BIPV vs. BAPV: Komplementære roller i fotovoltaiske bygninger

Fotovoltaisk (PV) konstruktion kan opdeles i to typer baseret på integrationsniveauet af PV-moduler: Bygningsforbundet PV (BAPV) og Bygningsintegreret PV (BIPV) . Selvom BIPV har visse fordele med hensyn til omkostninger og ydeevne, er udviklingen stadig i de tidlige stadier. BAPV, som kan installeres direkte på eksisterende bygninger, forbliver den almindelige form. I sammenligning med oversøiske markeder har BIPV-installationer i Japan, Frankrig, Italien og USA nået henholdsvis 3GW, 2.7GW, 2.5GW og 0.6GW, mens det i Kina kun var 0.7GW i 2020, hvilket indikerer et betydeligt potentiale for øget BIPV-penetration i fremtiden . Fra et forretningsmodelperspektiv bevarer BAPV desuden flere egenskaber ved PV-produkter, med projekter hovedsageligt ledet af PV-fremstillingsvirksomheder. På den anden side er BIPV tæt forbundet med den overordnede byggeproces, idet den stoler mere på byggevirksomhedernes EPC-kapaciteter, hvilket bringer nye vækstmuligheder til byggesektoren. Overordnet set komplementerer BAPV og BIPV hinandens styrker og svagheder og tilbyder betydelige vækstmuligheder for både PV-producenter og byggefirmaer i PV-byggeindustrien.

Sammenligning af installationsmetoder: Building-Attached Photovoltaic (BAPV) vs. Building-Attached Photovoltaic (BIPV)

Fotovoltaiske (PV) applikationer i bygninger repræsenterer en ny grænse for solenergiproduktion. Denne teknologi integrerer solcelleanlæg med bygningers ydre strukturer, hvilket øger energieffektiviteten og reducerer forbruget, hvilket gør den til en afgørende komponent i opnåelsen af ​​passive bygninger med lav energi. 

Baseret på graden af ​​integration kan bygningsPV-systemer kategoriseres i to typer:

① Building-Attached Photovoltaic (BAPV): Dette refererer til PV-systemer installeret på eksisterende bygninger, der udnytter ledige rum til energiproduktion. BAPV er almindeligt anvendt til eftermontering af eksisterende strukturer.

② Bygningsintegreret fotovoltaisk (BIPV): Dette involverer PV-systemer, der samtidigt er designet, konstrueret og installeret med selve bygningen, og integreres problemfrit med bygningens struktur. BIPV-systemer genererer ikke kun elektricitet, men bidrager også til bygningens æstetiske udseende.

Sammenligning af byggemetoder:

① BAPV: Typisk bruger BAPV-systemer specielle beslag til at fastgøre PV-moduler til den eksisterende bygningsstruktur. Disse systemer tjener primært energiproduktionen uden at påvirke bygningens oprindelige funktionalitet, og de betragtes som 'installationstype' solcelleanlæg.

② BIPV: BIPV-systemer involverer en engangskonstruktions- og investeringstilgang, hvor PV-systemstøttestrukturer, PV-moduler og andre elektriske komponenter installeres direkte under bygningens byggefase. BIPV-systemer genererer ikke kun elektricitet, men erstatter også konventionelle byggematerialer, der fungerer både som en strukturel komponent og opfylder bygningens funktionelle krav.

Supplerende fordele og ulemper ved BAPV og BIPV, hvor BIPV tilbyder større økonomiske fordele

Building-Attached Photovoltaic (BAPV) og Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) systemer har komplementære styrker og svagheder. BIPV er generelt mere økonomisk. Ifølge beregninger for et tagprojekt af stålkonstruktion fra Polaris Solar PV Network , ved hjælp af en BIPV tagsystem kan spare cirka 164 RMB pr. kvadratmeter i materialeomkostninger. Derudover BIPV-systemer har en designlevetid på over 50 år, hvilket giver betydelige omfattende økonomiske fnger for at sikre pålidelighed.

1) Bygningsæstetik

·BIPV: Som et integreret solcelleanlæg er BIPV indarbejdet i det overordnede arkitektoniske design, hvilket resulterer i et mere sammenhængende og æstetisk bygningsudseende.

·BAPV: Da det er et eftermonteret system, er BAPV tilføjet efter konstruktion, hvilket fører til et mindre sammenhængende udseende.

2) Tagbærende

·BIPV: Taget i BIPV-konstruktioner er en ligetil, bærende konstruktion, med tydelig kraftfordeling, hvilket sikrer høj sikkerhed.

·BAPV: På grund af dets eftermonterede karakter oplever taget i BAPV-systemer mere komplekse belastningsforhold, som under langvarig vindbelastning og deformation kan forårsage træthedseffekter, der kan kompromittere den strukturelle sikkerhed.

