BIPV vs. BAPV: funções complementares em edifícios fotovoltaicos

A construção fotovoltaica (PV) pode ser dividida em dois tipos com base no nível de integração dos módulos fotovoltaicos: Fotovoltaica anexada ao edifício (BAPV) e Fotovoltaica integrada em edifícios (BIPV) . Embora o BIPV tenha certas vantagens em termos de custo e desempenho, o seu desenvolvimento ainda está em fase inicial. O BAPV, que pode ser instalado diretamente em edifícios existentes, continua a ser a forma principal. Em comparação com os mercados internacionais, as instalações BIPV no Japão, França, Itália e Estados Unidos atingiram 3GW, 2,7GW, 2,5GW e 0,6GW, respetivamente, enquanto na China foram apenas 0,7GW em 2020, indicando um potencial significativo para o aumento da penetração do BIPV no futuro . Além disso, do ponto de vista do modelo de negócios, o BAPV mantém mais características de produtos fotovoltaicos, com projetos liderados principalmente por empresas fabricantes de energia fotovoltaica. Por outro lado, o BIPV está intimamente ligado ao processo global de construção, confiando mais nas capacidades de EPC das empresas de construção, trazendo assim novas oportunidades de crescimento para o sector da construção. No geral, o BAPV e o BIPV complementam os pontos fortes e fracos um do outro, oferecendo oportunidades substanciais de crescimento tanto para os fabricantes fotovoltaicos como para as empresas de construção na indústria de construção fotovoltaica.

Comparação de métodos de instalação: Fotovoltaico Anexado ao Edifício (BAPV) vs. Fotovoltaico Integrado ao Edifício (BIPV)

As aplicações fotovoltaicas (PV) em edifícios representam uma nova fronteira para a geração de energia solar. Esta tecnologia integra sistemas fotovoltaicos com as estruturas externas dos edifícios, melhorando a eficiência energética e reduzindo o consumo, tornando-se uma componente crucial na obtenção de edifícios passivos de baixo consumo energético. 

Com base no grau de integração, os sistemas fotovoltaicos prediais podem ser categorizados em dois tipos:

① Fotovoltaico Anexado a Edifício (BAPV): Refere-se a sistemas fotovoltaicos instalados em edifícios existentes, utilizando espaços ociosos para geração de energia. O BAPV é comumente usado na modernização de estruturas existentes.

② Fotovoltaico Integrado ao Edifício (BIPV): Envolve sistemas fotovoltaicos que são projetados, construídos e instalados simultaneamente com o próprio edifício, integrando-se perfeitamente à estrutura do edifício. Os sistemas BIPV não só geram eletricidade, mas também contribuem para a aparência estética do edifício.

Comparação de métodos de construção:

① BAPV: Normalmente, os sistemas BAPV usam suportes especiais para fixar os módulos fotovoltaicos à estrutura do edifício existente. Esses sistemas servem principalmente a função de geração de energia sem afetar a funcionalidade original do edifício, e são considerados edifícios solares fotovoltaicos do tipo “instalação”.

② BIPV: Os sistemas BIPV envolvem uma abordagem única de construção e investimento, onde estruturas de suporte do sistema fotovoltaico, módulos fotovoltaicos e outros componentes elétricos são instalados diretamente durante a fase de construção do edifício. Os sistemas BIPV não só geram eletricidade, mas também substituem os materiais de construção convencionais, servindo tanto como componente estrutural como cumprindo os requisitos funcionais do edifício.

Vantagens e desvantagens complementares do BAPV e do BIPV, com o BIPV oferecendo maiores benefícios econômicos

Os sistemas Fotovoltaicos Anexados ao Edifício (BAPV) e Fotovoltaicos Integrados ao Edifício (BIPV) têm pontos fortes e fracos complementares. O BIPV é geralmente mais econômico. De acordo com cálculos para um projeto de telhado de uma fábrica de estrutura de aço da Polaris Solar PV Network , usando um O sistema de telhado BIPV pode economizar aproximadamente 164 RMB por metro quadrado em custos de material. Adicionalmente, Os sistemas BIPV têm uma vida útil de mais de 50 anos, proporcionando vantagens econômicas abrangentes e significativas. Uma comparação específica é a seguinte:

1) Estética do Edifício

·BIPV: Como sistema fotovoltaico integrado, o BIPV é incorporado no projeto arquitetônico geral, resultando em uma aparência de edifício mais coesa e esteticamente agradável.

·BAPV: Sendo um sistema adaptado, o BAPV é adicionado pós-construção, levando a uma aparência menos coesa.

2) Suporte de carga do telhado

·BIPV: A cobertura nas construções BIPV é uma estrutura simples e portante, com clara distribuição de forças, garantindo elevada segurança.

