54
Fotowoltaika – nowy element projektowania fasad
bezpośrednie (padające prostopadle na powierzchnię recepcyjną). Aby
je skutecznie pozyskiwać, moduły należy odpowiednio nachylić – naj-
lepiej pod kątem równym szerokości geograficznej danej lokalizacji.
Trzeba pamiętać, że wskutek ruchu Słońca zyski energii solarnej ulegną
zmianom, zarówno w cyklu dobowym, jak i sezonowym. Typowy pio-
nowy układ fasad nie jest idealny z punktu widzenia zysków solarnych
– przy dobrej orientacji na południe zapewnia ~70% maksymalnych
osiągów, ale wielofunkcyjność systemów BiPV kompensuje tę wadę.
Pochylenie całej ściany pozwala efektywnie wykorzystać promieniowa-
nie słoneczne w sposób aktywny i pasywny, dlatego mimo wyższych
kosztów budowy jest często stosowane. Innym rozwiązaniem jest użycie
odpowiednio nachylonych mniejszych elementów, takich jak zadaszenia
czy systemy przeciwsłoneczne. Struktury zakrzywione z różnym kątem
nachylenia modułów są skomplikowane pod względem technicznym,
ale także realizowane.
Moduły PV pracują efektywnie, jeśli są jednolicie oświetlone. Nawet
niewielki cień może znacząco zredukować ilość wyprodukowanej ener-
gii lub doprowadzić do uszkodzenia urządzeń. Najbardziej wrażliwe
na zacienienie są materiały krystaliczne. Dla zabezpieczenia układu
stosuje się diody bocznikujące, blokujące przepływ dużych prądów
przez zacienione elementy. W fazie projektowania dobrze jest prze-
prowadzić symulacje komputerowe, które pozwolą oszacować ryzyko.
W związku z tym należy zwrócić uwagę na:
•
zmienność i ruch cienia w cyklu dobowym i rocznym,
•
sąsiedztwo innych budynków, kominów, instalacji technicznych itp.,
•
zieleń – uwzględniając zmiany związane z porami roku,
•
formę i budowę fasady,
•
układ elementów BiPV oraz system ich mocowania,
•
zanieczyszczenia i śnieg – obramowanie modułów, elementy konstruk-
cyjne i mocujące mogą potęgować osadzanie się nieczystości.
Ważnym czynnikiem jest temperatura – jej wzrost jest odwrotnie pro-
porcjonalny do sprawności ogniw. Parametry modułów optymalizo-
wane są w warunkach testowych – 25
o
C. W praktyce zaś wystawione
na działanie słońca uzyskują temperaturę 50–80
o
C, a w trakcie kon-
wersji PV wytwarzają dodatkową ilość ciepła. Nagrzewając się, obni-
żają wydajność instalacji i powodują wzrost temperatury całej prze-
grody, czego rezultatem mogą być problemy związane z:
•
różną rozszerzalnością termiczną materiałów BiPV i innych, znajdują-
cych się w bezpośrednim sąsiedztwie,
•
obniżeniem komfortu i energooszczędności budynku – gdy ciepło
promieniujące z nagrzanych modułów pogorszy warunki we wnę-
trzu, może zaistnieć potrzeba zużycia dodatkowej energii w systemach
klimatyzacji.
Pozytywnym aspektem jest możliwość odzysku ciepła i wykorzystania
go w systemach ogrzewania, podgrzewania wody oraz w powiązaniu
z pompami ciepła lub zmagazynowania w masywnych materiałach
budowlanych [5].
Najmniej czułe na wysokie temperatury są laminaty cienkowarstwowe,
dlatego bez problemu integruje się je nawet z płytami warstwowymi.
Dla materiałów krystalicznych najkorzystniejsze są konstrukcje, zapew-
niające cyrkulację powietrza z tylnej strony modułów, np. systemy
fasad zimnych.
Instalacja BiPV powinna być jednym z podzespołów szerszej
koncepcji energetycznej budynku, wówczas najbardziej efektywnie
wpływa na bilans energetyczny obiektu i komfort jego wnętrza.
Odpowiednio zaprojektowana fasada fotowoltaiczna przekształca
budynek w solarną elektrownię, a także kontroluje przepływ
energii pomiędzy środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym.
Najbardziej wielofunkcyjne konstrukcje semitransparentne
pozwalają znacząco ograniczyć zużycie energii konwencjonalnej
na potrzeby oświetlenia, ogrzewania, chłodzenia czy wentylacji
budynku. Przekłada się to bezpośrednio na obniżenie kosztów
eksploatacji obiektu oraz ograniczenie szkodliwych emisji do
atmosfery (dla każdej kWh wyprodukowanej energii PV unika się
emisji kilku ton CO
2
).
x x x
Techniki integracji
Każdy element powłoki dobrze wyeksponowany na działanie światła
słonecznego można wykorzystać do integracji z fotowoltaiką. Mogą to
być powierzchnie całych ścian lub mniejsze fragmenty w pasach mię-
dzyokiennych, okna, systemy zacieniające, balustrady itp. Odpowiednie
w tym celu będą wertykalne, nachylone, a nawet zakrzywione struktury.
Wyróżniamy kilka technik integracji modułów fotowoltaicznych:
•
nałożenie – może być problematyczne z uwagi na dodatkowe obciąże-
nie oraz ingerencję w konstrukcję, funkcję i część wizualną fasady;
•
zastąpienie – w budynkach istniejących pozwala np. wymienić ele-
menty okładziny w ramach remontu fasady;
•
bezpośrednia integracja – w harmonijny sposób łączy technologię
solarną z architekturą i konstrukcją budynku; jest najefektywniejszym
rozwiązaniem, także w kontekście wpływu na środowisko, bowiem
redukuje ilość zużytych materiałów, przestrzeń, energię i koszty.
Moduły PV produkowane są w kształtach i rozmiarach porównywal-
nych do konwencjonalnych materiałów budowlanych, dzięki czemu
większość systemów fasadowych nadaje się do integracji z nimi, nawet
bez konieczności znacznych modyfikacji. Techniki mocowania mogą
być bardzo różne (liniowe, punktowe, zaciskowe, za pomocą konsoli,
fot. M. Muszyńska-Łanowy
Fot. 5. Cienkowarstwowe moduły na taśmach stalowych zintegrowane z płytą warstwową two-
rzą efektowną granatową falę na fasadzie obiektu przemysłowego – budynek firmy ThyssenKrupp
Stahl, Duisburg
fot. M. Muszyńska-Łanowy
Fot. 6. Standardowe, obramowane moduły typu szkło-folia z ogniwami krystalicznymi w pasach
międzyokiennych – budynek firmy Deutsche Solar AG, Freiberg
