BIPV pret BAPV: papildu lomas fotoelementu ēkās

Fotoelementu (PV) konstrukciju var iedalīt divos veidos, pamatojoties uz PV moduļu integrācijas līmeni: Ēkai piestiprināts PV (BAPV) un Ēkā integrēta PV (BIPV) . Lai gan BIPV ir noteiktas priekšrocības izmaksu un veiktspējas ziņā, tā izstrāde joprojām ir sākuma stadijā. BAPV, ko var tieši uzstādīt uz esošajām ēkām, joprojām ir galvenā forma. Salīdzinot ar ārvalstu tirgiem, BIPV iekārtas Japānā, Francijā, Itālijā un ASV ir sasniegušas attiecīgi 3GW, 2,7GW, 2,5GW un 0,6GW, turpretim Ķīnā 2020. gadā tas bija tikai 0,7GW, kas liecina par ievērojamu potenciālu palielināt BIPV izplatību nākotnē . Turklāt no uzņēmējdarbības modeļa viedokļa BAPV saglabā vairāk FE produktu īpašību, jo projektus galvenokārt vada FE ražošanas uzņēmumi. No otras puses, BIPV ir cieši saistīts ar kopējo būvniecības procesu, vairāk paļaujoties uz būvniecības uzņēmumu EEL iespējām, tādējādi radot jaunas izaugsmes iespējas būvniecības sektorā. Kopumā BAPV un BIPV papildina viens otra stiprās un vājās puses, piedāvājot būtiskas izaugsmes iespējas gan FE ražotājiem, gan būvniecības uzņēmumiem FE būvniecības nozarē.

Uzstādīšanas metožu salīdzinājums: ēkā piestiprinātais fotoelektriskais (BAPV) un ēkā integrētais fotoelements (BIPV)

Fotoelementu (PV) lietojumi ēkās ir jaunas robežas saules enerģijas ražošanā. Šī tehnoloģija integrē PV sistēmas ar ēku ārējām konstrukcijām, uzlabojot energoefektivitāti un samazinot patēriņu, padarot to par būtisku sastāvdaļu zema enerģijas patēriņa pasīvo ēku izveidē. 

Pamatojoties uz integrācijas pakāpi, ēku PV sistēmas var iedalīt divos veidos:

① Building-Attached Photovoltaic (BAPV): tas attiecas uz PV sistēmām, kas uzstādītas uz esošajām ēkām, izmantojot dīkstāves telpas enerģijas ražošanai. BAPV parasti izmanto esošo konstrukciju modernizēšanai.

② Building-Integrated Photovoltaic (BIPV): tas ietver PV sistēmas, kas tiek projektētas, konstruētas un uzstādītas vienlaikus ar pašu ēku, nemanāmi integrējoties ar ēkas konstrukciju. BIPV sistēmas ne tikai ražo elektroenerģiju, bet arī veicina ēkas estētisko izskatu.

Būvniecības metožu salīdzinājums:

① BAPV: parasti BAPV sistēmas izmanto īpašus kronšteinus, lai piestiprinātu PV moduļus pie esošās ēkas konstrukcijas. Šīs sistēmas galvenokārt kalpo enerģijas ražošanas funkcijai, neietekmējot ēkas sākotnējo funkcionalitāti, un tās tiek uzskatītas par 'instalācijas tipa' saules PV ēkām.

② BIPV: BIPV sistēmas ietver vienreizēju būvniecības un investīciju pieeju, kur PV sistēmas atbalsta struktūras, PV moduļi un citas elektriskās sastāvdaļas tiek tieši uzstādītas ēkas būvniecības posmā. BIPV sistēmas ne tikai ražo elektroenerģiju, bet arī aizstāj tradicionālos būvmateriālus, kalpojot gan kā konstrukcijas sastāvdaļa, gan izpildot ēkas funkcionālās prasības.

BAPV un BIPV papildu priekšrocības un trūkumi, BIPV piedāvājot lielākus ekonomiskos ieguvumus

Building-Attached Photovoltaic (BAPV) un Building-Attached Photovoltaic (BIPV) sistēmām ir viena otru papildinošas stiprās un vājās puses. BIPV parasti ir ekonomiskāks. Saskaņā ar tērauda konstrukciju rūpnīcas jumta projekta aprēķiniem Polaris Solar PV Network , izmantojot a BIPV jumta sistēma var ietaupīt aptuveni 164 RMB uz kvadrātmetru materiālu izmaksās. Turklāt BIPV sistēmu projektētais kalpošanas laiks ir vairāk nekā 50 gadi, nodrošinot ievērojamas visaptverošas ekonomiskās priekšrocības. Konkrēts salīdzinājums ir šāds:

1) Ēkas estētika

· BIPV: kā integrēta fotoelementu sistēma, BIPV ir iekļauts kopējā arhitektūras projektā, kā rezultātā ēkas izskats ir vienotāks un estētiski pievilcīgāks.