3) Vandtætning

·BIPV: Bruger hydrofobe glaspaneler kombineret med hovedvandkanaler, vandtætte tætninger og andre elementer til at danne et omfattende tagafvandingssystem. Modulære kombinationer af tagkonstruktion, blinkende og ovenlysbånd kan opnå overlegen vandtætningsydelse.

·BAPV: Giver ikke i sig selv vandtætning; den er afhængig af, at det eksisterende tag har tilstrækkelig vandtætningsevne.

4) Konstruktionsvanskeligheder

·BIPV: Som en kritisk strukturel komponent skal BIPV opfylde høje standarder for vandtætning, isolering og andre arkitektoniske ydeevnekriterier, hvilket gør installationen mere udfordrende.

·BAPV: Indebærer blot at tilføje PV-komponenter til et eksisterende tag, hvilket gør installationen forholdsvis ligetil.

5) Drift og vedligeholdelse

·BIPV: Tage er designet med modulære PV-paneler, men vedligeholdelse kræver at sikre, at tagfunktionerne forbliver intakte, hvilket øger kompleksiteten af ​​drift og vedligeholdelse.

·BAPV: Vedligeholdelse kan udføres direkte på taget med relativt let adskillelse og genmontering, hvilket gør drift og vedligeholdelse mindre udfordrende.

B

Sammenligning ltems	BIPV system	BAPV system
Tagplader af aluminium-magnesium-mangan	/	Inklusive lodrette låsekanter af aluminium-magnesium-mangan tagpaneler og aluminiumslegeringer af T-type, ca. ￥200/㎡
Tilbehør til systembeslag	Inklusive understøttende kamferstrimler, aluminiumslegeringsstrimler, gummitætningslister, fikseringer osv. omkring ￥0,6/W*120W/㎡=￥72	Inklusive klemmer, styreskinner, fastgørelser osv. omkring ￥0,3 /W*120W/㎡ = ￥36
Fotovoltaisk Power Generation Module enhed Board	Inklusive fotovoltaiske paneler og Ming-legeringsrammer, ca. 120W/㎡'* ￥ 2,8 /W= ￥336	Inklusive fotovoltaiske paneler og Ming-legeringsrammer, ca. 120W/㎡* ￥ ​​2,8 /W = ￥336
Omfattende omkostninger (materialepris)	Systembeslagtilbehør + fotovoltaisk strømproduktionskomponentkort =￥408 /㎡	Aluminium-magnesium-mangan tagpaneler + systembeslag tilbehør + fotovoltaisk strømproduktion komponent enhedskort = ￥572 /㎡
Enhedspris (yuan/kvadratmeter)	408	572
Konklusion	Brugen af ​​fotovoltaisk bygnings integreret tagsystem kan spare materialer ￥160 /㎡

Data fra  Polaris Solar PV Network

BIPV vs. BAPV

Sammenligning ltems	BIPV system	BAPV system
Bygningens udseende	Indarbejdet i det overordnede design af bygningen, uden at miste skønhed	Sen installation, dårlig integritet
Designliv	Levetiden kan nå mere end 50 år	20-25 år
Tagspænding	Taget er et enkelt tag med tydelige strukturelle spændinger og høj strukturel sikkerhed	Kompleks belastning, langvarig vindbelastning og deformation kan forårsage træthedseffekter, der påvirker den strukturelle sikkerhed
Vandtæthed	Tagafvandingsstammen er dannet af hydrofobe glaspaneler, hovedvandbeholdere. vandtætte tætninger osv. Tagkonstruktionen, blinkkanter, lyslister osv. er modulopbygget for at undgå lækagefare	Ingen grund til at give vandtætningsevne, kun det eksisterende tag skal have vandtætningsevne
Konstruktionssvær	Hiah installationsnøjagtighed, udfører tagvandtætning, varmeisolering og andre funktioner og har store konstruktionsproblemer	Konstruktion i to faser, lav vanskelighed ved komponentinstallation
Drift og vedligeholdelse	Taget er modulopbygget og monteret med et enkelt batterimodul som en enhed. Ved inspektion og reparation er det også nødvendigt at overveje, om taget fungerer fuldstændigt, og om drift og vedligeholdelse er vanskelig	Kan inspiceres og repareres direkte på taget, demontering og montering er relativt bekvemt, og betjening og vedligeholdelse er let

Data fra Polaris Solar PV Network

Tekniske systemer: Krystallinsk silicium og tyndfilm som hovedkomponentmaterialer

Fotovoltaiske (PV) celler er de grundlæggende kernekomponenter i PV elproduktionssystemer. De er primært kategoriseret i krystallinske silicium solceller og tyndfilm solceller baseret på de anvendte materialer. Krystallinske siliciumceller dominerer markedsandelen, mens tyndfilmsceller forventes at se øget penetration på grund af væksten i solcellebygningsapplikationer.

