پنل خورشیدی ساخت بنیاد (پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان) و کاربرد های آن

پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان یا پنل خورشیدی ساخت بنیاد یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های انرژی‌های تجدیدپذیر فتوولتائیک است. فتوولتائیک (PV) وسیله‌ای واقعاً کاربردی برای تولید برق (مستقیم از خورشید) است که نیازی به هیچ‌گونه تأمین انرژی نداشته و شامل آسیب‌های زیست‌محیطی نیز نمی‌شود. این دستگاه به‌سادگی از نور خورشید برق می‌سازند، بدون هیچ‌گونه تعمیر و نگهداری و آلودگی.

پنل خورشیدی یکپارچه‌سازی ساختمان که در آن اجزای PV در واقع بخشی از ساختار را تشکیل می‌دهند و اغلب به‌عنوان پوسته هوای بیرونی عمل می‌کنند، در مقیاس جهانی محبوبیت زیاد دارند.

پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان ممکن است در سیستم‌های مستقل و خارج از شبکه نیز به کار گرفته شود، حتی اگر بخش عمده‌ای از آن با شبکه برقی که در حال حاضر وجود دارد در ارتباط باشند.

گروه معماری و مهندسی BIPV IRAN با دفاتر خود در دو شهر تهران، ایران و مسقط، عمان در بخش خدمات طراحی و اجرا سیستم‌های پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان فعالیت می‌کنند. برای اطلاعات بیشتر میتوانید با ما ارتباط بگیرید.

«پنل ها/ صفحات خورشیدی ساخت بنیاد» یا BIPV مصالح خود انرژی نوین ساختمان سازی با رویکرد افزایش حداکثری عملکرد و بهره وری Efficiency ابنیه و تامین انرژی توسط منابع سبز و تجدید پذیر می باشند .

استفاده از پنل های خورشیدی ساخت بنیاد مستلزم طراحی ویژه و نگاه ساختاری به حضور متریال مدرن و خودانرژی در ساختمان می باشد بنابراین همکاری ویژه ای بین طراح پروژه و سایر مهندسین ساختمان و همچنین مجری ساختمان برای حصول نتیجه مطلوب در استفاده از این تکنولوژی نوین و تهیه نقشه های مرتبط با آن اجتناب ناپذیر است .

باید توجه داشت که «پنل ها/ صفحات خورشیدی ساخت بنیاد» نسبت به صفحات خورشیدی متداول در تامین انرژی ساختمان ها به لحاظ ساختاری و مفهومی بسیار متفاوت بوده و طراحی و دیزاین ، نوع تکنولوژی ، نحوه استفاده و اجرای آن به نوعی انقلب جدیدی در صنعت ساختمان سازی به حساب می آید .

بعد از فراگیر شدن این متریال و مصالح هوشمند و نوین ساختمانی به عنوان متریال های خودانرژی ، تمام ابنیه به دو دسته ساختمانهای خود انرژی و ساختمانهای غیر فعال ( انرژی ثابت ) تقسیم خواهند شد و هر نوع ساختمان سازی که شامل این نوع متریال های هوشمند نباشد خود به خود سنتی به حساب خواهد آمد ( با وجود استفاده از متریال های پر زرق و برق نماسازی مدرن و …).

فن آوری‌های پنل خورشیدی ساخت بنیاد

در حال حاضر دو فناوری اولیه ماژول PV تجاری در بازار موجود است.

1. سلول‌های خورشیدی کریستالی ضخیم، ساخته شده از ویفرهای سیلیکونی کریستالی، 10 تا 12 وات در هر فوت مربع آرایه PV را در زیر نور کامل خورشید تحویل می‌دهند.
2. محصولات لایه‌نازک لایه‌های نازکی از مواد فعال فتوولتائیک هستند که با استفاده از تکنیک‌های ساخت رسوب خلأ بر روی یک بستر شیشه‌ای یا فلزی قرار می‌گیرند. آنها 4 تا 5 وات بر فوت مربع از منطقه آرایه PV را در زیر نور کامل خورشید تحویل می‌دهند و به دلیل نیاز کمتر به مواد فعال و تولید انرژی در مقایسه با محصولات کریستالی ضخیم، هزینه کمتری را ارائه می‌دهند.

یک سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان با مونتاژ تعدادی کلکتور مجزا به نام ماژول‌ها به‌صورت الکتریکی و مکانیکی در یک آرایه ساخته می‌شود.

سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان

سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان، ادغام فتوولتائیک (PV) در پوشش ساختمان است که هم به عنوان پوسته ساختمان و هم به عنوان مولد برق عمل می‌کند. این امر هزینه افزایشی فتوولتائیک‌ها را کاهش می‌دهد و هزینه چرخه عمر آن را بهبود می‌بخشد، که اغلب منجر به کاهش هزینه‌های کلی در مقایسه با سیستم های نصب جداگانه و اختصاصی می‌شود.

