BIPV супраць BAPV: дадатковыя ролі ў фотаэлектрычных будынках

Фотаэлектрычныя (PV) канструкцыі можна падзяліць на два тыпу ў залежнасці ад узроўню інтэграцыі фотаэлектрычных модуляў: Прыбудаваныя ПВ (БАПВ) і Інтэграваная ў будынак PV (BIPV) . Хоць BIPV мае пэўныя перавагі з пункту гледжання кошту і прадукцыйнасці, яго распрацоўка ўсё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі. БАПВ, які можна ўсталёўваць непасрэдна на існуючых будынках, застаецца асноўнай формай. У параўнанні з замежнымі рынкамі, устаноўкі BIPV у Японіі, Францыі, Італіі і Злучаных Штатах дасягнулі 3 ГВт, 2,7 ГВт, 2,5 ГВт і 0,6 ГВт адпаведна, у той час як у Кітаі гэта было толькі 0,7 ГВт у 2020 годзе, што паказвае на значны патэнцыял для павелічэння пранікнення BIPV у будучыні . Акрамя таго, з пункту гледжання бізнес-мадэлі, BAPV захоўвае больш характарыстык фотаэлектрычных прадуктаў, а праекты ў асноўным вядуцца кампаніямі-вытворцамі фотаэлектрыкаў. З іншага боку, BIPV цесна звязаны з агульным працэсам будаўніцтва, у большай ступені абапіраючыся на магчымасці EPC будаўнічых кампаній, што стварае новыя магчымасці для росту будаўнічага сектара. У цэлым, BAPV і BIPV дапаўняюць моцныя і слабыя бакі адзін аднаго, прапаноўваючы значныя магчымасці для росту як для вытворцаў фотаэлектрыкаў, так і для будаўнічых фірмаў у індустрыі будаўніцтва фотаэлектрыкаў.

Параўнанне метадаў мантажу: фотаэлектрыка, прымацаваная да будынка (BAPV) супраць убудаванай фотаэлектрыкі (BIPV)

Прымяненне фотаэлектрыкі (PV) у будынках уяўляе сабой новы рубеж для выпрацоўкі сонечнай энергіі. Гэтая тэхналогія інтэгруе фотаэлектрычныя сістэмы з вонкавымі канструкцыямі будынкаў, павышаючы энергаэфектыўнасць і зніжаючы спажыванне, што робіць яе найважнейшым кампанентам у стварэнні пасіўных будынкаў з нізкім энергаспажываннем. 

У залежнасці ад ступені інтэграцыі фотаэлектрычныя сістэмы можна падзяліць на два тыпу:

① Building-Attached Photovoltaic (BAPV): гэта адносіцца да фотаэлектрычных сістэм, устаноўленых на існуючых будынках, якія выкарыстоўваюць пустыя прасторы для вытворчасці энергіі. BAPV звычайна выкарыстоўваецца пры мадэрнізацыі існуючых структур.

② Убудаваная фотаэлектрыка (BIPV): гэта ўключае ў сябе фотаэлектрычныя сістэмы, якія праектуюцца, будуюцца і ўсталёўваюцца адначасова з самім будынкам, бесперашкодна інтэгруючыся ў канструкцыю будынка. Сістэмы BIPV не толькі выпрацоўваюць электрычнасць, але і спрыяюць эстэтычнаму выгляду будынка.

Параўнанне метадаў будаўніцтва:

① BAPV: звычайна сістэмы BAPV выкарыстоўваюць спецыяльныя кранштэйны для мацавання фотаэлектрычных модуляў да існуючай канструкцыі будынка. Гэтыя сістэмы ў асноўным выконваюць функцыю выпрацоўкі энергіі, не ўплываючы на ​​першапачатковую функцыянальнасць будынка, і яны лічацца сонечнымі фотаэлектрычнымі будынкамі «інсталяцыйнага тыпу».

