BIPV در مقابل BAPV: نقش های مکمل در ساختمان های فتوولتائیک

ساخت و ساز فتوولتائیک (PV) را می توان بر اساس سطح یکپارچه سازی ماژول های PV به دو نوع تقسیم کرد: PV متصل به ساختمان (BAPV) و PV یکپارچه ساختمان (BIPV) . اگرچه BIPV از نظر هزینه و عملکرد مزایای خاصی دارد، اما توسعه آن هنوز در مراحل اولیه است. BAPV، که می تواند به طور مستقیم بر روی ساختمان های موجود نصب شود، شکل اصلی باقی می ماند. در مقایسه با بازارهای خارج از کشور، نصب BIPV در ژاپن، فرانسه، ایتالیا و ایالات متحده به ترتیب به 3GW، 2.7GW، 2.5GW و 0.6GW رسیده است، در حالی که در چین، این میزان در سال 2020 تنها 0.7GW بوده است که نشان دهنده پتانسیل قابل توجهی برای افزایش نفوذ BIPV در آینده است . علاوه بر این، از دیدگاه مدل تجاری، BAPV ویژگی های بیشتری از محصولات PV را حفظ می کند، با پروژه هایی که عمدتا توسط شرکت های تولید کننده PV هدایت می شوند. از سوی دیگر، BIPV ارتباط تنگاتنگی با روند کلی ساخت و ساز دارد و بیشتر بر قابلیت‌های EPC شرکت‌های ساختمانی تکیه می‌کند و در نتیجه فرصت‌های رشد جدیدی را برای بخش ساخت‌وساز به ارمغان می‌آورد. به طور کلی، BAPV و BIPV نقاط قوت و ضعف یکدیگر را تکمیل می کنند و فرصت های رشد قابل توجهی را برای تولید کنندگان PV و شرکت های ساختمانی در صنعت ساخت و ساز PV ارائه می دهند.

مقایسه روش‌های نصب: فتوولتائیک متصل به ساختمان (BAPV) در مقابل فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (BIPV)

کاربردهای فتوولتائیک (PV) در ساختمان ها مرز جدیدی برای تولید انرژی خورشیدی است. این فناوری سیستم‌های PV را با سازه‌های خارجی ساختمان‌ها ادغام می‌کند، بازده انرژی را افزایش می‌دهد و مصرف را کاهش می‌دهد و آن را به یک جزء حیاتی در دستیابی به ساختمان‌های غیرفعال کم انرژی تبدیل می‌کند. 

بر اساس درجه یکپارچگی، سیستم های PV ساختمان را می توان به دو نوع طبقه بندی کرد:

① فتوولتائیک متصل به ساختمان (BAPV): این به سیستم های PV نصب شده بر روی ساختمان های موجود، با استفاده از فضاهای غیرفعال برای تولید انرژی اشاره دارد. BAPV معمولاً در مقاوم سازی سازه های موجود استفاده می شود.

② فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (BIPV): این شامل سیستم های PV است که به طور همزمان با خود ساختمان طراحی، ساخته و نصب می شوند و به طور یکپارچه با ساختار ساختمان یکپارچه می شوند. سیستم های BIPV نه تنها برق تولید می کنند بلکه به زیبایی ظاهری ساختمان نیز کمک می کنند.

مقایسه روش های ساخت:

① BAPV: به طور معمول، سیستم های BAPV از براکت های مخصوص برای ایمن سازی ماژول های PV در ساختار ساختمان موجود استفاده می کنند. این سیستم ها در درجه اول عملکرد تولید انرژی را بدون تأثیر بر عملکرد اصلی ساختمان انجام می دهند و ساختمان های PV خورشیدی 'نوع نصب' در نظر گرفته می شوند.

② BIPV: سیستم های BIPV شامل یک رویکرد ساخت و ساز و سرمایه گذاری یکباره است، که در آن سازه های پشتیبانی سیستم PV، ماژول های PV و سایر اجزای الکتریکی به طور مستقیم در مرحله ساخت و ساز ساختمان نصب می شوند. سیستم‌های BIPV نه تنها برق تولید می‌کنند، بلکه جایگزین مصالح ساختمانی معمولی می‌شوند و هم به عنوان یک جزء ساختاری عمل می‌کنند و هم نیازهای عملکردی ساختمان را برآورده می‌کنند.

مزایا و معایب مکمل BAPV و BIPV، با BIPV که مزایای اقتصادی بیشتری را ارائه می دهد.

