فقط 2٪! لماذا لا يزال BIPV غير مطبق على نطاق واسع؟
فقط 2٪! لماذا لا يزال BIPV غير مطبق على نطاق واسع؟
في السنوات العشر الماضية ، وصل النمو السريع للخلايا الكهروضوئية إلى السوق العالمية بحوالي 100 جيجاوات يتم تركيبها سنويًا ، مما يعني أنه يتم إنتاج وبيع ما يقرب من 35 إلى 400 مليون وحدة شمسية سنويًا. ومع ذلك ، فإن دمجها في المباني لا يزال سوقًا متخصصًا. وفقًا لآخر تقرير لمشروع بحثي PVSITES التابع للاتحاد الأوروبي في Horizon 2020 ، تم دمج حوالي 2٪ فقط من السعة الكهروضوئية المركبة في المباني في عام 2016. هذا الرقم التافه ملفت للنظر بشكل خاص عندما يفكر المرء في أكثر من 70٪ من استهلاك الطاقة. يتم استهلاك ثاني أكسيد الكربون المنتج في جميع أنحاء العالم في المدن ، وحوالي 40٪ إلى 50٪ من جميع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري تأتي من المناطق الحضرية.
من أجل مواجهة تحدي غازات الاحتباس الحراري وتعزيز توليد الطاقة في الموقع ، قدم البرلمان الأوروبي والمجلس التوجيه 2010/31 / EU بشأن أداء الطاقة في المباني في عام 2010 ، والذي يتمثل مفهومه في "مباني الطاقة القريبة من الصفر (NZEB)". يسري التوجيه على جميع المباني الجديدة التي تم تشييدها بعد عام 2021. بالنسبة للمباني الجديدة لاستيعاب المؤسسات العامة ، دخل التوجيه حيز التنفيذ في بداية هذا العام.
لم يتم تحديد إجراءات محددة لتحقيق حالة NZEB. يمكن لمالكي المباني النظر في جوانب مختلفة من كفاءة الطاقة ، مثل مفاهيم العزل واستعادة الحرارة وتوفير الطاقة. ومع ذلك ، نظرًا لأن توازن الطاقة الإجمالي للمبنى هو هدف تنظيمي ، لتحقيق معيار NZEB ، فإن إنتاج الطاقة النشطة داخل المبنى أو حوله أمر ضروري.
المحتملة والتحدي
ليس هناك شك في أن تنفيذ الطاقة الكهروضوئية سيلعب دورًا مهمًا في تصميم المباني المستقبلية أو تحويل البنية التحتية الحالية للمباني. سيكون معيار NZEB قوة دافعة لتحقيق هذا الهدف ، لكنه ليس وحده. يمكن استخدام الخلايا الكهروضوئية المتكاملة للمباني (BIPV) لتنشيط المساحات أو الأسطح الموجودة لإنتاج الكهرباء. لذلك ، لا توجد مساحة إضافية مطلوبة لجلب المزيدPVفي المنطقة الحضرية. إن إمكانات الكهرباء النظيفة الناتجة عن توليد الطاقة الكهروضوئية المتكاملة هائلة. كما اكتشف معهد بيكريل في عام 2016 ، فإن الحصة المحتملة لتوليد الطاقة BIPV الألماني في إجمالي الطلب على الكهرباء تتجاوز 30٪ ، وحتى حوالي 40٪ في بلدان الجنوب (مثل إيطاليا).
ولكن لماذا لا تزال حلول BIPV تلعب دورًا هامشيًا في أعمال الطاقة الشمسية؟ حتى الآن ، لماذا نادرًا ما يتم أخذها في الاعتبار في مشاريع البناء؟
للإجابة على هذه الأسئلة ، نظم مركز هيلمهولتز-زينتروم برلين للأبحاث (HZB) في ألمانيا ندوة العام الماضي وتواصل مع أصحاب المصلحة في جميع مجالات BIPV لإجراء تحليل للاحتياجات. تظهر النتائج أنه ليس نقص التكنولوجيا نفسها.
في ندوة HZB ، يقوم العديد من العاملين في صناعة البناء بتنفيذ مشاريع جديدة أو مشاريع تجديد ، وقد أقروا بوجود فجوة وعي في إمكانات BIPV والتقنيات الداعمة لها. معظم المهندسين المعماريين والمخططين وأصحاب المباني لا يملكون ببساطة المعلومات الكافية لدمج التكنولوجيا الكهروضوئية في مشاريعهم. نتيجة لذلك ، هناك العديد من التحفظات حول BIPV ، مثل التصميم الجذاب والتكلفة العالية والتعقيد الباهظ. من أجل التغلب على سوء الفهم الواضح ، يجب وضع احتياجات المهندسين المعماريين والبنائين أولاً ، ويجب أن يكون فهم كيفية رؤية أصحاب المصلحة هؤلاء لـ BIPV هو التركيز.
الوظيفة والأناقة
تتميز BIPV بحقيقة أن الوحدات الشمسية هي جزء لا يتجزأ من جلد المبنى وبالتالي تصبح عنصر بناء متعدد الوظائف. بالإضافة إلى توليد الكهرباء ، يجب أن يتولى المكون الآن وظائف أخرى للجدار الخارجي للمبنى.