· BAPV: Tā kā sistēma ir modernizēta, BAPV tiek pievienota pēc būvniecības, tādējādi nodrošinot mazāk vienotu izskatu.

2) Jumta nesošais

·BIPV: jumts BIPV konstrukcijās ir vienkārša nesoša konstrukcija, ar skaidru spēka sadalījumu, nodrošinot augstu drošību.

·BAPV: tā modernizētā rakstura dēļ jumts BAPV sistēmās piedzīvo sarežģītākus slodzes apstākļus, kas ilgstošas ​​vēja slodzes un deformācijas apstākļos var izraisīt noguruma efektus, kas var apdraudēt konstrukcijas drošību.

3) Hidroizolācija

· BIPV: izmanto hidrofobus stikla paneļus kopā ar galvenajiem ūdens kanāliem, ūdensnecaurlaidīgām blīvēm un citiem elementiem, lai izveidotu visaptverošu jumta drenāžas sistēmu. Modulāras jumta konstrukcijas, sliekšņu un virsgaismas joslu kombinācijas var sasniegt izcilu hidroizolācijas veiktspēju.

·BAPV: pēc būtības nenodrošina hidroizolāciju; tas ir atkarīgs no esošā jumta, lai tam būtu atbilstoša hidroizolācijas spēja.

4) Būvniecības grūtības

· BIPV: kā būtiskai konstrukcijas sastāvdaļai BIPV ir jāatbilst augstiem standartiem attiecībā uz hidroizolāciju, izolāciju un citiem arhitektūras veiktspējas kritērijiem, padarot uzstādīšanu grūtāku.

· BAPV: ietver vienkāršu PV komponentu pievienošanu esošajam jumtam, padarot uzstādīšanu salīdzinoši vienkāršu.

5) Ekspluatācija un apkope

·BIPV: jumti ir izstrādāti ar modulāriem PV paneļiem, taču apkopei ir jānodrošina, lai jumta seguma funkcijas paliktu neskartas, kas palielina darbību un apkopes sarežģītību.

·BAPV: apkopi var veikt tieši uz jumta ar salīdzinoši vienkāršu demontāžu un salikšanu, padarot darbības un apkopi mazāk sarežģītas.

BIPV pret BAPV: visaptverošs izmaksu salīdzinājums

Salīdzinājums ltems	BIPV sistēma	BAPV sistēma
Alumīnija-magnija-mangāna Jumta Paneļi	/	Ieskaitot vertikālās bloķēšanas malas alumīnija-magnija-mangāna jumta paneļus un alumīnija sakausējuma T veida balstus, aptuveni 200 ￥/㎡
Sistēmas kronšteinu piederumi	Ieskaitot atbalsta vieglās kampara sloksnes, alumīnija sakausējuma sloksnes, gumijas blīvējuma sloksnes, stiprinājumus utt. aptuveni ￥0,6/W*120W/㎡=￥72	Ieskaitot skavas, virzošās sliedes, stiprinājumus utt. aptuveni 0,3 £ /W*120W/㎡ = ￥36
Fotoelementu elektroenerģijas ražošanas moduļa bloka panelis	Ieskaitot fotoelektriskos paneļus un Ming sakausējuma rāmjus, aptuveni 120 W/㎡'* ￥ 2,8 /W= ￥336	Ieskaitot fotoelektriskos paneļus un Ming sakausējuma rāmjus, aptuveni 120 W/㎡* ￥ ​​2,8/W = ￥336
Visaptverošas izmaksas (materiālu cena)	Sistēmas kronšteina piederumi + fotoelementu elektroenerģijas ražošanas komponentu bloks =￥408 /㎡	Alumīnija-magnija-mangāna jumta paneļi + Sistēmas kronšteinu piederumi + fotoelementu elektroenerģijas ražošanas komponentu bloka plāksne = ￥572 /㎡
Vienības izmaksas (juaņa/kvadrātmetrs)	408	572
Secinājums	Fotoelementu ēku integrētās jumta sistēmas izmantošana var ietaupīt materiālus ￥ 160 / ㎡