سیستم های فتوولتائیک متصل به ساختمان (BAPV) و فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (BIPV) دارای نقاط قوت و ضعف مکمل هستند. BIPV به طور کلی مقرون به صرفه تر است. با توجه به محاسبات پروژه سقف کارخانه سازه فولادی توسط شبکه PV خورشیدی Polaris ، با استفاده از a سیستم سقف BIPV می تواند تقریباً 164 RMB در هر متر مربع در هزینه مواد صرفه جویی کند. علاوه بر این، سیستم های BIPV طول عمر طراحی بیش از 50 سال دارند که مزایای اقتصادی قابل توجهی را ارائه می دهند. یک مقایسه خاص به شرح زیر است:

1) زیبایی شناسی ساختمان

· BIPV: به عنوان یک سیستم فتوولتائیک یکپارچه، BIPV در طراحی کلی معماری گنجانده شده است، که منجر به ظاهر ساختمان منسجم تر و زیبایی شناختی می شود.

·BAPV: به عنوان یک سیستم مقاوم سازی شده، BAPV پس از ساخت اضافه می شود که منجر به ظاهر منسجم کمتری می شود.

2) باربری سقف

·BIPV: سقف در ساخت و سازهای BIPV یک سازه باربر مستقیم است، با توزیع روشن نیرو، که ایمنی بالایی را تضمین می کند.

·BAPV: سقف در سیستم های BAPV به دلیل ماهیت مقاوم سازی شده آن، شرایط بارگذاری پیچیده تری را تجربه می کند، که تحت بار طولانی مدت باد و تغییر شکل، ممکن است اثرات خستگی ایجاد کند که می تواند ایمنی سازه را به خطر بیندازد.

3) عایق رطوبتی

·BIPV: از پانل های شیشه ای آبگریز همراه با کانال های اصلی آب، مهر و موم های ضد آب و سایر عناصر برای تشکیل یک سیستم زهکشی سقفی جامع استفاده می کند. ترکیب مدولار ساختار سقف، چشمک زن، و نوارهای نورگیر می تواند عملکرد عایق رطوبتی عالی را به دست آورد.

·BAPV: ذاتاً ضد آب نیست. برای داشتن قابلیت ضد آب کافی به سقف موجود متکی است.

4) دشواری ساخت و ساز

·BIPV: به عنوان یک جزء ساختاری حیاتی، BIPV باید استانداردهای بالایی را برای عایق رطوبتی، عایق کاری و سایر معیارهای عملکرد معماری داشته باشد و نصب را چالش برانگیزتر کند.

·BAPV: شامل افزودن اجزای PV به سقف موجود است که نصب را نسبتاً ساده می کند.

5) بهره برداری و نگهداری

·BIPV: سقف ها با پانل های PV مدولار طراحی می شوند، اما نگهداری مستلزم اطمینان از دست نخورده ماندن عملکرد سقف است که پیچیدگی عملیات و نگهداری را افزایش می دهد.

·BAPV: تعمیر و نگهداری را می توان مستقیماً روی سقف با جداسازی و مونتاژ مجدد نسبتاً آسان انجام داد، که باعث می شود عملیات و نگهداری با چالش کمتری روبرو شود.

BIPV در مقابل BAPV: مقایسه هزینه جامع

مقایسه ltems	سیستم BIPV	سیستم BAPV
پانل های سقف آلومینیوم منیزیم منگنز	/	از جمله پانل‌های سقفی با لبه قفل عمودی آلومینیوم، منیزیم، منگنز و پایه‌های آلیاژ آلومینیوم نوع T، حدود 200 £/㎡
لوازم جانبی براکت سیستم	شامل نوارهای کافور قابلمه سبک، نوارهای آلیاژ آلومینیوم، نوارهای آب بندی لاستیکی، اتصالات و غیره حدود 0.6/W*120W/㎡=£72	از جمله گیره ها، ریل های راهنما، اتصالات و غیره حدود 0.3 £ /W*120W/㎡ = 36 £
برد واحد ماژول تولید برق فتوولتائیک	از جمله پانل های فتوولتائیک و قاب های آلیاژی مینگ، حدود 120W/㎡'* 2.8 ￥ /W=336	شامل پانل های فتوولتائیک و قاب های آلیاژی مینگ، حدود 120 وات/㎡* 2.8/W = 336 £
هزینه جامع (قیمت مواد)	لوازم جانبی براکت سیستم + برد واحد تولید برق فتوولتائیک =￥408 /㎡	پانل های سقف آلومینیوم-منیزیم-منگنز + لوازم جانبی براکت سیستم + برد واحد تولید برق فتوولتائیک = 572 £ /㎡
هزینه واحد (یوآن/متر مربع)	408	572
نتیجه گیری	استفاده از سیستم سقف یکپارچه ساختمان فتوولتائیک می تواند باعث صرفه جویی در مصالح £160 /㎡ شود