البديل الأكثر شهرة لتركيبات الأسطح التقليدية هو وحدات الطاقة الشمسية ، والتي يتم دمجها وظيفيًا وجماليًا مباشرة على السطح. لذلك ، لا يمكن لهذه المكونات توليد الكهرباء فحسب ، بل تعمل أيضًا كسقف للحماية من الرياح والأمطار. إذا كانت مرئية ، في حالة السقف المنحدر ، ستؤثر الوحدات الشمسية أيضًا على مظهر المبنى. يتطلب تنوع عناصر السقف التقليدية أيضًا عناصر نشطة كهروضوئية مع درجة عالية من التباين في الشكل واللون والمظهر. مطلوب وحدات زجاجية متجانسة ذات مساحة كبيرة ، بالإضافة إلى أنظمة صغيرة ، مثل قرميد السقف ، الذي يتناسب شكله ولونه تمامًا مع قرميد السقف التقليدي.
معايير مماثلة صالحة أيضًا للوحدات الشمسية المستخدمة كعناصر جدار خارجية ، ولكن هنا ، الجودة الجمالية مهمة بشكل خاص. هناك أنواع مختلفة من الواجهات الكهروضوئية النشطة. يمكن للوحدات الشمسية المثبتة كواجهات باردة جيدة التهوية أن تحل محل العناصر التقليدية للجدران الستارية المهواة بسهولة. ولكن يمكن أيضًا استخدام الحل كعنصر واجهة دافئة ، على سبيل المثال عن طريق الالتصاق مباشرة بالواجهة. بالإضافة إلى مقاومة الطقس ، يعد العزل الحراري أو عزل الصوت سمات أخرى يمكن أن توفرها عناصر الواجهة النشطة الكهروضوئية.
فيما يتعلق بالوظيفة الجمالية لعناصر الواجهة ، هناك بالفعل مفاهيم مختلفة في السوق. تتراوح مكونات اللون من أنثراسايت / أسود إلى الرمادي والأزرق والأخضر والأصفر وحتى"ذهبي". على سبيل المثال ، يمكن تحقيق هذه الألوان باستخدام زجاج أمامي خاص يحتوي على بنية من طبقة نانوية. من المهم ألا يتم تقليل خرج الطاقة لهذا النوع من الوحدات بشكل مفرط. بالمقارنة مع الوحدة التقليدية ذات الزجاج الأمامي الشفاف ، يمكن أن يصل خرج الطاقة الأولي الخاص بها إلى أكثر من 80٪.
بديل لاستخدام هذا الزجاج الأمامي الخاص هو طباعة السيراميك. تحقق هذه التقنية ألوانًا موحدة وميزة أخرى للمهندسين المعماريين مثل: إمكانية طباعة أي هيكل أو صورة تقريبًا أعلى الوحدة. في الواقع ، تجعل هذه الوظيفة الخلايا الشمسية التي تشكل الوحدة غير مرئية تقريبًا للمراقب. ومع ذلك ، فإن هذه الطباعة تؤثر على خرج الطاقة النهائي بقوة أكبر. ولكن نظرًا لأن الخلايا الشمسية غير مرئية تمامًا تقريبًا ، يمكن أيضًا تطبيق هذه التقنية على وحدات بلورية عالية الطاقة ، لذلك يمكن استخدامها كعنصر معماري ذي قيمة جمالية عالية وقوة عالية.
التقنية الثالثة لإنشاء عناصر BIPV ملونة هي استخدام رقائق ملونة. تكلفة هذه التقنية أقل ، والأهم من ذلك أنها تسمح بأي لون تقريبًا. بفضل هذه الوظيفة ، يستطيع الباحثون في المركز السويسري للإلكترونيات والتكنولوجيا الدقيقة (CSEM) تطوير وحدات الخلايا الشمسية البيضاء. من حيث المبدأ ، يمكن لهذا النوع من التطوير"تفعيل" عدد كبير من الواجهات البيضاء التقليدية في العالم.
يعد دمج الخلايا أو الوحدات الشمسية في عناصر التظليل طريقة جذابة للجمع بين الحماية من أشعة الشمس وإنتاج الطاقة. على سبيل المثال ، يمكن تحقيق ذلك باستخدام زجاج بتغطية رقيقة وموحدة للغاية من المواد الكهروضوئية النشطة. تقنيات الأغشية الرقيقة مثل أشباه الموصلات العضوية (OPV) ، CIGS (نحاس الإنديوم غاليوم سيلينيد / كبريتيت) أو سيليكون الأغشية الرقيقة مناسبة جدًا لمثل هذه التطبيقات.
بدلاً من ذلك ، إذا تم ترتيب خلايا السيليكون البلورية في نمط في وحدة زجاجية زجاجية أو بها فجوة كبيرة بين الخلايا ، يمكن أيضًا تحقيق الشفافية باستخدام خلايا السيليكون البلورية. يستخدم هذا المفهوم في أنظمة التثبيت العلوية جنبًا إلى جنب مع الجدران الستارية الزجاجية العمودية. يمكن أيضًا تثبيته في جهاز تظليل متحرك لتقليل ضوء الشمس في أوقات معينة من اليوم.