·BAPV: Devido à sua natureza adaptada, a cobertura nos sistemas BAPV sofre condições de carga mais complexas, que, sob carga de vento e deformação a longo prazo, podem causar efeitos de fadiga que podem comprometer a segurança estrutural.

3) Impermeabilização

·BIPV: Utiliza painéis de vidro hidrofóbicos combinados com canais principais de água, vedações à prova d'água e outros elementos para formar um sistema abrangente de drenagem do telhado. Combinações modulares de estrutura de telhado, rufos e faixas de clarabóia podem alcançar um desempenho de impermeabilização superior.

·BAPV: Não proporciona inerentemente impermeabilização; depende do telhado existente para ter capacidade de impermeabilização adequada.

4) Dificuldade de construção

·BIPV: Como componente estrutural crítico, o BIPV deve atender a altos padrões de impermeabilização, isolamento e outros critérios de desempenho arquitetônico, tornando a instalação mais desafiadora.

·BAPV: Envolve simplesmente adicionar componentes fotovoltaicos a um telhado existente, tornando a instalação relativamente simples.

5) Operação e Manutenção

·BIPV: Os telhados são projetados com painéis fotovoltaicos modulares, mas a manutenção exige a garantia de que as funções do telhado permanecem intactas, o que aumenta a complexidade das operações e manutenção.

·BAPV: A manutenção pode ser realizada diretamente no telhado com desmontagem e remontagem relativamente fáceis, tornando as operações e a manutenção menos desafiadoras.

BIPV vs. BAPV: comparação abrangente de custos

Itens de comparação	Sistema BIPV	Sistema BAPV
Painéis de telhado de alumínio-magnésio-manganês	/	Incluindo painéis de telhado verticais de alumínio-magnésio-manganês e suportes tipo T de liga de alumínio, cerca de ￥200/㎡
Acessórios de suporte do sistema	Incluindo tiras de cânfora para vasos leves, tiras de liga de alumínio, tiras de vedação de borracha, fixações, etc. cerca de ￥0,6/W*120W/㎡=￥72	Incluindo braçadeiras, trilhos-guia, fixações, etc. cerca de ￥0,3 /W*120W/㎡ = ￥36
Placa da unidade do módulo de geração de energia fotovoltaica	Incluindo painéis fotovoltaicos e estruturas de liga Ming, cerca de 120W/㎡'* ￥ 2,8 /W= ￥336	Incluindo painéis fotovoltaicos e estruturas de liga Ming, cerca de 120W/㎡* ￥ ​​2,8 /W = ￥336
Custo abrangente (preço do material)	Acessórios de suporte do sistema + placa de unidade de componente de geração de energia fotovoltaica =￥408 /㎡	Painéis de telhado de alumínio-magnésio-manganês + acessórios de suporte do sistema + placa de unidade de componente de geração de energia fotovoltaica = ￥572 /㎡
Custo unitário (yuan/metro quadrado)	408	572
Conclusão	O uso de sistema de telhado integrado em edifícios fotovoltaicos pode economizar materiais ￥160 /㎡

Dados da  Polaris Solar PV Network

BIPV versus BAPV

Itens de comparação	Sistema BIPV	Sistema BAPV
Aparência do edifício	Incorporado na concepção geral do edifício, sem perder a beleza	Instalação tardia, integridade deficiente
Vida de projeto	A expectativa de vida pode chegar a mais de 50 anos	20-25 anos
Estresse no telhado	O telhado é um telhado simples com tensões estruturais claras e alta segurança estrutural	Tensão complexa, carga de vento a longo prazo e deformação podem produzir efeitos de fadiga, afetando a segurança estrutural
Impermeabilidade	O sistema de drenagem do telhado é formado por painéis de vidro hidrofóbicos, tanques principais de água, vedações à prova d'água, etc. A estrutura do telhado, bordas intermitentes, faixas de luz, etc.	Não há necessidade de fornecer capacidade de impermeabilização, apenas o telhado existente precisa ter capacidade de impermeabilização
Dificuldade de construção	Precisão de instalação Hiah, realiza impermeabilização de telhados, isolamento térmico e outras funções, e tem grande dificuldade de construção	Construção em duas fases, baixa dificuldade na instalação de componentes
Operação e Manutenção	O teto é modular e instalado com um único módulo de bateria como uma unidade. Ao inspecionar e reparar, também é necessário considerar se o telhado funciona perfeitamente e se a operação e manutenção são difíceis	Pode ser inspecionado e reparado diretamente no telhado, a desmontagem e a montagem são relativamente convenientes e a operação e manutenção são fáceis

Dados da Polaris Solar PV Network

Sistemas Técnicos: Silício Cristalino e Filme Fino como Materiais Componentes Principais

As células fotovoltaicas (PV) são os componentes principais fundamentais dos sistemas de geração de energia fotovoltaica. Eles são categorizados principalmente em células solares de silício cristalino e células solares de película fina com base nos materiais utilizados. As células de silício cristalino dominam a participação de mercado, enquanto as células de película fina deverão ter maior penetração devido ao crescimento das aplicações em edifícios fotovoltaicos.