② BIPV: сістэмы BIPV прадугледжваюць аднаразовае будаўніцтва і інвестыцыйны падыход, калі апорныя канструкцыі фотаэлектрычнай сістэмы, фотаэлектрычныя модулі і іншыя электрычныя кампаненты ўсталёўваюцца непасрэдна на этапе будаўніцтва будынка. Сістэмы BIPV не толькі выпрацоўваюць электраэнергію, але і замяняюць звычайныя будаўнічыя матэрыялы, служачы як структурным кампанентам, так і выконваючы функцыянальныя патрабаванні будынка.

Дадатковыя перавагі і недахопы BAPV і BIPV, прычым BIPV прапануе большыя эканамічныя выгады

Фотаэлектрычныя сістэмы, прымацаваныя да будынка (BAPV) і фотаэлектрычныя сістэмы, убудаваныя ў будынак (BIPV), маюць дадатковыя моцныя і слабыя бакі. BIPV, як правіла, больш эканамічны. Згодна з разлікамі для праекта даху фабрыкі сталёвых канструкцый Polaris Solar PV Network з выкарыстаннем a Сістэма даху BIPV можа зэканоміць прыкладна 164 юаняў на квадратны метр выдаткаў на матэрыялы. Акрамя таго, Сістэмы BIPV маюць праектны тэрмін службы больш за 50 гадоў, забяспечваючы значныя комплексныя эканамічныя перавагі. Канкрэтнае параўнанне выглядае наступным чынам:

1) Будаўнічая эстэтыка

·BIPV: як інтэграваная фотаэлектрычная сістэма, BIPV уключана ў агульны архітэктурны праект, што стварае больш згуртаваны і эстэтычна прыемны знешні выгляд будынка.

·BAPV: з'яўляючыся мадэрнізаванай сістэмай, BAPV дадаецца пасля будаўніцтва, што прыводзіць да менш цэласнага выгляду.

2) Апорная дах

·BIPV: дах у канструкцыях BIPV - гэта простая апорная канструкцыя з дакладным размеркаваннем сілы, якая забяспечвае высокую бяспеку.

·BAPV: з-за мадэрнізаванага характару дах у сістэмах BAPV адчувае больш складаныя ўмовы нагрузкі, якія пры доўгатэрміновай ветравай нагрузцы і дэфармацыі могуць выклікаць эфекты стомленасці, якія могуць паставіць пад пагрозу бяспеку канструкцыі.

3) Гідраізаляцыя

·BIPV: выкарыстоўвае гідрафобныя шкляныя панэлі ў спалучэнні з асноўнымі водаправоднымі каналамі, воданепранікальнымі ўшчыльняльнікамі і іншымі элементамі для фарміравання комплекснай сістэмы водаадводу даху. Модульныя камбінацыі дахавай канструкцыі, ашалёўкі і палос для мансардных вокнаў дазваляюць дасягнуць выдатных гідраізаляцыйных характарыстык.

·BAPV: па сваёй сутнасці не забяспечвае гідраізаляцыю; ён абапіраецца на існуючы дах, каб мець адпаведную гідраізаляцыйную здольнасць.

4) Складанасць будаўніцтва

·BIPV: як найважнейшы структурны кампанент, BIPV павінен адпавядаць высокім стандартам гідраізаляцыі, ізаляцыі і іншым архітэктурным крытэрыям, што робіць мантаж больш складаным.

·BAPV: прадугледжвае простае даданне фотаэлектрычных кампанентаў да існуючага даху, што робіць мантаж адносна простым.

5) Эксплуатацыя і тэхнічнае абслугоўванне

·BIPV: Дахі спраектаваны з модульнымі фотаэлектрычнымі панэлямі, але тэхнічнае абслугоўванне патрабуе забеспячэння захавання функцый даху, што ўскладняе эксплуатацыю і абслугоўванне.

·BAPV: Тэхнічнае абслугоўванне можа праводзіцца непасрэдна на даху з адносна лёгкай разборкай і зборкай, што робіць эксплуатацыю і абслугоўванне менш складанымі.