داده های  شبکه PV خورشیدی Polaris

BIPV در مقابل BAPV

مقایسه ltems	سیستم BIPV	سیستم BAPV
ظاهر ساختمان	بدون از دست دادن زیبایی در طراحی کلی ساختمان گنجانده شده است	نصب دیرهنگام، یکپارچگی ضعیف
زندگی طراحی	طول عمر می تواند به بیش از 50 سال برسد	20-25 سال
استرس سقف	سقف یک سقف ساده با تنش ساختاری واضح و ایمنی سازه ای بالا است	تنش پیچیده، بار باد طولانی مدت و تغییر شکل ممکن است اثرات خستگی ایجاد کند که بر ایمنی سازه تأثیر می گذارد
ضد آب بودن	سیستم زهکشی سقف توسط پانل های شیشه ای آبگریز، مخازن اصلی آب، مهر و موم های ضد آب و غیره تشکیل شده است. ساختار سقف، لبه های چشمک زن، نوارهای نور و غیره به صورت مدولار ساخته شده اند تا از خطرات نشت جلوگیری شود.	نیازی به ارائه قابلیت عایق رطوبتی نیست، فقط سقف موجود باید قابلیت عایق رطوبتی داشته باشد
سختی ساخت و ساز	دقت نصب Hiah، عایق رطوبتی سقف، عایق حرارتی و سایر عملکردها را انجام می دهد و دشواری ساخت و ساز زیادی دارد.	ساخت در دو فاز، سختی کم در نصب قطعات
بهره برداری و نگهداری	سقف به صورت مدولار دسیان شده و با یک ماژول باتری به عنوان یک واحد نصب می شود. در حین بازرسی و تعمیر نیز لازم است در نظر گرفته شود که آیا عملکرد سقف کامل شده و عملیات و نگهداری مشکل است یا خیر.	می توان مستقیماً روی سقف بازرسی و تعمیر کرد، جداسازی و مونتاژ نسبتا راحت است و عملیات و نگهداری آسان است.

داده های شبکه PV خورشیدی Polaris

سیستم های فنی: سیلیکون کریستالی و لایه نازک به عنوان مواد اصلی

سلول های فتوولتائیک (PV) اجزای اصلی سیستم های تولید برق PV هستند. آنها در درجه اول به سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی و سلول های خورشیدی لایه نازک بر اساس مواد مورد استفاده طبقه بندی می شوند. سلول های سیلیکونی کریستالی بر سهم بازار تسلط دارند، در حالی که انتظار می رود سلول های لایه نازک به دلیل رشد کاربردهای ساختمان های فتوولتائیک، نفوذ بیشتری داشته باشند.

1) سلول‌های سیلیکونی کریستالی:

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی کریستالی طی چندین دهه توسعه یافته‌اند که منجر به یک سیستم تکنولوژیکی بالغ با بهبود مستمر بازده تبدیل فوتوالکتریک شده است. این صنعت همچنین به سرعت گسترش یافته است و به طور قابل توجهی هزینه های تولید نهایی را کاهش داده است. در صنعت PV فعلی، سلول‌های سیلیکونی کریستالی بیش از 95 درصد از سهم بازار را به دلیل مزایای اقتصادی ناشی از صرفه‌جویی در مقیاس و راندمان تبدیل بالای آنها در اختیار دارند. در میان آنها، سلول های سیلیکونی مونو کریستالی با راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا و هزینه های ساخت بالا مشخص می شوند، در حالی که سلول های سیلیکونی پلی کریستالی راندمان تبدیل کمی پایین تری دارند اما تولید آنها ارزان است و از تخریب کارایی قابل توجهی رنج نمی برند. قبل از سال 2017، سلول های پلی کریستالی سهم بازار را تا 73 درصد در اختیار داشتند. از سال 2017، معرفی فناوری های جدید تولید به طور قابل توجهی هزینه های تولید سیلیکون تک کریستالی را کاهش داده است و افزایش نفوذ فناوری PERC به طور قابل توجهی راندمان تبدیل سیلیکون تک کریستالی را بهبود بخشیده است، که در حال حاضر تقریبا 90٪ از بازار سلول های سیلیکون کریستالی را تشکیل می دهد.