Dati no  Polaris Solar PV Network

BIPV pret BAPV

Salīdzinājums ltems	BIPV sistēma	BAPV sistēma
Ēkas izskats	Iekļauts ēkas kopējā dizainā, nezaudējot skaistumu	Novēlota uzstādīšana, slikta integritāte
Dizaina dzīve	Dzīves ilgums var sasniegt vairāk nekā 50 gadus	20-25 gadi
Jumta stress	Jumts ir vienkāršs jumts ar skaidru konstrukcijas spriegumu un augstu konstrukcijas drošību	Sarežģīts spriegums, ilgstoša vēja slodze un deformācija var radīt noguruma efektus, kas ietekmē konstrukcijas drošību
Ūdensizturība	Jumta drenāžas sistēmu veido hidrofobiski stikla paneļi, galvenās ūdens tvertnes. ūdensnecaurlaidīgas blīves utt. Jumta konstrukcija, apmales, gaismas sloksnes utt. ir veidotas modulāri, lai izvairītos no noplūdes draudiem.	Nav nepieciešams nodrošināt hidroizolācijas spēju, tikai esošajam jumtam ir jābūt hidroizolācijas spējai
Būvniecības grūtības	Hiah uzstādīšanas precizitāte, veic jumta hidroizolāciju, siltumizolāciju un citas funkcijas, un tai ir lielas būvniecības grūtības	Būvniecība divās fāzēs, zemas sarežģītības komponentu uzstādīšanā
Ekspluatācija un apkope	Jumts ir modulāri dezānēts un uzstādīts ar vienu akumulatora moduli kā vienību. Apsekojot un remontējot, jāņem vērā arī tas, vai jumta funkcijas ir pabeigtas, kā arī ekspluatācija un apkope ir apgrūtināta	Var tieši pārbaudīt un remontēt uz jumta, demontāža un montāža ir salīdzinoši ērta, un ekspluatācija un apkope ir vienkārša

Dati no Polaris Solar PV Network

Tehniskās sistēmas: kristāliskais silīcijs un plānā plēve kā galvenās sastāvdaļas materiāli

Fotoelementu (PV) elementi ir PV enerģijas ražošanas sistēmu pamatkomponenti. Pamatojoties uz izmantotajiem materiāliem, tos galvenokārt iedala kristāliskā silīcija saules baterijās un plānslāņa saules baterijās. Tirgus daļā dominē kristāliskā silīcija elementi, savukārt paredzams, ka plānās plēves elementi palielinās fotoelektrisko ēku pielietojumu pieaugumu.

1) Kristāliskā silīcija šūnas:

Kristāliskā silīcija saules baterijas ir attīstījušās vairāku gadu desmitu laikā, tādējādi radot nobriedušu tehnoloģisko sistēmu ar nepārtraukti uzlabojošu fotoelektriskās pārveidošanas efektivitāti. Arī nozare ir strauji paplašinājusies, ievērojami samazinot ražošanas robežizmaksas. Pašreizējā FE nozarē kristāliskā silīcija elementiem pieder vairāk nekā 95% no tirgus daļas, pateicoties ekonomiskajām izmaksu priekšrocībām, ko sniedz apjomradīti ietaupījumi un to augstā konversijas efektivitāte. Tostarp monokristāliskā silīcija elementiem ir raksturīga augsta fotoelektriskās konversijas efektivitāte un augstas ražošanas izmaksas, savukārt polikristāliskā silīcija elementiem ir nedaudz zemāka konversijas efektivitāte, taču to ražošana ir lēta, un tās necieš no būtiskas efektivitātes pazemināšanās. Pirms 2017. gada polikristālisko elementu tirgus daļa bija pat 73%. Kopš 2017. gada jaunu ražošanas tehnoloģiju ieviešana ir būtiski samazinājusi monokristāliskā silīcija ražošanas izmaksas, un PERC tehnoloģijas plašākā izplatība ir būtiski uzlabojusi monokristāliskā silīcija konversijas efektivitāti, kas šobrīd veido aptuveni 90% no kristāliskā silīcija šūnu tirgus.