BIPV супраць BAPV: поўнае параўнанне выдаткаў

Элементы параўнання	Сістэма BIPV	Сістэма BAPV
Алюмініева-магніева-марганцевые дахавыя панэлі	/	Уключаючы вертыкальныя алюмініева-магніева-марганцавыя дахавыя панэлі і апоры з алюмініевага сплаву Т-тыпу, каля 200 ￥/㎡
Аксэсуары для сістэмнага кранштэйна	Уключаючы апорныя камфарныя палоскі для асвятлення гаршкоў, палоскі з алюмініевага сплаву, гумовыя ўшчыльняльнікі, мацаванні і г.д. каля ¥0,6/Вт*120 Вт/㎡=72 ￥	Уключаючы заціскі, накіроўвалыя рэйкі, мацаванні і г.д. каля 0,3 ￥ / Вт * 120 Вт / ㎡ = 36 ￥
Плата блока фотаэлектрычнага модуля генерацыі энергіі	Уключаючы фотаэлектрычныя панэлі і рамы са сплаву Мін, каля 120 Вт/㎡'* 2,8 ￥ /Вт = 336 ￥	Уключаючы фотаэлектрычныя панэлі і рамы са сплаву Мін, каля 120 Вт/㎡* 2,8 ￥ / Вт = 336 ￥
Комплексны кошт (кошт матэрыялу)	Аксэсуары для сістэмнага кранштэйна + плата фотаэлектрычнага кампанента для выпрацоўкі энергіі = 408 ￥/㎡	Алюмініева-магніева-марганцавыя дахавыя панэлі + аксэсуары для сістэмнага кранштэйна + плата кампанента фотаэлектрычнага блока вытворчасці энергіі = 572 ￥/㎡
Кошт адзінкі (юань/квадратны метр)	408	572
Заключэнне	Выкарыстанне фотаэлектрычнай інтэграванай дахавай сістэмы можа зэканоміць матэрыялаў 160 ¥ /㎡

Дадзеныя  Polaris Solar PV Network

BIPV супраць BAPV

Элементы параўнання	Сістэма BIPV	Сістэма BAPV
Знешні выгляд будынка	Ўпісваецца ў агульны дызайн будынка, не губляючы прыгажосці	Позняя ўстаноўка, дрэнная цэласнасць
Жыццё дызайну	Працягласць жыцця можа дасягаць больш за 50 гадоў	20-25 гадоў
Стрэс даху	Дах - гэта простая дах з выразнымі канструктыўнымі нагрузкамі і высокай трываласцю канструкцыі	Складанае напружанне, працяглая ветравая нагрузка і дэфармацыя могуць выклікаць эфекты стомленасці, якія ўплываюць на бяспеку канструкцыі
Воданепранікальнасць	Дрэнажная сістэма даху складаецца з гідрафобных шкляных панэляў, асноўных рэзервуараў для вады, воданепранікальных ушчыльненняў і г. д. Канструкцыя даху, акантоўкі, светлавыя паласы і г. д. складаюцца модульна, каб пазбегнуць небяспекі ўцечкі	Няма неабходнасці забяспечваць гідраізаляцыю, толькі існуючая дах павінна мець гідраізаляцыю
Складанасць будаўніцтва	Hiah дакладнасць мантажу, бярэ на сябе гідраізаляцыю даху, цеплаізаляцыю і іншыя функцыі, і мае вялікую складанасць будаўніцтва	Будаўніцтва ў два этапы, невялікая складанасць у мантажы кампанентаў
Эксплуатацыя і тэхнічнае абслугоўванне	Дах мае модульную канструкцыю і ўсталёўваецца з адным акумулятарным модулем як адзінка. Пры праверцы і рамонце неабходна таксама ўлічваць, ці поўная функцыя даху, ці складаныя эксплуатацыя і абслугоўванне	Можна непасрэдна правяраць і рамантаваць на даху, разборка і зборка адносна зручныя, а эксплуатацыя і абслугоўванне простыя

Дадзеныя Polaris Solar PV Network

Тэхнічныя сістэмы: крышталічны крэмній і тонкая плёнка ў якасці асноўных кампанентаў

Фотаэлектрычныя (PV) элементы з'яўляюцца асноватворнымі асноўнымі кампанентамі фотаэлектрычных сістэм вытворчасці энергіі. Яны ў асноўным падзяляюцца на крышталічныя крэмніевыя сонечныя элементы і тонкаплёнкавыя сонечныя элементы ў залежнасці ад выкарыстоўваных матэрыялаў. Крышталічныя крэмніевыя элементы дамінуюць на долі рынку, у той час як тонкаплёнкавыя элементы, як чакаецца, павялічаць пранікненне ў сувязі з ростам прымянення фотаэлектрычных будынкаў.

