BIPV vs BAPV: täiendavad rollid fotogalvaanilistes hoonetes

Fotogalvaanilise (PV) konstruktsiooni saab PV-moodulite integratsioonitaseme alusel jagada kahte tüüpi: Hoone külge kinnitatud PV (BAPV) ja Hoonega integreeritud PV (BIPV) . Kuigi BIPV-l on teatud eelised kulude ja jõudluse osas, on selle väljatöötamine alles algusjärgus. BAPV, mida saab paigaldada otse olemasolevatele hoonetele, jääb tavavormiks. Võrreldes välisturgudega on BIPV-paigaldised Jaapanis, Prantsusmaal, Itaalias ja Ameerika Ühendriikides jõudnud vastavalt 3GW, 2,7GW, 2,5GW ja 0,6GW-ni, samas kui Hiinas oli see 2020. aastal vaid 0,7GW, mis näitab märkimisväärset potentsiaali BIPV leviku suurendamiseks tulevikus . Lisaks säilitab BAPV ärimudeli vaatenurgast rohkem fotoelektriliste toodete omadusi, kusjuures projekte juhivad peamiselt PV tootmisettevõtted. Teisest küljest on BIPV tihedalt seotud üldise ehitusprotsessiga, tuginedes rohkem ehitusettevõtete EPC võimekusele, tuues seeläbi ehitussektorisse uusi kasvuvõimalusi. Üldiselt täiendavad BAPV ja BIPV teineteise tugevaid ja nõrku külgi, pakkudes olulisi kasvuvõimalusi nii PV-tootjatele kui ka PV ehitustööstuse ehitusettevõtetele.

Paigaldusmeetodite võrdlus: hoonesse kinnitatud fotogalvaanika (BAPV) vs hoonesse integreeritud fotogalvaanika (BIPV)

Fotogalvaanilised (PV) rakendused hoonetes kujutavad endast uut piiri päikeseenergia tootmisel. See tehnoloogia integreerib PV-süsteemid hoonete väliskonstruktsioonidega, suurendades energiatõhusust ja vähendades tarbimist, muutes selle oluliseks komponendiks madala energiatarbega passiivhoonete loomisel. 

Sõltuvalt integratsiooniastmest võib PV-süsteemide ehitamised jagada kahte tüüpi:

① Building-Attached Photovoltaic (BAPV): see viitab olemasolevatele hoonetele paigaldatud PV-süsteemidele, mis kasutavad energia tootmiseks tühikuid. BAPV-d kasutatakse tavaliselt olemasolevate konstruktsioonide moderniseerimiseks.

② Building-Integrated Photovoltaic (BIPV): see hõlmab PV-süsteeme, mis projekteeritakse, ehitatakse ja paigaldatakse samaaegselt koos hoone endaga, integreerides sujuvalt hoone konstruktsiooniga. BIPV süsteemid mitte ainult ei tooda elektrit, vaid aitavad kaasa ka hoone esteetilisele välimusele.

Ehitusmeetodite võrdlus:

① BAPV: Tavaliselt kasutavad BAPV-süsteemid spetsiaalseid sulgusid, et kinnitada PV-moodulid olemasoleva hoonekonstruktsiooni külge. Need süsteemid täidavad peamiselt energiatootmise funktsiooni, ilma et see mõjutaks hoone algset funktsionaalsust, ja neid peetakse 'paigaldise tüüpi' päikeseenergia hooneteks.

② BIPV: BIPV-süsteemid hõlmavad ühekordset ehitus- ja investeerimismeetodit, kus PV-süsteemi tugistruktuurid, PV-moodulid ja muud elektrikomponendid paigaldatakse vahetult hoone ehitusfaasis. BIPV süsteemid mitte ainult ei tooda elektrit, vaid asendavad ka tavapäraseid ehitusmaterjale, toimides nii konstruktsioonikomponendina kui ka täites hoone funktsionaalseid nõudeid.