2) Plānās plēves šūnas:

Plānās plēves šūnas vēl nav sasniegušas lielu tirgus mērogu to relatīvi zemākās fotoelektriskās konversijas efektivitātes dēļ. Tomēr tiem ir spēcīga veiktspēja vājā apgaismojumā, padarot tos ievērojami efektīvākus par kristāliskā silīcija moduļiem dažos BAPV/BIPV projektos, kas nav vērsti uz dienvidiem. Turklāt, tā kā plānās kārtiņas šūnām ir labāks temperatūras koeficients, tās var uzturēt veiktspēju ārkārtīgi augstas temperatūras apstākļos, efektīvi kompensējot kristāliskā silīcija trūkumus. Kristāliskā silīcija šūnas galvenokārt ir pieejamas dziļi zilā un gaiši zilā krāsā, kas ir nedaudz vienmuļas un nevar apmierināt fotoelektrisko ēku daudzveidīgās krāsu vajadzības. Turpretim plānslāņa šūnas piedāvā regulējamas krāsas priekšrocības, un pašreizējie tirgus produkti aptver gandrīz visas izplatītākās krāsu shēmas. Turklāt plānās kārtiņas šūnas ir salīdzinoši vieglas, kas samazina būvniecības grūtības un atbalsta konstrukciju ražošanas izmaksas, izmantojot plānās plēves PV moduļus.

Kristāliskā silīcija un plānslāņa elementu salīdzinājums ēku fotoelementu jomā

	Kristāliskā silīcija saules baterijas	Plānās plēves saules baterijas
Jauda uz laukuma vienību	Kristāliskā silīcija fotoelektriskās elektrostacijas ar jumta laukumu 1000 kvadrātmetru jauda ir aptuveni 100 kW.	Plānas plēves fotoelektriskās elektrostacijas ar jumta laukumu 1000 kvadrātmetru jauda ir aptuveni 70 kW.
Veiktspēja vājā apgaismojumā	Kristāliskā silīcija saules baterijām ir salīdzinoši slikta veiktspēja vājā apgaismojumā. Piemēram, Ķīnas dienvidu pilsētā kristāliskā silīcija PV moduļi, kas uzstādīti tieši uz dienvidiem, sasniedz tikai 59% no maksimālās efektivitātes suboptimālos apgaismojuma apstākļos.	Plānās plēves saules baterijām ir spēcīga veiktspēja vājā apgaismojumā, un tās ir mazāk jutīgas pret uzstādīšanas leņķiem. Tie ģenerē elektroenerģiju ilgāku laiku vāja apgaismojuma apstākļos, salīdzinot ar kristāliskā silīcija elementiem, padarot tos piemērotākus instalācijām, kas nav vērstas uz dienvidiem, aizkaru sienām un BlPV projektiem mākoņainos vai aukstos reģionos.
Temperatūras koeficients	Temperatūras koeficients ir salīdzinoši augsts. Kad darba temperatūra pārsniedz 25°C, maksimālā jauda samazinās par 0,40-0,45% par katru 1°C pieaugumu.	Temperatūras koeficients ir salīdzinoši zems, ja darba temperatūra pārsniedz 25 ℃, maksimālā jauda samazinās tikai par 0,19-0,21% par katru 1 ° C pieaugumu.
Krāsu daudzveidība	Krāsu opcijas galvenokārt ir zilos toņos, piemēram, dziļi zilā un gaiši zilā krāsā.	Plānās plēves moduļus pēc vajadzības var izgatavot dažādās krāsās.
Moduļa svars	Moduļi ir salīdzinoši smagi.	Tie ir salīdzinoši viegli, samazinot jumta seguma konstrukcijas grūtības un izmaksas. Turklāt, ja tos izmanto aizkaru sienās, plānās plēves Py moduļiem ir nepieciešams mazāks struktūras atbalsts, un tiem ir zemākas izmaksas, salīdzinot ar kristāliskā silīcija moduļiem.

Avots: 2021. gada kristāliskā silīcija, plānslāņa un perovskīta BIPV tehnoloģija un tirgus forums

Kopumā kristāliskā silīcija un plānās kārtiņas tehnoloģiskajām sistēmām ir papildu lomas fotoelektrisko ēku jomā. Plānās plēves tehnoloģijai ir īpašas priekšrocības konkrētos fotoelektrisko ēku projektos, piemēram, jumtos, kas nav vērsti uz dienvidiem, aizkaru sienām un pielāgotiem scenārijiem. Saskaņā ar 2018. gada pētījumu par Eiropas Fraunhofera Saules enerģijas sistēmu institūta Vācijas BIPV projektiem aptuveni 90% jumtu BIPV projektu izmanto kristāliskā silīcija tehnoloģiju, savukārt aptuveni 56% fasādes BIPV projektu izmanto plānās kārtiņas tehnoloģiju.