1) Крышталічныя крэмніевыя элементы:

сонечныя батарэі з крышталічнага крэмнію распрацоўваліся на працягу некалькіх дзесяцігоддзяў, што прывяло да спелай тэхналагічнай сістэмы з бесперапынным павышэннем эфектыўнасці фотаэлектрычнага пераўтварэння. Прамысловасць таксама хутка пашырылася, значна знізіўшы гранічныя вытворчыя выдаткі. У цяперашняй фотаэлектрычнай індустрыі крышталічныя крэмніевыя элементы займаюць больш за 95% долі рынку з-за эканамічных пераваг, звязаных з эканоміяй на маштабе і іх высокай эфектыўнасцю пераўтварэння. Сярод іх монакрышталічныя крэмніевыя элементы характарызуюцца высокай эфектыўнасцю фотаэлектрычнага пераўтварэння і высокімі вытворчымі выдаткамі, у той час як полікрышталічныя крэмніевыя элементы маюць крыху меншую эфектыўнасць пераўтварэння, але недарагія ў вытворчасці і не пакутуюць ад значнага пагаршэння эфектыўнасці. Да 2017 года полікрышталічныя элементы займалі долю рынку да 73%. З 2017 года ўкараненне новых тэхналогій вытворчасці дазволіла значна знізіць выдаткі на вытворчасць монакрышталічнага крэмнію, а павелічэнне пранікнення тэхналогіі PERC істотна палепшыла эфектыўнасць пераўтварэння монакрышталічнага крэмнію, на долю якога цяпер прыпадае прыкладна 90% рынку крышталічных крэмніевых элементаў.

2) Тонкаплёнкавыя клеткі:

Тонкаплёнкавыя элементы яшчэ не дасягнулі шырокага рынкавага маштабу з-за іх адносна нізкай эфектыўнасці фотаэлектрычнага пераўтварэння. Тым не менш, яны дэманструюць высокую прадукцыйнасць пры слабым асвятленні, што робіць іх значна больш эфектыўнымі, чым крышталічныя крамянёвыя модулі ў некаторых праектах BAPV/BIPV, якія не выходзяць на поўдзень. Акрамя таго, паколькі тонкаплёнкавыя элементы маюць лепшы тэмпературны каэфіцыент, яны могуць падтрымліваць прадукцыйнасць у экстрэмальна высокіх тэмпературах, эфектыўна кампенсуючы недахопы крышталічнага крэмнію. Крышталічныя крэмніевыя элементы ў асноўным даступныя ў глыбокім сінім і светла-блакітным колерах, якія з'яўляюцца некалькі манатоннымі і не могуць задаволіць разнастайныя каляровыя патрэбы фотаэлектрычных будынкаў. Наадварот, тонкаплёнкавыя ячэйкі прапануюць перавагу рэгуляванага колеру, пры гэтым сучасныя рынкавыя прадукты ахопліваюць амаль усе распаўсюджаныя каляровыя схемы. Акрамя таго, тонкаплёнкавыя ячэйкі адносна лёгкія, што зніжае складанасць будаўніцтва і выдаткі на выраб апорных канструкцый пры выкарыстанні тонкаплёнкавых фотаэлектрычных модуляў.