BAPV ja BIPV täiendavad eelised ja puudused, BIPV pakub suuremat majanduslikku kasu

Building-Attached Photovoltaic (BAPV) ja Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) süsteemidel on üksteist täiendavad tugevad ja nõrgad küljed. BIPV on üldiselt säästlikum. Vastavalt teraskonstruktsioonide tehase katuseprojekti arvutustele Polaris Solar PV Networki , kasutades a BIPV katusesüsteem võib materjalikuludelt kokku hoida ligikaudu 164 RMB ruutmeetri kohta. Lisaks BIPV-süsteemide projekteeritud eluiga on üle 50 aasta, pakkudes olulisi kõikehõlmavaid majanduslikke eeliseid. Konkreetne võrdlus on järgmine:

1) Ehitusesteetika

· BIPV: integreeritud fotogalvaanilise süsteemina on BIPV integreeritud üldisesse arhitektuursesse kujundusse, mille tulemuseks on ühtsem ja esteetilisem hoone välimus.

· BAPV: kuna tegemist on tagantjärele paigaldatud süsteemiga, lisatakse BAPV pärast ehitust, mis toob kaasa vähem ühtse välimuse.

2) Katuse kandevõime

·BIPV: BIPV konstruktsioonide katus on sirgjooneline kandekonstruktsioon, millel on selge jõujaotus, mis tagab kõrge ohutuse.

·BAPV: katus BAPV-süsteemide on oma moderniseeritud olemuse tõttu keerukamate koormustingimustega, mis pikaajalise tuulekoormuse ja deformatsiooni korral võivad põhjustada väsimusmõjusid, mis võivad kahjustada konstruktsiooni ohutust.

3) Hüdroisolatsioon

·BIPV: kasutab hüdrofoobseid klaaspaneele koos peamiste veekanalite, veekindlate tihendite ja muude elementidega, et moodustada terviklik katuse äravoolusüsteem. Modulaarsed katusekonstruktsioonide kombinatsioonid, katted ja katuseaknad võivad saavutada suurepärase veekindluse.

·BAPV: ei taga olemuselt veekindlust; see tugineb olemasoleva katuse piisavale hüdroisolatsioonivõimele.

4) Ehitusraskused

· BIPV: kriitilise konstruktsioonikomponendina peab BIPV vastama kõrgetele hüdroisolatsiooni, isolatsiooni ja muude arhitektuurse jõudluse kriteeriumidele, muutes paigaldamise keerukamaks.

· BAPV: hõlmab lihtsalt PV komponentide lisamist olemasolevale katusele, muutes paigaldamise suhteliselt lihtsaks.

5) Kasutamine ja hooldus

·BIPV: katused on projekteeritud modulaarsete PV-paneelidega, kuid hooldus nõuab katusefunktsioonide puutumatust, mis muudab töö ja hoolduse keerukamaks.

·BAPV: Hooldust saab teostada otse katusel, seda saab suhteliselt lihtsalt lahti võtta ja uuesti kokku panna, muutes toimingud ja hoolduse vähem keerukaks.

BIPV vs BAPV: põhjalik kulude võrdlus

Võrdlus ltems	BIPV süsteem	BAPV süsteem
Alumiinium-magneesium-mangaan Katusepaneelid	/	Kaasa arvatud vertikaalse lukustatud servaga alumiinium-magneesium-mangaan katusepaneelid ja alumiiniumisulamist T-tüüpi toed, umbes 200 ￥/㎡
Süsteemi kronsteini tarvikud	Sealhulgas toetavad kerged kamperribad, alumiiniumisulamist ribad, kummist tihendusribad, kinnitused jne umbes 0,6/W*120W/㎡=￥72	Kaasa arvatud klambrid, juhtsiinid, kinnitused jne umbes 0,3 ￥ /W*120W/㎡ = ￥36
Fotogalvaanilise elektritootmismooduli plaat	Kaasa arvatud fotogalvaanilised paneelid ja Mingi sulamist raamid, umbes 120 W/㎡'* ￥ 2,8 /W= ￥336	Kaasa arvatud fotogalvaanilised paneelid ja Mingi sulamist raamid, umbes 120 W/㎡* ￥ ​​2,8/W = ￥ 336
Üldkulud (materjali hind)	Süsteemi kronsteini tarvikud + fotogalvaanilise elektritootmise komponentide plaat =￥408 /㎡	Alumiinium-magneesium-mangaan katusepaneelid + süsteemiklambri lisatarvikud + fotogalvaanilise elektritootmise komponentide plaat = 572 ￥ /㎡
Ühiku maksumus (jüaani/ruutmeeter)	408	572
Järeldus	Fotogalvaanilise hoone integreeritud katusesüsteemi kasutamine võib säästa materjale 160 ￥ /㎡