2) سلول های لایه نازک:

سلول های لایه نازک به دلیل راندمان تبدیل فوتوالکتریک نسبتا پایین تر، هنوز به مقیاس بزرگی در بازار دست پیدا نکرده اند. با این حال، آنها عملکرد قوی در نور کم از خود نشان می دهند، که باعث می شود به طور قابل توجهی موثرتر از ماژول های سیلیکون کریستالی در برخی از پروژه های BAPV/BIPV غیرجنوبی باشند. علاوه بر این، از آنجایی که سلول‌های لایه نازک دارای ضریب دمایی بهتری هستند، می‌توانند عملکرد خود را در شرایط شدید دمای بالا حفظ کنند و به طور موثری کاستی‌های سیلیکون کریستالی را جبران کنند. سلول‌های سیلیکونی کریستالی عمدتاً در رنگ‌های آبی تیره و آبی روشن موجود هستند که تا حدودی یکنواخت هستند و نمی‌توانند نیازهای رنگی متنوع ساختمان‌های فتوولتائیک را برآورده کنند. در مقابل، سلول‌های لایه نازک مزیت رنگ قابل تنظیم را ارائه می‌دهند و محصولات فعلی بازار تقریباً همه طرح‌های رنگی رایج را پوشش می‌دهند. علاوه بر این، سلول‌های لایه نازک نسبتاً سبک وزن هستند و در هنگام استفاده از ماژول‌های PV لایه نازک، دشواری ساخت و هزینه‌های ساخت سازه‌های پشتیبانی را کاهش می‌دهند.

مقایسه سلول های سیلیکونی کریستالی و لایه نازک در زمینه فتوولتائیک ساختمان

	سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی	سلول های خورشیدی لایه نازک
توان در واحد مساحت	یک نیروگاه فتوولتائیک سیلیکونی کریستالی با مساحت سقف 1000 متر مربع دارای ظرفیت تقریباً 100 کیلو وات است.	یک نیروگاه فتوولتائیک لایه نازک با مساحت سقف 1000 متر مربع دارای ظرفیت تقریبی 70 کیلو وات است.
عملکرد در نور کم	سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی عملکرد نسبتاً ضعیفی در نور کم دارند. به عنوان مثال، در یک شهر جنوبی چین، ماژول‌های PV سیلیکونی کریستالی که مستقیماً رو به جنوب نصب شده‌اند، تنها 59 درصد از حداکثر کارایی خود را در شرایط نوری غیربهینه به دست می‌آورند.	سلول های خورشیدی لایه نازک عملکرد قوی در نور کم دارند و حساسیت کمتری به زوایای نصب دارند. آنها برای مدت طولانی تری در شرایط کم نور در مقایسه با سلول های سیلیکونی کریستالی، الکتریسیته تولید می کنند که آنها را برای تاسیسات غیر رو به جنوب، دیوارهای پرده و پروژه های BlPV در مناطق ابری یا سرد مناسب تر می کند.
ضریب دما	ضریب دما نسبتاً بالا است. هنگامی که دمای عملیاتی از 25 درجه سانتیگراد بیشتر می شود، حداکثر توان خروجی 0.40-0.45٪ برای هر 1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.	ضریب دما نسبتاً پایین است، هنگامی که دمای عملیاتی از 25 درجه بالاتر می رود، حداکثر توان خروجی تنها 0.19-0.21٪ برای هر افزایش 1 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.
تنوع رنگ	گزینه های رنگ عمدتاً در سایه های آبی مانند آبی تیره و آبی روشن هستند.	ماژول های لایه نازک را می توان در رنگ های مختلف در صورت نیاز تولید کرد.
وزن ماژول	ماژول ها نسبتا سنگین هستند.	آنها نسبتاً سبک وزن هستند و دشواری و هزینه ساخت سقف را کاهش می دهند. علاوه بر این، زمانی که در کاربردهای دیوار پرده ای استفاده می شود، ماژول های لایه نازک Py نیاز به پشتیبانی ساختاری کمتری دارند و در مقایسه با ماژول های سیلیکونی کریستالی هزینه کمتری را متحمل می شوند.

منبع توسط سیلیکون کریستالی، لایه نازک و پروسکایت BIPV 2021 و انجمن بازار

به طور کلی، سیلیکون کریستالی و سیستم های فن آوری لایه نازک نقش مکمل در زمینه ساختمان های فتوولتائیک ایفا می کنند. فناوری لایه نازک در پروژه های خاص ساختمان فتوولتائیک، مانند سقف های غیر رو به جنوب، دیوارهای پرده ای و سناریوهای سفارشی مزیت مشخصی دارد. طبق یک مطالعه در سال 2018 توسط موسسه Fraunhofer برای سیستم‌های انرژی خورشیدی در آلمان در مورد اروپا پروژه‌های BIPV ، تقریباً 90٪ پروژه‌های BIPV سقف از فناوری سیلیکون کریستالی استفاده می‌کنند، در حالی که حدود 56٪ از پروژه‌های BIPV نما از فناوری لایه نازک استفاده می‌کنند.

