gebäude noch nicht gebaut wurde oder einer größeren Renovierung unterzogen werden muss, wird BIPV höchstwahrscheinlich die erste und naheliegendste Wahl für den Planer/Architekten sein. Herkömmliche PV-Module setzen sich durch, wenn das Gebäude älter ist und die Installation eine Nachrüstung ist und der Preis eine Rolle spielt. Allerdings ist die BIPV-Technologie, die sich auf dem Nachrüstmarkt am ehesten durchsetzen wird, die BIPV-Dächer – insbesondere bei Häusern, die ohnehin einen Dachaustausch benötigen.
Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung der Vor- und Nachteile von BIPV und konventioneller Solar-PV.
Konventionelle „Panel“-PV:
+Relativ verbreitet auf der ganzen Welt, auch in Australien, und daher reichlich Infrastruktur
+Langlebig und bewährt – funktioniert bei mehr oder weniger Nennkapazität bis zu 25 oder 30 Jahre lang
+Industriestandards wurden entwickelt und sind erfahrenen Installateuren wohlbekannt
+Die Effizienz der Module ist stetig gestiegen, während der Preis gesunken ist
+Kann problemlos auf dem Dach eines Gebäudes installiert werden, das keiner baulichen Sanierung bedarf
-Groß, rechteckig, optisch unattraktiv (für manche Leute! Ich nehme an, das ist Geschmackssache…)
-Bringt neben der Stromerzeugung keinen Mehrwert für die Funktionalität eines Hauses hervor
-Die Platzierungsmöglichkeiten sind begrenzt – im Allgemeinen entweder auf einem Dach oder möglicherweise bodenmontiert
BIPV:
+Mehrwert! Ein gut konzipiertes BIPV erzeugt Strom und verbessert gleichzeitig die Klimaleistung Ihres Hauses/Gebäudes
+Kann fast alle externen Baumaterialien ersetzen und dadurch die langfristigen Gesamtkosten eines Gebäudes durch Betriebskosteneinsparungen und reduzierte graue Energie senken
+Ästhetisch ansprechend – lässt sich nahtlos in die Gebäudehülle integrieren und verleiht einem Gebäude ein elegantes, modernes Aussehen (z. B. einige der Bilder, die diesem Blogeintrag beiliegen!)
-Kleinerer Markt, viele Technologien befinden sich noch in der Entwicklung und sind im Einzelhandel mit herkömmlichen Panels preislich nicht konkurrenzfähig
-Infrastruktur, Standards nicht vorhanden, Fachwissen muss aufgebaut werden (unter anderem in Australien außerhalb der EU)
-Wenn einige Formen amorpher PV in Gebäuden verwendet werden, kann die Produktivität der PV bereits nach 10 Jahren sinken – amorphe PV hat im Allgemeinen eine kürzere Lebensdauer als kristalline PV.
SpolarPV Technology Co., Ltd wurde 2010 gegründet und ist auf die Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von Solarzellen, Solarmodulen und Solarstromsystemen spezialisiert. Das Unternehmen mit Sitz in der Hauptstadt der Provinz Jiangsu, Nanjing, erstreckt sich über 6.000 m² und verfügt über fortschrittliche automatische ...
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