تثبت كل هذه الطرق الطريقة التي يمكن أن توفر بها وحدات الطاقة الشمسية BIPV وظائف إضافية وحل المشكلات الجمالية ، مما يجعلها أكثر جاذبية للمهندسين المعماريين. ومع ذلك ، بالمقارنة مع وحدات تحسين الإخراج التقليدية ، فإنها تكون مصحوبة أيضًا بدرجة معينة من تقليل خرج الطاقة. على الرغم من فقدان الطاقة ، إلا أن مزاياها الجمالية والوظيفية لا تزال تجعلها جذابة لصناعة البناء ، وقد تم تقليل تركيز صناعة البناء على تحسين توليد الطاقة بشكل كبير. في ضوء ذلك ، يجب مقارنة عناصر BIPV بعناصر البناء التقليدية غير الكهربائية.
تغيير العقلية
يختلف نظام BIPV عن أنظمة الطاقة الشمسية التقليدية الموجودة على الأسطح في العديد من الجوانب. تقليديأنظمة الطاقة الشمسية على الأسطحلا تتطلب وظائف متعددة ، ولا يعتبرون جماليات. في حالة تطوير منتجات للتكامل مع العناصر المعمارية ، يحتاج المصنعون إلى إعادة النظر. من المتوقع مبدئيًا أن يقوم المهندسون المعماريون والبناة ومستخدمو المباني بتنفيذ الوظائف التقليدية في جلد المبنى. من وجهة نظرهم ، يعتبر توليد الطاقة خاصية إضافية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب على مطوري عناصر BIPV متعددة الوظائف مراعاة ما يلي:
تطوير حلول مخصصة فعالة من حيث التكلفة لعناصر البناء النشطة بالطاقة الشمسية ذات الحجم والشكل واللون والشفافية المتغيرة ؛
وضع المعايير والأسعار الجذابة (من الناحية المثالية يمكن استخدامها لأدوات التخطيط المعمول بها ، مثل نمذجة معلومات البناء (BIM) ؛
دمج العناصر الكهروضوئية في عناصر واجهة جديدة من خلال الجمع بين مواد البناء وعناصر توليد الطاقة ؛
مرونة عالية ضد الظلال المؤقتة (الجزئية) ؛
استقرار طويل الأمد واستقرار طويل الأمد وتدهور ناتج الطاقة ، واستقرار طويل الأمد وتدهور المظهر (مثل استقرار اللون) ؛
تطوير مفاهيم المراقبة والصيانة للتكيف مع الظروف المحددة للموقع (ضع في الاعتبار ارتفاع التركيب ، واستبدل الوحدات المعيبة أو عناصر الواجهة) ؛
وتلبية المتطلبات القانونية للسلامة (بما في ذلك الحماية من الحرائق) وقانون البناء وقانون الطاقة والمتطلبات القانونية الأخرى.
تمثل مسألة الامتثال التنظيمي تحديًا لجميع أصحاب المصلحة. عادة ما تعتمد قوانين ولوائح البناء في صناعة الطاقة بشكل كبير على اللوائح المحلية. لا يختلفون فقط من بلد إلى آخر ، لكنهم غالبًا ما ينحرفون بشكل كبير عن بعضهم البعض في مختلف الولايات والمدن وحتى المجتمعات المحلية. ومع ذلك ، ليس من الضروري فقط التكيف مع صناعة الطاقة الشمسية.
يجب أن تكون صناعة البناء على دراية بمسؤوليتها تجاه المجتمع ككل. يجب أن تأخذ كل من مشاريع البناء والتجديد الجديدة في الاعتبار بشكل صريح استهلاك الطاقة وتوليد الطاقة في الموقع. يجب أن يكون المهندسون المعماريون وموظفو البناء على استعداد لاستخدام مواد وعناصر جديدة توفر وظائف توليد طاقة إضافية. يحتاجون أيضًا إلى قبول التغييرات في عملية التخطيط المنتظمة ، لأنه يجب مراعاة الجوانب الكهربائية في مرحلة المفهوم.
تضييق الفجوة
يمثل دمج توليد الطاقة الكهروضوئية في المباني تحديًا لجميع أصحاب المصلحة. لا توجد معرفة حول التكنولوجيا والإمكانيات فحسب ، بل توجد أيضًا فجوات بين الثقافات. من أجل سد هذه الفجوات ، يجب بناء جسر بين عالم البناء وعالم الطاقة. يجب أن يدير التحدي الجميع: المهندسين المعماريين والمخططين ؛ مصنعي المواد والمكونات ؛ وأقسام البحث والتطوير. هذه التحديات عادة ما تكون تحديات جديدة لجميع المشاركين وتتأثر بالتحيزات الموجودة. هذه تحديات متعددة الأوجه ، وفي جوهرها ، لا يمكن التعامل معها إلا بعد قبول تغيير في التفكير.