طبقه بندی و ویژگی های سیستم های فنی اصلی سلول های فتوولتائیک

سیستم فناورانه	مواد خاص	راندمان تبدیل فوتوالکتریک	مزیت	نقطه ضعف
سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی	سیلیکون تک کریستالی	16٪ - 18٪	طول عمر طولانی (به طور کلی تا 20-30 سال)، راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا	هزینه تولید بالا، زمان تولید طولانی، عملکرد ضعیف در نور کم
	سیلیکون پلی کریستالی	14٪ - 16٪	پایداری نور بالا، هزینه کم، تولید ساده و بدون کاهش بازده آشکار	عملکرد ضعیف تولید برق در نور کم
سلول های خورشیدی لایه نازک	سیلیکون آمورف	6٪ - 9٪	تکنولوژی بالغ، آستانه تولید پایین	راندمان تبدیل فوتوالکتریک محدود
	مس ایندیم گالیم سلنید (ClGS)	11%	هزینه تولید کم، آلودگی کم، بدون کاهش، عملکرد خوب در نور کم، راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا	این فناوری به نسبت های عنصری بسیار حساس است و ساختار آن پیچیده است و نیاز به پردازش و آماده سازی بسیار دقیق دارد. شرایط
	تلورید کادمیوم (CdTe)	9٪ - 12٪	هزینه ساخت کم، راندمان تبدیل بالا، ضریب دمای پایین (عملکرد عالی در دمای پایین)، اثر خوب در نور کم	کمبود مواد خام و سمی بودن کادمیوم یک سیستم بازیافت در مقیاس بزرگ را ایجاب می کند و کاربردهای در مقیاس بزرگ را دشوار می کند.

منبع تحقیق در مورد کاربرد فتوولتائیک های خورشیدی در ساختمان ها، مروری بر توسعه صنعت سلول های خورشیدی لایه نازک گالیم سلنید مس ایندیم

BAPV (فتوولتائیک متصل به ساختمان) در حال حاضر شکل اصلی فتوولتائیک ساختمان است.

از چشم انداز صنعت فعلی، BAPV شکل غالب فتوولتائیک یکپارچه در ساختمان باقی می ماند. این در درجه اول به این دلیل است که ساخت و ساز ساختمان های جدید هر ساله محدود می شود و استانداردهای BIPV هنوز به طور کامل ایجاد نشده است. حتی اگر BIPV فوراً اتخاذ شود، هنوز 3-5 سال طول می کشد تا ساختمان ها به مرحله پوشش دهی برسند تا بتوان از BIPV استفاده کرد. در مقابل، مقاوم‌سازی پشت بام‌های موجود نسبتاً آسان‌تر است و فراوانی منابع موجود در پشت بام، آن را برای توسعه سریع فتوولتائیک‌های پراکنده در این مرحله مناسب‌تر می‌کند.

در مقایسه با بازارهای بالغ خارج از کشور، BIPV پتانسیل قابل توجهی برای افزایش نفوذ در آینده دارد.

در کشورهای توسعه‌یافته، فتوولتائیک‌های یکپارچه ساختمانی (BIPV) زودتر آغاز شد، و بسیاری از کشورها سیاست‌های تشویقی و برنامه‌های توسعه مختلفی را در اواخر قرن بیستم اجرا کردند. به عنوان مثال، آلمان، ایتالیا، ژاپن و ایالات متحده همگی 'برنامه های سقف خورشیدی PV' را ایجاد کرده اند و اهداف روشنی را برای ایجاد ظرفیت نصب PV در سال های آینده تعیین کرده اند. طبق گزارش سازمان BIPVBOOST، تا سال 2018، ژاپن با ظرفیت 3 گیگاوات، بالاترین نصب تجمعی BIPV را در سطح جهان داشت و پس از آن فرانسه (2.7 گیگاوات)، ایتالیا (2.5 گیگاوات) و ایالات متحده (0.6 گیگاوات) قرار گرفتند. در مقابل، نصب تجمعی BIPV در چین تنها 0.1 گیگاوات (تقریبا 0.7 گیگاوات تا سال 2020) بود.

هنگام مقایسه ظرفیت‌های نصب تاریخی مناطق توسعه‌یافته، مجموع نصب BIPV فعلی چین معادل سطوحی است که ژاپن و اروپا در حدود 5 تا 10 سال پیش به آن رسیده‌اند. این خط سیر نشان می دهد که بازار در چین هنوز به بلوغ رسیده است و فضای قابل توجهی برای افزایش نفوذ BIPV در آینده وجود دارد.