1) Células de silício cristalino:

As células solares de silício cristalino se desenvolveram ao longo de várias décadas, levando a um sistema tecnológico maduro com melhoria contínua da eficiência de conversão fotoelétrica. A indústria também se expandiu rapidamente, reduzindo significativamente os custos marginais de produção. Na atual indústria fotovoltaica, as células de silício cristalino detêm mais de 95% da quota de mercado devido às vantagens de custo económico trazidas pelas economias de escala e pela sua elevada eficiência de conversão. Entre elas, as células de silício monocristalino são caracterizadas por alta eficiência de conversão fotoelétrica e altos custos de fabricação, enquanto as células de silício policristalino têm eficiência de conversão ligeiramente inferior, mas são baratas de produzir e não sofrem degradação significativa de eficiência. Antes de 2017, as células policristalinas detinham uma participação de mercado de até 73%. Desde 2017, a introdução de novas tecnologias de produção reduziu significativamente os custos de produção do silício monocristalino, e o aumento da penetração da tecnologia PERC melhorou substancialmente a eficiência de conversão do silício monocristalino, que agora representa aproximadamente 90% do mercado de células de silício cristalino.

2) Células de Filme Fino:

As células de película fina ainda não alcançaram grande escala de mercado devido à sua eficiência de conversão fotoelétrica relativamente menor. No entanto, eles exibem forte desempenho com pouca luz, tornando-os significativamente mais eficazes do que os módulos de silício cristalino em alguns projetos BAPV/BIPV não voltados para o sul. Além disso, como as células de película fina têm um melhor coeficiente de temperatura, elas podem manter o desempenho em condições extremas de alta temperatura, compensando efetivamente as deficiências do silício cristalino. As células de silício cristalino estão disponíveis principalmente nas cores azul profundo e azul claro, que são um tanto monótonas e não podem atender às diversas necessidades de cores dos edifícios fotovoltaicos. Em contraste, as células de película fina oferecem a vantagem da cor ajustável, com os produtos do mercado atual cobrindo quase todos os esquemas de cores comuns. Além disso, as células de película fina são relativamente leves, reduzindo a dificuldade de construção e os custos de fabricação de estruturas de suporte quando se utilizam módulos fotovoltaicos de película fina.

Comparação de silício cristalino e células de película fina na área de construção fotovoltaica

	Células solares de silício cristalino	Células solares de película fina
Potência por unidade de área	Uma central fotovoltaica de silício cristalino com uma área de telhado de 1.000 metros quadrados tem uma capacidade de aproximadamente 100 kW.	Uma central fotovoltaica de película fina com uma área de telhado de 1.000 metros quadrados tem uma capacidade de aproximadamente 70 kW.
Desempenho com pouca luz	As células solares de silício cristalino têm um desempenho relativamente fraco com pouca luz. Por exemplo, numa cidade do sul da China, os módulos fotovoltaicos de silício cristalino instalados voltados diretamente para o sul alcançam apenas 59% da sua eficiência máxima sob condições de iluminação abaixo do ideal.	As células solares de película fina têm forte desempenho em condições de pouca luz e são menos sensíveis aos ângulos de instalação. Eles geram eletricidade por períodos mais longos em condições de pouca luz em comparação com células de silício cristalino, tornando-os mais adequados para instalações não voltadas para o sul, paredes cortina e projetos BIPV em regiões nubladas ou frias.
Coeficiente de temperatura	O coeficiente de temperatura é relativamente alto. Quando a temperatura operacional excede 25°C, a potência máxima diminui em 0,40-0,45% para cada aumento de 1°C.	O coeficiente de temperatura é relativamente baixo. Quando a temperatura operacional excede 25°C, a potência máxima diminui apenas 0,19-0,21% para cada aumento de 1°C.
Diversidade de cores	As opções de cores são principalmente em tons de azul, como azul profundo e azul claro.	Os módulos de filme fino podem ser produzidos em diversas cores, conforme necessário.
Peso do Módulo	Os módulos são relativamente pesados.	Eles são relativamente leves, reduzindo a dificuldade e os custos de construção de coberturas. Além disso, quando usados ​​em aplicações de parede cortina, os módulos Py de película fina requerem menos suporte estrutural e incorrem em custos mais baixos em comparação com os módulos de silício cristalino.