Andmed  Polaris Solar PV Networkilt

BIPV vs BAPV

Võrdlus ltems	BIPV süsteem	BAPV süsteem
Hoone välimus	Kaasatud hoone üldisesse kujundusse, kaotamata ilu	Hiline paigaldamine, halb terviklikkus
Disainielu	Eluiga võib ulatuda üle 50 aasta	20-25 aastat
Katuse stress	Katus on lihtne katus, millel on selge konstruktsiooniline pinge ja kõrge konstruktsiooniohutus	Komplekssed pinged, pikaajaline tuulekoormus ja deformatsioon võivad põhjustada väsimust, mis mõjutab konstruktsiooni ohutust
Veekindlus	Katuse äravoolutoru moodustavad hüdrofoobsed klaaspaneelid, peamised veepaagid.veekindlad tihendid jne. Katusekonstruktsioon, vilkuvad äärised, valgusliistud jne on lekkeohu vältimiseks modulaarselt koostatud	Hüdroisolatsiooni ei pea tagama, ainult olemasolev katus peab olema hüdroisolatsioonivõimega
Ehituse raskus	Hiah paigaldustäpsus, täidab katuse hüdroisolatsiooni, soojusisolatsiooni ja muid funktsioone ning tal on suured ehitusraskused	Ehitus kahes etapis, komponentide paigaldamisel vähe raskusi
Kasutamine ja hooldus	Katus on modulaarselt desianeeritud ja paigaldatud ühe akumooduliga. Kontrollimisel ja remontimisel tuleb arvestada ka sellega, kas katus toimib täielikult ning kas kasutamine ja hooldamine on keeruline	Saab otse katusel kontrollida ja remontida, lahtivõtmine ja kokkupanek on suhteliselt mugav ning kasutamine ja hooldus lihtne

Andmed Polaris Solar PV Networkilt

Tehnilised süsteemid: põhikomponentidena kristalliline räni ja õhuke kile

Fotogalvaanilised (PV) elemendid on PV elektritootmissüsteemide põhikomponendid. Kasutatud materjalide põhjal liigitatakse need peamiselt kristalliliseks räni päikesepatareideks ja õhukese kilega päikesepatareideks. Kristallilised ränielemendid domineerivad turuosa, samas kui õhukese kilega elemendid näevad eeldatavasti suuremat läbitungimist fotogalvaaniliste ehitusrakenduste kasvu tõttu.

1) Kristallilised ränielemendid:

Kristallilisest ränist päikesepatareid on arenenud mitme aastakümne jooksul, mis on viinud küpse tehnoloogilise süsteemini, mille fotoelektrilise muundamise efektiivsus pidevalt paraneb. Tööstus on samuti kiiresti laienenud, alandades oluliselt tootmise piirkulusid. Praeguses PV-tööstuses omavad kristalsed ränielemendid üle 95% turuosast tänu mastaabisäästule ja nende kõrgele muundamise efektiivsusele. Nende hulgas iseloomustab monokristallilisi ränielemente kõrge fotoelektrilise muundamise efektiivsus ja kõrged tootmiskulud, samas kui polükristallilistel ränielementidel on veidi madalam konversioonitõhusus, kuid nende tootmine on odav ja nende efektiivsus ei vähene oluliselt. Enne 2017. aastat oli polükristalliliste elementide turuosa koguni 73%. Alates 2017. aastast on uute tootmistehnoloogiate kasutuselevõtt oluliselt vähendanud monokristallilise räni tootmiskulusid ning PERC tehnoloogia suurenenud levik on oluliselt parandanud monokristallilise räni muundamise efektiivsust, mis praegu moodustab ligikaudu 90% kristalse räni elementide turust.