یک سیستم کامل پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان شامل:

1. ماژول‌های PV، که می‌توانند لایه نازک یا کریستالی باشند، می‌توانند شفاف، نیمه شفاف یا مات باشند.
2. یک کنترل کننده شارژ در سیستم های مستقل برای تنظیم جریان برق به داخل و خارج از بانک ذخیره باتری استفاده می‌شود.
3. یک سیستم ذخیره‌سازی نیرو، که معمولاً از شبکه برق در سیستم‌های تعاملی شهری یا چندین باتری در سیستم‌های مستقل تشکیل شده است.
4. تجهیزات، از جمله یک اینورتر، خروجی DC ماژول‌های PV را به AC تبدیل می‌کند و آن را با شبکه برق سازگار می‌کند.
5. این سیستم ممکن است به منابع تغذیه پشتیبان مانند ژنراتورهای دیزلی نیاز داشته باشد که معمولاً در سیستم‌های مستقل استفاده می‌شوند.
6. نصب پشتیبانی مناسب، سخت افزار نصب، سیم کشی و قطع کننده‌های ایمنی بسیار مهم است.

سیستم‌های پنل خورشیدی ساخت بنیاد را می‌توان با شبکه برق یکپارچه کرد یا به‌عنوان سیستم‌های مستقل خارج از شبکه طراحی کرد. آنها مزایایی مانند صرفه‌جویی در «پشتیبانی شبکه» برای آب و برق و کاهش قبوض برق به دلیل اوج اصلاح را ارائه می‌دهند. ساختمان‌هایی که از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند، تقاضا برای ژنراتورهای سنتی را کاهش می‌دهند و انتشار کلی گازهای تغییر اقلیم را کاهش می‌دهند.

این رویکرد می‌تواند برای پاسخگویی به پیک تقاضا و کاهش مصرف انرژی مورداستفاده قرار گیرد.

طراحی سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان

 سیستم‌های پنل خورشیدی ساخت بنیاد باید با استفاده از تکنیک‌های آگاهانه انرژی و تجهیزات بادقت انتخاب شده طراحی شوند. آنها را باید از نظر هزینه چرخه عمر با درنظرگرفتن هزینه‌های اجتناب شده مصالح ساختمانی و نیروی کار در نظر گرفت. ملاحظات طراحی باید شامل کاربری ساختمان، بارهای الکتریکی، مکان، جهت، ساختمان و کدهای ایمنی، و مسائل مربوط به تأسیسات و هزینه‌ها باشد. این رویکرد می‌تواند هزینه‌های کلی را با اجتناب از هزینه‌های اولیه کاهش دهد.

مراحل طراحی یک سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان عبارت‌اند از:

1. برای کاهش نیازهای انرژی ساختمان، بهبود آسایش، صرفه‌جویی در هزینه و فعال‌کردن سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان برای کمک بیشتر به بار، شیوه‌های طراحی آگاهانه انرژی و اقدامات کارآمدی انرژی را اجرا کنید.
2. بین یک سیستم PV تعاملی کاربردی و یک سیستم PV مستقل انتخاب کنید:

   اکثر سیستم‌های پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان به یک شبکه شهری متصل هستند و به‌عنوان ذخیره و پشتیبان عمل می‌کنند. اندازه سیستم‌ها باید به‌گونه‌ای باشد که اهداف مالک را برآورده کند، معمولاً محدودیت‌های بودجه یا فضا، و اینورتر باید باتوجه‌به نیازهای شرکت انتخاب شود.
   سیستم‌های مستقل با انرژی PV باید به‌گونه‌ای اندازه‌گیری شوند که اوج تقاضای ساختمان و پیش‌بینی‌های تولید برق را برآورده کنند. برای جلوگیری از بزرگ‌شدن بیش از حد، معمولاً از یک ژنراتور پشتیبان استفاده می‌شود که به‌عنوان “هیبرید PV-genset” نیز شناخته می‌شود تا از بزرگ‌شدن بیش از حد برای بارهای اوج غیرمعمول یا گاه‌به‌گاه جلوگیری شود.

3. اگر اوج بارهای ساختمان با حداکثر توان خروجی آرایه PV مطابقت نداشته باشد، استفاده از باتری‌ها در سیستم‌های متصل به شبکه می‌تواند دوره‌های تقاضای برق گران‌قیمت را جبران کند و به‌عنوان یک سیستم برق اضطراری (UPS) عمل کند و به طور بالقوه هزینه‌ها را کاهش دهد.

4. دمای عملیاتی بالا راندمان تبدیل PV را کاهش می‌دهد، به‌ویژه در سلول‌های PV سیلیکونی کریستالی. برای افزایش کارایی، اجازه دهید تهویه مناسب پشت ماژول‌ها برای دفع گرما وجود داشته باشد.