Параўнанне крышталічнага крэмнію і тонкаплёнкавых элементаў у галіне стварэння фотаэлектрыкі

	Сонечныя батарэі з крышталічнага крэмнію	Тонкаплёнкавыя сонечныя батарэі
Магутнасць на адзінку плошчы	Крышталічна-крэмніевая фотаэлектрычная электрастанцыя з плошчай даху 1000 квадратных метраў мае магутнасць каля 100 кВт.	Тонкаплёнкавая фотаэлектрычная электрастанцыя з плошчай даху 1000 квадратных метраў мае магутнасць каля 70 кВт.
Прадукцыйнасць пры слабым асвятленні	Сонечныя элементы з крышталічнага крэмнію маюць адносна нізкую прадукцыйнасць пры слабым асвятленні. Напрыклад, у горадзе на поўдні Кітая фотаэлектрычныя модулі з крышталічнага крэмнію, усталяваныя непасрэдна на поўдзень, дасягаюць толькі 59% ад максімальнай эфектыўнасці пры неаптымальных умовах асвятлення.	Тонкаплёнкавыя сонечныя батарэі валодаюць высокай прадукцыйнасцю пры слабым асвятленні і менш адчувальныя да вуглоў ўстаноўкі. Яны выпрацоўваюць электрычнасць на працягу больш працяглых перыядаў ва ўмовах нізкай асветленасці ў параўнанні з элементамі з крышталічнага крэмнію, што робіць іх больш прыдатнымі для ўстаноўкі, якая не выходзіць на поўдзень, навясных сцен і праектаў BlPV у воблачных або халодных рэгіёнах.
Тэмпературны каэфіцыент	Тэмпературны каэфіцыент адносна высокі. Калі працоўная тэмпература перавышае 25°c, максімальная выхадная магутнасць памяншаецца на 0,40-0,45% на кожны рост на 1°c.	Тэмпературны каэфіцыент адносна нізкі. Калі рабочая тэмпература перавышае 25 ℃, максімальная выхадная магутнасць памяншаецца толькі на 0,19-0,21% на кожны рост на 1°C.
Разнастайнасць колераў	Каляровыя варыянты ў асноўным прадстаўлены ў адценнях сіняга, такіх як глыбокі сіні і светла-блакітны.	Па меры неабходнасці тонкаплёнкавыя модулі могуць быць выраблены ў розных колерах.
Вага модуля	Модулі адносна цяжкія.	Яны адносна лёгкія, што зніжае цяжкасці і выдаткі на будаўніцтва даху. Акрамя таго, пры выкарыстанні тонкаплёнкавых модуляў Py для навясных сцен патрабуецца менш структурнай падтрымкі і меншыя выдаткі ў параўнанні з модулямі з крышталічнага крэмнію.

Крыніца да 2021 г. Крышталічны крэмній, тонкая плёнка і пераўскіт Тэхналогія BIPV і рынкавы форум

У цэлым, крышталічны крэмній і тонкаплёнкавыя тэхналагічныя сістэмы адыгрываюць дадатковыя ролі ў галіне фотаэлектрычных будынкаў. Тэхналогія тонкіх плёнак мае відавочную перавагу ў канкрэтных фотаэлектрычных будаўнічых праектах, такіх як дахі, якія не выходзяць на поўдзень, навясныя сцены і індывідуальныя сцэнарыі. Згодна з даследаваннем Інстытута сонечных энергетычных сістэм імя Фраўнгофера ў Германіі ў 2018 г. па еўрапейскіх праектах BIPV , прыкладна ў 90% праектаў дахавых BIPV выкарыстоўваецца тэхналогія крышталічнага крэмнію, у той час як каля 56% фасадных праектаў BIPV выкарыстоўваюць тэхналогію тонкай плёнкі.