2) Õhukese kilega rakud:

Õhukese kilega elemendid ei ole nende suhteliselt madalama fotoelektrilise muundamise efektiivsuse tõttu veel laiaulatuslikku turu ulatust saavutanud. Siiski on neil tugev jõudlus vähese valguse korral, muutes need mõnes mittelõunasuunalises BAPV/BIPV projektis oluliselt tõhusamaks kui kristallilisest räni moodulid. Lisaks, kuna õhukese kilega elementidel on parem temperatuurikoefitsient, suudavad need säilitada jõudlust äärmuslikes kõrge temperatuuri tingimustes, kompenseerides tõhusalt kristallilise räni puudusi. Kristallilised ränielemendid on saadaval peamiselt sügavsinistes ja helesinistes värvitoonides, mis on mõnevõrra monotoonsed ega suuda rahuldada fotogalvaaniliste hoonete mitmekülgset värvivajadust. Seevastu õhukese kilega rakud pakuvad reguleeritava värvi eelist, praegused turutooted hõlmavad peaaegu kõiki levinud värviskeeme. Lisaks on õhukese kilega rakud suhteliselt kerged, vähendades õhukese kilega PV-moodulite kasutamisel ehitusraskusi ja tugistruktuuride tootmiskulusid.

Kristallilise räni ja õhukese kilega elementide võrdlus fotogalvaanilise ehituse valdkonnas

	Kristallilisest ränist päikesepatareid	Õhukese kilega päikesepatareid
Võimsus pindalaühiku kohta	1000-ruutmeetrise katusepinnaga kristallilisest ränist fotogalvaanilise elektrijaama võimsus on ligikaudu 100 kW.	1000-ruutmeetrise katusepinnaga õhukese kilega fotogalvaanilise elektrijaama võimsus on ligikaudu 70 kW.
Vähese valguse jõudlus	Kristallilise räni päikesepatareide jõudlus väheses valguses on suhteliselt halb. Näiteks Lõuna-Hiina linnas saavutavad otse lõuna poole paigaldatud kristalsest ränist PV-moodulid mitteoptimaalsete valgustingimuste korral ainult 59% oma maksimaalsest efektiivsusest.	Õhukese kilega päikesepatareid on hämaras ja vähem tundlikud paigaldusnurkade suhtes. Võrreldes kristalse ränielementidega toodavad need vähese valgusega tingimustes elektrit pikemaks ajaks, muutes need sobivamaks mitte-lõunapoolsete paigaldiste, kardina seinte ja BlPV-projektide jaoks pilves või külmas piirkonnas.
Temperatuuri koefitsient	Temperatuuri koefitsient on suhteliselt kõrge. Kui töötemperatuur ületab 25 °C, väheneb maksimaalne väljundvõimsus 0,40–0,45% iga 1 °C tõusuga.	Temperatuurikoefitsient on suhteliselt madal. Kui töötemperatuur ületab 25 ℃, väheneb maksimaalne väljundvõimsus ainult 0,19–0,21% iga 1 °C tõusuga.
Värvide mitmekesisus	Värvivalikud on peamiselt sinistes toonides, näiteks sügavsinine ja helesinine.	Õhukese kilega mooduleid saab vastavalt vajadusele toota erinevates värvides.
Mooduli kaal	Moodulid on suhteliselt rasked.	Need on suhteliselt kerged, vähendades katusekonstruktsiooni raskusi ja kulusid. Lisaks vajavad õhukese kilega Py moodulid kardina seintes kasutamisel vähem konstruktsioonilist tuge ja madalamad kulud võrreldes kristalse räni moodulitega.

Allikas 2021. aasta kristallilise räni, õhukese kilega ja perovskite BIPV tehnoloogia ja turufoorum

Üldiselt mängivad kristallilise räni ja õhukese kilega tehnoloogilised süsteemid fotogalvaaniliste hoonete valdkonnas täiendavaid rolle. Õhukese kilega tehnoloogial on selge eelis konkreetsete fotogalvaaniliste ehitusprojektide puhul, nagu näiteks mitte-lõunasuunalised katused, kardinaseinad ja kohandatud stsenaariumid. 2018. aasta uuringu kohaselt Euroopa Fraunhoferi päikeseenergiasüsteemide instituudi Saksamaal asuva BIPV projektide kohta kasutab ligikaudu 90% katuse BIPV projektidest kristallilise räni tehnoloogiat, samas kui umbes 56% fassaadide BIPV projektidest kasutab õhukese kile tehnoloogiat.