1) Krystallinske siliciumceller:

Krystallinske siliciumsolceller har udviklet sig over flere årtier, hvilket har ført til et modent teknologisk system med løbende forbedring af fotoelektrisk konverteringseffektivitet. Industrien er også vokset hurtigt, hvilket har sænket de marginale produktionsomkostninger markant. I den nuværende PV-industri har krystallinske siliciumceller over 95% af markedsandelen på grund af de økonomiske omkostningsfordele, som stordriftsfordele og deres høje konverteringseffektivitet medfører. Blandt dem er monokrystallinske siliciumceller kendetegnet ved høj fotoelektrisk konverteringseffektivitet og høje fremstillingsomkostninger, mens polykrystallinske siliciumceller har lidt lavere omdannelseseffektivitet, men er billige at fremstille og lider ikke af væsentlig effektivitetsforringelse. Før 2017 havde polykrystallinske celler en markedsandel på hele 73 %. Siden 2017 har introduktionen af ​​nye produktionsteknologier reduceret produktionsomkostningerne for monokrystallinsk silicium markant, og den øgede indtrængning af PERC-teknologi har væsentligt forbedret konverteringseffektiviteten af ​​monokrystallinsk silicium, som nu udgør cirka 90% af markedet for krystallinske siliciumceller.

2) Tyndfilmsceller:

Tyndfilmsceller har endnu ikke opnået en stor markedsskala på grund af deres relativt lavere fotoelektriske konverteringseffektivitet. De udviser dog stærk ydeevne i svagt lys, hvilket gør dem betydeligt mere effektive end krystallinske siliciummoduler i nogle ikke-sydvendte BAPV/BIPV-projekter. Fordi tyndfilmsceller har en bedre temperaturkoefficient, kan de desuden opretholde ydeevnen under ekstreme høje temperaturforhold, hvilket effektivt kompenserer for manglerne ved krystallinsk silicium. Krystallinske siliciumceller fås primært i dybe blå og lyseblå farver, som er noget ensformige og ikke kan opfylde solcellebygningernes forskelligartede farvebehov. I modsætning hertil tilbyder tyndfilmsceller fordelen ved justerbar farve, med nuværende markedsprodukter, der dækker næsten alle almindelige farveskemaer. Ydermere er tyndfilmsceller relativt lette, hvilket reducerer konstruktionsbesvær og produktionsomkostningerne for støttestrukturer, når der anvendes tyndfilm PV-moduler.

Sammenligning af krystallinsk silicium og tyndfilmsceller inden for bygning af solcelleanlæg

	Krystallinske silicium solceller	Tyndfilms solceller
Strøm pr. områdeenhed	Et solcelleværk af krystallinsk silicium med et tagareal på 1.000 kvadratmeter har en kapacitet på cirka 100 kW.	Et tyndfilm solcelleanlæg med et tagareal på 1.000 kvadratmeter har en kapacitet på cirka 70 kW.
Lav-lys ydeevne	Krystallinske siliciumsolceller har relativt dårlig ydeevne i svagt lys. For eksempel, i en sydkinesisk by opnår solcellemoduler af krystallinsk silicium installeret direkte mod syd kun 59 % af deres maksimale effektivitet under suboptimale lysforhold.	Tyndfilmssolceller har stærk ydeevne i svagt lys og er mindre følsomme over for installationsvinkler. De genererer elektricitet i længere perioder under dårlige lysforhold sammenlignet med krystallinske siliciumceller, hvilket gør dem mere velegnede til ikke-sydvendte installationer, gardinvægge og BlPV-projekter i overskyede eller kolde områder.
Temperaturkoefficient	Temperaturkoefficienten er relativt høj. Når driftstemperaturen overstiger 25°c, falder den maksimale udgangseffekt med 0,40-0,45% for hver stigning på 1°c.	Temperaturkoefficienten er relativt lav. Når driftstemperaturen overstiger 25℃, falder den maksimale effekt kun med 0,19-0,21% for hver stigning på 1°C.
Farvediversitet	Farvemulighederne er hovedsageligt i blå nuancer, såsom dyb blå og lyseblå.	Tyndfilmsmoduler kan produceres i forskellige farver efter behov.
Modulvægt	Modulerne er relativt tunge.	De er relativt lette, hvilket reducerer tagkonstruktionsbesvær og omkostninger. Derudover, når de bruges i gardinvægsapplikationer, kræver tyndfilm Py-moduler mindre strukturel støtte og pådrager sig lavere omkostninger sammenlignet med krystallinske siliciummoduler.