Fonte em 2021 Silício cristalino, filme fino e perovskita Tecnologia BIPV e fórum de mercado

No geral, os sistemas tecnológicos de silício cristalino e de película fina desempenham papéis complementares no campo dos edifícios fotovoltaicos. A tecnologia de película fina apresenta uma vantagem distinta em projetos específicos de edifícios fotovoltaicos, como telhados não voltados para o sul, paredes cortina e cenários personalizados. De acordo com um estudo de 2018 do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar na Alemanha sobre europeus projetos BIPV , aproximadamente 90% dos projetos BIPV de telhados usam tecnologia de silício cristalino, enquanto cerca de 56% dos projetos BIPV de fachadas utilizam tecnologia de película fina.

Classificação e características dos principais sistemas técnicos de células fotovoltaicas

Sistema Tecnológico	Materiais Específicos	Eficiência de conversão fotoelétrica	Vantagem	Desvantagem
Células solares de silício cristalino	Silício monocristalino	16% - 18%	Longa vida útil (geralmente até 20-30 anos), alta eficiência de conversão fotoelétrica	Alto custo de produção, longo tempo de produção, baixo desempenho com pouca luz
	Silício policristalino	14% - 16%	Alta estabilidade à luz, baixo custo, produção simples e sem declínio óbvio de eficiência	Baixo desempenho de geração de energia com pouca luz
Células solares de película fina	Silício amorfo	6% - 9%	Tecnologia madura, baixo limite de fabricação	Eficiência de conversão fotoelétrica limitada
	Seleneto de cobre, índio e gálio (ClGS)	11%	Baixo custo de produção, baixa poluição, sem declínio, bom desempenho com pouca luz, alta eficiência de conversão fotoelétrica	A tecnologia é altamente sensível às proporções elementares e a estrutura é complexa, exigindo processamento e preparação extremamente rigorosos. condições
	Telureto de cádmio (CdTe)	9% - 12%	Baixo custo de fabricação, alta eficiência de conversão, coeficiente de baixa temperatura (excelente desempenho em baixa temperatura), bom efeito de pouca luz	A escassez de matérias-primas e a toxicidade do cádmio exigem um sistema de reciclagem em grande escala, dificultando aplicações em grande escala

Fonte de Pesquisa sobre a aplicação de energia solar fotovoltaica em edifícios, Visão geral do desenvolvimento da indústria de células solares de película fina de seleneto de cobre, índio e gálio

BAPV (Building-Attached Photovoltaic) é atualmente a principal forma de construção fotovoltaica.

No cenário atual da indústria, o BAPV continua a ser a forma dominante de energia fotovoltaica integrada em edifícios. Isto ocorre principalmente porque a construção de novos edifícios é limitada a cada ano e os padrões para o BIPV ainda não estão totalmente estabelecidos. Mesmo que o BIPV fosse adoptado imediatamente, ainda seriam necessários 3-5 anos até que os edifícios atingissem a fase de limitação antes que o BIPV pudesse ser utilizado. Em contraste, a modernização dos telhados existentes é relativamente mais fácil, e a abundância de recursos existentes nos telhados torna-os mais adequados para o rápido desenvolvimento da energia fotovoltaica distribuída nesta fase.

Comparado aos mercados estrangeiros maduros, o BIPV tem um potencial significativo para aumentar a penetração no futuro.

Nos países desenvolvidos, a energia fotovoltaica integrada em edifícios (BIPV) começou mais cedo, com muitos países a implementarem várias políticas de incentivo e planos de desenvolvimento já no final do século XX. Por exemplo, Alemanha, Itália, Japão e Estados Unidos estabeleceram “Programas de Telhados Solares Fotovoltaicos”, estabelecendo metas claras para a construção de capacidades de instalação fotovoltaica nos próximos anos. Em 2018, de acordo com um relatório da organização BIPVBOOST, o Japão tinha a maior instalação cumulativa de BIPV globalmente, com uma capacidade de 3 GW, seguido pela França (2,7 GW), Itália (2,5 GW) e Estados Unidos (0,6 GW). Em contraste, a instalação cumulativa de BIPV na China foi de apenas 0,1 GW (aproximadamente 0,7 GW em 2020).

Ao comparar as capacidades históricas de instalação das regiões desenvolvidas, a atual instalação total de BIPV na China é equivalente aos níveis que o Japão e a Europa alcançaram há cerca de 5 a 10 anos. Esta trajetória indica que o mercado na China está longe de estar maduro e há espaço substancial para o aumento da penetração do BIPV no futuro.