Fotoelektrisko elementu galveno tehnisko sistēmu klasifikācija un raksturojums

Tehnoloģiskā sistēma	Specifiski materiāli	Fotoelektriskās konversijas efektivitāte	Priekšrocība	Trūkums
Kristāliskā silīcija saules baterijas	Monokristālisks silīcijs	16% - 18%	Ilgs kalpošanas laiks (parasti līdz 20-30 gadiem), augsta fotoelektriskās konversijas efektivitāte	Augstas ražošanas izmaksas, ilgs ražošanas laiks, slikta veiktspēja vājā apgaismojumā
	Polikristālisks silīcijs	14% - 16%	Augsta gaismas stabilitāte, zemas izmaksas, vienkārša ražošana un bez acīmredzama efektivitātes samazināšanās	Slikta enerģijas ražošanas veiktspēja vājā apgaismojumā
Plānās plēves saules baterijas	Amorfs silīcijs	6% - 9%	Nobriedusi tehnoloģija, zems ražošanas slieksnis	Ierobežota fotoelektriskās pārveidošanas efektivitāte
	Vara indija gallija selenīds (ClGS)	11%	Zemas ražošanas izmaksas, zems piesārņojums, bez samazinājuma, laba veiktspēja vājā apgaismojumā, augsta fotoelektriskās konversijas efektivitāte	Tehnoloģija ir ļoti jutīga pret elementu attiecībām, un struktūra ir sarežģīta, un tai nepieciešama ārkārtīgi stingra apstrāde un sagatavošana nosacījumiem
	Kadmija telurīds (CdTe)	9% - 12%	Zemas ražošanas izmaksas, augsta konversijas efektivitāte, zemas temperatūras koeficients (izcila veiktspēja zemā temperatūrā), labs efekts vājā apgaismojumā	Izejvielu trūkuma un kadmija toksicitātes dēļ ir nepieciešama liela mēroga pārstrādes sistēma, kas apgrūtina plaša mēroga lietojumus

Avots: Pētījums par saules fotoelementu izmantošanu ēkās, Pārskats par vara indija gallija selenīda plānslāņa saules bateriju nozares attīstību

BAPV (Building-Attached Photovoltaic) pašlaik ir galvenais ēku fotoelementu veids.

No pašreizējās nozares ainavas BAPV joprojām ir dominējošais ēkās integrētās fotoelementu veids. Tas galvenokārt ir tāpēc, ka katru gadu jaunu ēku celtniecība ir ierobežota, un BIPV standarti vēl nav pilnībā noteikti. Pat ja BIPV tiktu pieņemts nekavējoties, paietu 3–5 gadi, līdz ēkas sasniegs ierobežojumu stadiju, pirms BIPV varētu izmantot. Turpretim esošo jumtu modernizēšana ir salīdzinoši vienkāršāka, un esošo jumta resursu pārpilnība padara to piemērotāku izkliedētās fotoelementu straujai attīstībai šajā posmā.

Salīdzinot ar nobriedušiem aizjūras tirgiem, BIPV ir ievērojams potenciāls palielināt izplatību nākotnē.

Attīstītajās valstīs ēkā integrētā fotoelementa (BIPV) izveide sākās agrāk, un daudzas valstis ieviesa dažādas stimulēšanas politikas un attīstības plānus jau 20. gadsimta beigās. Piemēram, Vācija, Itālija, Japāna un Amerikas Savienotās Valstis ir izveidojušas 'Saules PV jumtu programmas', nosakot skaidrus mērķus PV uzstādīšanas jaudas palielināšanai nākamajos gados. Saskaņā ar BIPVBOOST organizācijas ziņojumu 2018. gadā Japānā bija vislielākā kumulatīvā BIPV instalācija pasaulē ar jaudu 3 GW, kam sekoja Francija (2,7 GW), Itālija (2,5 GW) un Amerikas Savienotās Valstis (0,6 GW). Turpretim Ķīnas kumulatīvā BIPV instalācija bija tikai 0,1 GW (aptuveni 0,7 GW līdz 2020. gadam).

Salīdzinot attīstīto reģionu vēsturiskās uzstādīšanas jaudas, Ķīnas pašreizējā kopējā BIPV uzstādīšana ir līdzvērtīga līmenim, ko Japāna un Eiropa sasniedza aptuveni pirms 5 līdz 10 gadiem. Šī trajektorija norāda, ka Ķīnas tirgus nebūt nav nobriedis, un nākotnē ir daudz iespēju BIPV izplatībai palielināties.