Fotowoltaika – nowy element projektowania fasad
52
Systemy fotowoltaiczne (PV) generują czystą energię elektryczną bez-
pośrednio ze światła słonecznego. Produkcja odbywa się na miejscu,
bez hałasu, szkodliwych odpadów i zanieczyszczeń. Modularne, proste
w obsłudze urządzenia można efektywnie wykorzystać w konstrukcji
fasad. Trwale zintegrowane z powłoką budynku w postaci tzw. BiPV
(ang.
Building Integrated Photovoltaics
) stanowią atrakcyjną alternatywę dla
konwencjonalnych rozwiązań architektoniczno-budowlanych.
Integracja fotowoltaiki polega na połączeniu komponentów systemu
solarnego z powłoką budynku w taki sposób, aby stanowiły spójną całość
pod względem funkcjonalnym, konstrukcyjnym i estetycznym. Techno-
logię tę stosuje się w obiektach nowo projektowanych oraz istniejących,
nawet o charakterze historycznym (np. w ramach rewitalizacji czy
termomodernizacji fasad).
x x x
Technologia
Podstawowym elementem technologii BiPV jest moduł fotowoltaiczny
– hermetyczny panel z ogniwami generującymi prąd, zamkniętymi
w ochronnej obudowie. Aby uzyskać odpowiednią ilość energii, wysta-
wione na działanie światła słonecznego moduły łączone są w większe
struktury. Do pozostałych komponentów instalacji należą: skrzynki przy-
łączowe, okablowanie stałoprądowe DC, inwertery (zamieniają wyge-
nerowany przez ogniwa prąd stały w zmienny o charakterystyce sieci),
okablowanie zmiennoprądowe AC (prowadzone do instalacji elektrycznej
użytkownika), regulator napięcia (dostosowuje napięcie systemu PV do
wymagań instalacji). Wyprodukowana energia odnawialna dostarczana
jest do sieci poprzez falownik, ewentualnie może być magazynowana
w akumulatorach.
x x x
Materiały BiPV
W technologii BiPV moduły fotowoltaiczne funkcjonują jako inte-
gralny komponent fasady budynku. Generując energię prosto
ze słońca, chronią przed warunkami atmosferycznymi, regulują
przepływ energii przez przegrodę, a także tworzą oryginalną
estetykę. Stają się zatem innowacyjnym i wszechstronnym tworzy-
wem budowlanym.
Na rynku dostępne są różnego typu produkty. Najtańsze są stan-
dardowe moduły PV, jednak możliwość wyboru ich parametrów jest
znacznie ograniczona. Najwyższe wymagania spełnią tzw. moduły
specjalne (produkowane pod kątem zastosowań budowlanych) lub
wykonane na indywidualne zamówienie.
Modularna struktura systemu fotowoltaicznego pozwala tworzyć zróżni-
cowane konfiguracje. W zależności od metody integracji, sposobu użyt-
kowania czy możliwości finansowych można dobrać m.in.:
•
materiał, wielkość, kształt, kolor i układ ogniw fotowoltaicznych,
•
materiał laminujący ogniwa,
•
strukturę i kolor układów elektrycznych,
•
kształt, wielkość, ciężar modułu,
•
rodzaj przedniej i tylnej obudowy ochronnej modułu,
•
obramowanie modułu lub jego brak,
•
okablowanie i system złączy elektrycznych,
•
typ falownika,
•
moc modułu i wielkość systemu.
Moduły fotowoltaiczne muszą mieć międzynarodowe certyfikaty jakości
i bezpieczeństwa oraz spełniać standardy lokalnego prawa budowlanego.
Natomiast specjalistyczne materiały BiPV wymagają zazwyczaj indywi-
dualnych uzgodnień i aprobat technicznych.
Najbardziej popularne moduły bazują na technologii krzemowych ogniw
krystalicznych (monokrystaliczne m-Si, polikrystaliczne p-Si). Struktury
ogniw osadzone w transparentnej folii EVA, PVB lub żywicy są obu-
stronnie obudowane szkłem (moduły szkło-szkło) lub szkłem i materia-
łem polimerowym typu Tedlar, PET (laminaty szkło-folia). Ze względów
montażowych mogą być obudowane aluminiową lub stalową ramą,
która zwiększa mechaniczną stabilność oraz chroni krawędzie przed
uszkodzeniami. Typowy wygląd modułów to regularna siatka ciemnonie-
bieskich bądź czarnych ogniw i srebrnych kontaktów elektrycznych [4].
Ogniwa w innych kolorach (np. zielone, złote, czerwone) są dostępne na
rynku, ale znacznie droższe i mniej wydajne. Trwają prace nad wprowa-
dzeniem na rynek paneli pokrytych specjalną nanopowłoką, która może
nadać im całkowicie jednolity kolor, nawet biały. Materiały krystaliczne
osiągają najwyższe sprawności energetyczne (11–20%), jednak w nieod-
powiednich warunkach nasłonecznienia i wysokich temperaturach ich
wydajność znacznie spada.
Dostępne są także rozwiązania w technologiach cienkowarstwowych.
Ultracienkie warstwy materiału półprzewodnikowego w postaci krzemu
amorficznego (a-Si) lub mieszaniny miedzi, indu, galu i selenu (CIGS)
w trakcie produkcji osadzane są na szklanym podłożu, a następnie zala-
minowywane z drugą taflą szkła. Gdy materiałem nośnym jest taśma
stalowa lub plastik powstaje lekki i giętki rolowany moduł (wówczas
przednią warstwą jest transparentna folia). Mimo niższej sprawności
Fotowoltaika – nowy element
projektowania fasad
fot. M. Muszyńska-Łanowy
Fot. 1. Fotowoltaika na budynku historycznym – La Fàbrica del Sol, Barcelona
fot. M. Muszyńska-Łanowy
Fot. 2. Kolorowa fasada fotowoltaiczna – mNATEC, Terrassa
dr inż. arch. Magdalena Muszyńska-Łanowy
PolitechnikaWrocławska
ekspert