Kilde inden 2021 Krystallinsk silicium, tyndfilm og perovskit BIPV-teknologi og markedsforum

Generelt spiller krystallinsk silicium og tyndfilmsteknologiske systemer komplementære roller inden for solcellebygninger. Tyndfilmsteknologi har en klar fordel i specifikke fotovoltaiske byggeprojekter, såsom ikke-sydvendte tage, gardinvægge og skræddersyede scenarier. Ifølge en undersøgelse fra 2018 fra Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems i Tyskland om europæiske BIPV-projekter bruger cirka 90 % af tag-BIPV-projekter krystallinsk siliciumteknologi, mens omkring 56 % af facade-BIPV-projekter anvender tyndfilmsteknologi.

Klassificering og karakteristika for de vigtigste tekniske systemer af fotovoltaiske celler

Teknologisk system	Specifikke materialer	Fotoelektrisk konverteringseffektivitet	Fordel	Ulempe
Krystallinske silicium solceller	Monokrystallinsk silicium	16 % - 18 %	Lang levetid (generelt op til 20-30 år), høj fotoelektrisk konverteringseffektivitet	Høje produktionsomkostninger, lang produktionstid, dårlig ydeevne i svagt lys
	Polykrystallinsk silicium	14 % - 16 %	Høj lysstabilitet, lave omkostninger, enkel produktion og ingen åbenlys nedgang i effektiviteten	Dårlig kraftgenereringsydelse ved lavt lys
Tyndfilms solceller	Amorft silicium	6 % - 9 %	Moden teknologi, lav produktionstærskel	Begrænset fotoelektrisk konverteringseffektivitet
	Kobber indium gallium selenid (ClGS)	11 %	Lave produktionsomkostninger, lav forurening, ingen nedgang, god ydeevne i svagt lys, høj fotoelektrisk konverteringseffektivitet	Teknologien er meget følsom over for elementære forhold, og strukturen er kompleks og kræver ekstremt stringent bearbejdning og forberedelse forhold
	Cadmium tellurid (CdTe)	9 % - 12 %	Lave fremstillingsomkostninger, høj konverteringseffektivitet, lavtemperaturkoefficient (fremragende ydeevne ved lav temperatur), god lavlyseffekt	Manglen på råmaterialer og toksiciteten af ​​cadmium nødvendiggør et genanvendelsessystem i stor skala, hvilket gør store applikationer vanskelige

Kilde fra forskning om anvendelse af solceller i bygninger, Oversigt over udviklingen af ​​kobberindium gallium selenid tyndfilm solcelle industri

BAPV (Building-Attached Photovoltaic) er i øjeblikket den almindelige form for bygning af solceller.

Fra det nuværende industrilandskab er BAPV fortsat den dominerende form for bygningsintegreret solcelle. Det skyldes primært, at opførelsen af ​​nye bygninger er begrænset hvert år, og standarderne for BIPV er endnu ikke helt fastlagt. Selvom BIPV skulle tages i brug med det samme, vil der stadig gå 3-5 år, før bygningerne når dækningsstadiet, før BIPV kan tages i brug. I modsætning hertil er eftermontering af eksisterende tage relativt lettere, og overfloden af ​​eksisterende tagressourcer gør det mere egnet til den hurtige udvikling af distribueret solcelle på dette stadium.

Sammenlignet med modne oversøiske markeder har BIPV et betydeligt potentiale for øget penetration i fremtiden.

I udviklede lande begyndte bygningsintegreret solcelleanlæg (BIPV) tidligere, hvor mange lande implementerede forskellige incitamentspolitikker og udviklingsplaner allerede i slutningen af ​​det 20. århundrede. For eksempel har Tyskland, Italien, Japan og USA alle etableret 'Solar PV Roof Programs', der sætter klare mål for opbygning af PV installationskapacitet i de kommende år. Fra 2018, ifølge en rapport fra BIPVBOOST-organisationen, havde Japan den højeste kumulative BIPV-installation globalt med en kapacitet på 3 GW, efterfulgt af Frankrig (2,7 GW), Italien (2,5 GW) og USA (0,6 GW). I modsætning hertil var Kinas kumulative BIPV-installation kun 0,1 GW (ca. 0,7 GW i 2020).

Når man sammenligner den historiske installationskapacitet i udviklede regioner, svarer Kinas nuværende samlede BIPV-installation til de niveauer, Japan og Europa nåede for omkring 5 til 10 år siden. Denne bane indikerer, at markedet i Kina langt fra er modent, og der er betydelig plads til, at BIPV-penetrationen kan stige i fremtiden.