Fotogalvaaniliste elementide peamiste tehniliste süsteemide klassifikatsioon ja omadused

Tehnoloogiline süsteem	Spetsiifilised materjalid	Fotoelektrilise muundamise efektiivsus	Eelis	Puudus
Kristallilisest ränist päikesepatareid	Monokristalliline räni	16% - 18%	Pikk eluiga (tavaliselt kuni 20-30 aastat), kõrge fotoelektrilise muundamise efektiivsus	Kõrge tootmiskulu, pikk tootmisaeg, halb jõudlus vähese valguse korral
	Polükristalliline räni	14%–16%	Kõrge valguse stabiilsus, madalad kulud, lihtne tootmine ja tõhususe ilmse languseta	Kehv energiatootmine vähese valguse korral
Õhukese kilega päikesepatareid	Amorfne räni	6% - 9%	Küps tehnoloogia, madal tootmislävi	Piiratud fotoelektrilise muundamise efektiivsus
	Vask-indium-galliumseleniid (ClGS)	11%	Madalad tootmiskulud, madal saastetase, langus puudub, hea jõudlus vähese valguse korral, kõrge fotoelektrilise muundamise efektiivsus	Tehnoloogia on elementide suhete suhtes väga tundlik ja struktuur on keeruline, nõudes äärmiselt ranget töötlemist ja ettevalmistamist tingimused
	Kaadmiumtelluriid (CdTe)	9% - 12%	Madalad tootmiskulud, kõrge muundamise efektiivsus, madala temperatuuri koefitsient (suurepärane jõudlus madalal temperatuuril), hea vähese valguse efekt	Tooraine nappus ja kaadmiumi mürgisus nõuavad suuremahulist ringlussevõtu süsteemi, mis muudab suuremahulised rakendused keeruliseks

Allikas Research on Päikese fotogalvaanika rakendamine hoonetes, Ülevaade vask-indiumgalliumseleniidi õhukese kilega päikesepatareide tööstuse arengust

BAPV (Building-Attached Photovoltaic) on praegu peamine fotogalvaanika ehitamise vorm.

Praegusel tööstusmaastikul on BAPV endiselt hoonesse integreeritud fotogalvaanika domineeriv vorm. Seda peamiselt seetõttu, et uute hoonete ehitamine on igal aastal piiratud ja BIPV standardid pole veel täielikult kehtestatud. Isegi kui BIPV kohe kasutusele võetaks, kuluks 3–5 aastat, enne kui hooned jõuavad ülempiirini, enne kui BIPV-d saab kasutada. Seevastu olemasolevate katuste moderniseerimine on suhteliselt lihtsam ja olemasolevate katuseressursside rohkus muudab selle praeguses etapis hajutatud fotogalvaanika kiireks arendamiseks sobivamaks.

Võrreldes küpsete välisturgudega, on BIPV-l märkimisväärne potentsiaal tulevikus suuremaks levikuks.

Arenenud riikides sai hoonesse integreeritud fotogalvaanika (BIPV) alguse varem, paljudes riikides rakendati erinevaid stiimulipoliitikaid ja arengukavasid juba 20. sajandi lõpus. Näiteks Saksamaa, Itaalia, Jaapan ja Ameerika Ühendriigid on kõik loonud 'Päikeseenergia katuseprogrammid', seades selged eesmärgid PV paigaldusvõimsuste suurendamiseks lähiaastatel. Organisatsiooni BIPVBOOST aruande kohaselt oli 2018. aasta seisuga Jaapanis suurim kumulatiivne BIPV paigaldus kogu maailmas, võimsusega 3 GW, järgnesid Prantsusmaa (2,7 GW), Itaalia (2,5 GW) ja Ameerika Ühendriigid (0,6 GW). Seevastu Hiina kumulatiivne BIPV paigaldus oli vaid 0,1 GW (umbes 0,7 GW aastaks 2020).

Kui võrrelda arenenud piirkondade ajaloolist paigaldusvõimsust, siis Hiina praegune kogu BIPV paigaldus on samaväärne Jaapani ja Euroopa tasemega, mis saavutati umbes 5–10 aastat tagasi. See trajektoor näitab, et Hiina turg pole kaugeltki küps ja BIPV levikule on tulevikus palju ruumi.