Класіфікацыя і характарыстыка асноўных тэхнічных сістэм фотаэлементаў

Тэхналагічная сістэма	Канкрэтныя матэрыялы	Эфектыўнасць фотаэлектрычнага пераўтварэння	Перавага	Недахоп
Сонечныя батарэі з крышталічнага крэмнію	Монакрышталічны крэмній	16% - 18%	Доўгі тэрмін службы (звычайна да 20-30 гадоў), высокая эфектыўнасць фотаэлектрычнага пераўтварэння	Высокі кошт вытворчасці, доўгі час вытворчасці, дрэнная праца ва ўмовах нізкай асветленасці
	Полікрышталічны крэмній	14% - 16%	Высокая светлавая стабільнасць, нізкі кошт, простая вытворчасць і адсутнасць відавочнага зніжэння эфектыўнасці	Дрэнная прадукцыйнасць выпрацоўкі энергіі ва ўмовах нізкай асветленасці
Тонкаплёнкавыя сонечныя батарэі	Аморфны крэмній	6% - 9%	Развітая тэхналогія, нізкі парог вытворчасці	Абмежаваная эфектыўнасць фотаэлектрычнага пераўтварэння
	Селенід індыю і галію (ClGS)	11%	Нізкі кошт вытворчасці, нізкі ўзровень забруджвання, адсутнасць спаду, добрыя характарыстыкі ва ўмовах нізкай асветленасці, высокая эфектыўнасць фотаэлектрычнага пераўтварэння	Тэхналогія вельмі адчувальная да суадносін элементаў, а структура складаная, патрабуе надзвычай строгай апрацоўкі і падрыхтоўкі умовы
	Тэлурыд кадмію (CdTe)	9% - 12%	Нізкі кошт вытворчасці, высокая эфектыўнасць пераўтварэння, нізкатэмпературны каэфіцыент (выдатная прадукцыйнасць пры нізкай тэмпературы), добры эфект пры слабым асвятленні	Дэфіцыт сыравіны і таксічнасць кадмію патрабуюць шырокамаштабнай сістэмы перапрацоўкі, што ўскладняе буйнамаштабнае прымяненне

Крыніца: Даследаванне прымянення сонечнай фотаэлектрыкі ў будынках, Агляд развіцця індустрыі тонкаплёнкавых сонечных элементаў з селеніду медзі, індыю і галію

BAPV (Building-Attached Photovoltaic) у цяперашні час з'яўляецца асноўнай формай будаўніцтва фотаэлектрыкі.

Зыходзячы з цяперашняга ландшафту галіны, BAPV застаецца дамінуючай формай інтэграванай у будынкі фотаэлектрыкі. У першую чаргу гэта звязана з тым, што штогод абмежавана будаўніцтва новых будынкаў, а стандарты для BIPV яшчэ не цалкам устаноўлены. Нават калі б BIPV быў прыняты неадкладна, усё роўна спатрэбіцца 3-5 гадоў, пакуль будынкі дасягнуць стадыі абмежавання, перш чым BIPV можна будзе выкарыстоўваць. У адрозненне ад гэтага, мадэрнізацыя існуючых дахаў адносна прасцей, а багацце існуючых рэсурсаў на дахах робіць яго больш прыдатным для хуткага развіцця размеркаванай фотаэлектрыкі на дадзеным этапе.

У параўнанні са сталымі замежнымі рынкамі, BIPV мае значны патэнцыял для павелічэння пранікнення ў будучыні.

У развітых краінах убудаваная фотаэлектрыка (BIPV) пачалася раней, і многія краіны ўкаранілі розныя палітыкі стымулявання і планы развіцця яшчэ ў канцы 20-га стагоддзя. Напрыклад, Германія, Італія, Японія і Злучаныя Штаты стварылі 'Праграмы сонечных фотаэлектрычных дахаў', усталяваўшы дакладныя мэты па будаўніцтве фотаэлектрычных магутнасцей у бліжэйшыя гады. Па стане на 2018 год, паводле справаздачы арганізацыі BIPVBOOST, у Японіі была самая высокая сукупная ўстаноўка BIPV у свеце з магутнасцю 3 ГВт, за якой ідуць Францыя (2,7 ГВт), Італія (2,5 ГВт) і ЗША (0,6 ГВт). Наадварот, сукупная ўстаноўка BIPV у Кітаі складала ўсяго 0,1 ГВт (прыкладна 0,7 ГВт да 2020 г.).

Калі параўноўваць гістарычныя магчымасці ўстаноўкі ў развітых рэгіёнах, цяперашняя агульная ўстаноўка BIPV у Кітаі эквівалентная ўзроўню, дасягнутаму Японіяй і Еўропай каля 5-10 гадоў таму. Такая траекторыя сведчыць аб тым, што кітайскі рынак яшчэ далёкі ад сталасці, і ёсць значныя магчымасці для павелічэння пранікнення BIPV у будучыні.