5. سیستم‌های هیبریدی PV-Solar Thermal می‌توانند با استفاده از منابع حرارتی خورشیدی تولید شده توسط گرمایش ماژول، کارایی سیستم را بهینه کنند که به‌ویژه در آب‌وهوای سرد برای پیش‌گرمایش هوای آرایشی تهویه ورودی مفید است.

6. طراحان می‌توانند نور روز و مجموعه سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان را در سیستم‌های PV نما، سقف یا نورگیر با استفاده از ماژول‌های لایه‌نازک نیمه شفاف یا ماژول‌های کریستالی با سلول‌های بافاصله سفارشی ادغام کنند. این می‌تواند ویژگی‌های منحصربه‌فرد نور روز را ایجاد کند و بار خنک‌کننده و تابش خیره‌کننده مربوط به وسعت شیشه‌های بزرگ معماری را کاهش دهد.

7. ماژول‌های PV را می‌توان در دستگاه‌های سایه‌بان ساختمان ادغام کرد و به‌عنوان «ابرو» یا سایبان بر روی قسمت‌های شیشه‌ای کارکرد. این رویکرد طراحی می‌تواند ظرفیت چیلر را کاهش دهد و توزیع خنک کننده محیطی را کاهش یا حذف کند.

8. طراحان هنگام طراحی آرایه‌ها باید آب‌وهوا و محیط محلی را در نظر بگیرند، زیرا روزهای سرد و صاف تولید برق را افزایش می‌دهند، درحالی‌که روزهای گرم و ابری باعث کاهش خروجی می‌شوند.

   خروجی آرایه توسط سطوحی که نور را منعکس می‌کنند افزایش می‌یابد و باید برای شرایط بارگذاری برف و باد طراحی شود. آرایه‌های دارای زاویه مناسب می‌توانند به‌سرعت بارهای برف را از بین ببرند و در محیط‌های خشک، گردوغبار یا صنعتی سنگین، شستشو برای محدودکردن تلفات راندمان ضروری است.

9. در طول مرحله طراحی، مطمئن شوید که آرایه خورشیدی شما حداکثر در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد و زیر سایه موانعی مانند ساختمان‌ها یا درختان قرار نمی‌گیرد. اطمینان حاصل کنید که سیستم در زمان اوج جمع‌آوری خورشیدی که سه ساعت در دو طرف ظهر خورشیدی طول می‌کشد، کاملاً بدون سایه است. تأثیر سایه بر روی آرایه PV مهم‌تر از ردپای سایه است.

10. جهت‌گیری آرایه به طور قابل‌توجهی بر خروجی انرژی سالانه سیستم تأثیر می‌گذارد، به‌طوری‌که آرایه‌های کج شده 50 تا 70 درصد بیشتر از نماهای عمودی برق تولید می‌کنند.

11. استفاده از نور روز برای به‌حداقل‌رساندن بارهای در محل در سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان، استفاده از موتورهای کم‌مصرف و سایر استراتژی‌های کاهش اوج برای به‌حداقل‌رساندن پوشش ساختمان و سایر بارهای در محل.

12. استفاده از سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان به متخصصان آموزش‌دیده، دارای مجوز، گواهینامه و باتجربه در طراحی، نصب و نگهداری نیاز دارد تا از اجرای صحیح آن اطمینان حاصل شود.

سیستم‌های پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان راه‌حل‌های نوآورانه‌ای هستند که می‌توانند با مصالح ساختمانی سنتی ادغام شوند یا ظاهری با فناوری پیشرفته و آینده‌گرا ایجاد کنند. آنها دارای سلول‌های کریستالی نیمه شفاف برای نور طبیعی پراکنده هستند و می‌توانند تمایل مالک را برای یک محیط کاری آگاهانه از محیط‌زیست نشان دهند.

کاربرد پنل خورشیدی ساخت بنیاد

سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان را می‌توان در مجموعه‌های مختلف پوشش ساختمان ادغام کرد.

• سلول‌های خورشیدی را می‌توان در نمای ساختمان ادغام کرد و جایگزین شیشه‌های سنتی شد. اگرچه تأسیسات عمودی دسترسی به منابع خورشیدی را کاهش می‌دهد، سطح وسیع ساختمان‌ها می‌تواند کاهش قدرت را جبران کند.
• سیستم های پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان را می‌توان در سایبان‌ها و طرح‌های دندانه اره‌ای در نمای ساختمان‌ها ادغام کرد و دسترسی مستقیم به نور خورشید را افزایش داد و سایه غیرفعال ایجاد کرد.
• سیستم های سقف PV جایگزینی مستقیم برای سقف‌های فلزی سنتی و درزدار و زونا آسفالتی 3 زبانه ارائه می‌دهند.
• استفاده از سیستم پنل خورشیدی یکپارچه ساختمان در سیستم‌های نورگیر می‌تواند هم مقرون‌به‌صرفه و هم از نظر طراحی جذاب باشد.