Panele fotowoltaiczne w postaci zainstalowanych na dachach domów ogniw czy pokrywających połacie ziemi stelaży z grafitowo-czarnymi taflami to widok, do którego zdążyliśmy przywyknąć. To dobrze, ponieważ stoimy właśnie u progu kolejnego przełomu w dziedzinie fotowoltaiki – systemów wytwarzających energię zintegrowanych z budynkami.
Fotowoltaiczne materiały budowlane
Idea BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics) opiera się na pomyśle zastosowania ogniw fotowoltaicznych nie w funkcji dodatkowej instalacji montowanej na dachu budynku (o tradycyjnej instalacji fotowoltaicznej możesz przeczytać w poradniku o tym, jak działają panele fotowoltaiczne), lecz w postaci materiałów budowlanych skonstruowanych w taki sposób, żeby nie tylko zapewniały wszystkie konieczne parametry izolacyjne czy wytrzymałościowe, ale jednocześnie były w stanie wytwarzać energię elektryczną.
Naturalną konsekwencją tej koncepcji było powstanie fotowoltaicznych dachówek, jednak nie tylko – w wąskich przestrzeniach miejskich lepszym rozwiązaniem mogą być modułowe ściany, a w budownictwie wielorodzinnym – balustrady wytwarzające energię dla każdego z mieszkań odrębnie. Potrzeba optymalizacji wykorzystania dostępnej powierzchni budynku, przyczyniła się do powstania modułów półprzezroczystych, zastępujących część standardowych okien. Jest to świetne rozwiązanie kiedy obiekt jest posadowiony w taki sposób, że wykorzystać można na cele fotowoltaiki wyłącznie jedną ścianę, na dodatek przeszkloną. Efekt transparentności uzyskuje się przez zastosowanie ogniw z krzemu multikrystalicznego (tańszego, lecz o mniejszej sprawności) lub monokrystalicznego (o sprawności większej, droższego), umieszczonych między przezroczystymi taflami szkła. Precyzyjne wykonanie projektu systemu umożliwia odpowiednie naświetlenie wnętrz budynku.
BIPV system – zalety i wady
Korzyść płynąca z fotowoltaiki zintegrowanej z budynkami jest oczywista – połączenie funkcji budowlanej z możliwością wytwarzania energii w tym samym elemencie to milowy krok zarówno w dziedzinie architektury, budownictwa, energetyki, jak i ochrony środowiska. Wśród zalet systemów BIPV wymienić należy przede wszystkim:
- obniżenie kosztu budowy,
- możliwość wykorzystania ogniw tam, gdzie w systemie konwencjonalnym jest to niemożliwe,
- brak dodatkowych konstrukcji wsporczych,
- estetykę, walory architektoniczne.
Niestety, na tym etapie rozwoju technologii, ma ona również i wady:
- mniejsza efektywność ogniw w stosunku do uzysku z energii produkowanej przez panele fotowoltaiczne,
- zwykle trudniejsza wymiana uszkodzonych ogniw,
- ciągle jeszcze dość duże koszty materiałów,
- nieopłacalność dla budynków istniejących (indywidualnie rozpatrzyć można opłacalność przy remoncie generalnym dachu).
Na szczęście sam pomysł integracji fotowoltaiki z materiałami budowlanymi jest tak obiecujący, że stale trwają badania nad nowymi rozwiązaniami. Duże nadzieje pokładane są w nowej technologii wytwarzania ogniw perowskitowych opracowanej przez niemieckich naukowców. Perowskit to minerał, z którego powstałe ogniwa są bardzo elastyczne, lekkie, półprzezroczyste i tanie w produkcji, czyli doskonale nadają się do zastosowań w charakterze BIPV. Problemem jest ich trwałość i duży spadek efektywności w czasie – to właśnie tymi aspektami zajmują się obecnie badacze.
Przykłady zastosowań BIPV
Poza oczywistą funkcjonalnością, moduły BIPV dzięki możliwości przyjmowania niemal dowolnych kształtów oraz kolorystyki, to materiał niezwykle atrakcyjny dla architektów. Dzięki temu zainteresowaniu, możemy dziś korzystać z ekologicznych i ekonomicznych obiektów takich jak np. nowojorski dworzec Stillwell Avenue, Academie-du-Mont-Cenis w Herne (Niemcy) czy choćby kolońskiego sklepu znanej sieciówki Zara.
Budownictwo mieszkaniowe i systemy BIPV
Są to oczywiście przykłady architektury budynków użyteczności publicznej, gdzie liczą się nie tylko koszty, ale również prestiż oraz design. Czy jednak BIPV są na dzisiejszym etapie zaawansowania technologii stosowane w budownictwie jednorodzinnym czy wielorodzinnym? Tak, choć jeszcze nie tak powszechnie, jakby na to zasługiwały. Jedna z portugalskich firm produkuje domy wykonane w technologii BIPV – są one ruchome (obracają się wokół własnej osi) i dodatkowo wyposażone w uchylne dachy, które mogą podnosić się i opadać tworząc najlepszy dla odbioru energii słonecznej kąt nachylenia.
Dachówka fotowoltaiczna – najbardziej popularne rozwiązanie BIPV
BIPV można jednak zastosować w rozwiązaniach mniej innowacyjnych. Coraz częściej spotyka się panele fotowoltaiczne zintegrowane z dachem – dachówka fotowoltaiczna, czy to w postaci przypominającej tradycyjne materiały, czy w większych taflach, to zdecydowanie najbardziej popularny produkt BIPV. W miarę upływu czasu, dachówka staje się również bardziej dostępna finansowo – na obniżenie cen, poza rosnącą popularnością, wpływa również opracowywanie technologii produkcji przez firmy rodzime, takie jak np. Electrotile.
Wiata – rozwiązanie BIPV dla budynków istniejących
Ciekawym rozwiązaniem są również tzw. carporty, czyli wolnostojące wiaty samochodowe, których zadaszenie wykonuje się z paneli BIPV. Jest to doskonały sposób na pozyskanie energii w przypadku istniejących już budynków, w których wymiana tradycyjnych materiałów budowlanych na elementy BIPV jest nieopłacalna. Wiata z zadaszeniem z ogniw jest również doskonałym źródłem energii do ładowania stojącego pod nią samochodu hybrydowego czy elektrycznego.
