БИПВ против БАПВ: Комплементарне улоге у фотонапонским зградама

Фотонапонска (ПВ) конструкција се може поделити у два типа на основу нивоа интеграције ПВ модула: ПВ придружени згради (БАПВ) и ПВ интегрисан у зграду (БИПВ) . Иако БИПВ има одређене предности у погледу трошкова и перформанси, његов развој је још увек у раној фази. БАПВ, који се може директно инсталирати на постојеће зграде, остаје главна форма. У поређењу са иностраним тржиштима, БИПВ инсталације у Јапану, Француској, Италији и Сједињеним Државама достигле су 3ГВ, 2,7ГВ, 2,5ГВ и 0,6ГВ респективно, док је у Кини било само 0,7ГВ у 2020. години, што указује на значајан потенцијал за повећање БИПВ пенетрације у будућности . Штавише, из перспективе пословног модела, БАПВ задржава више карактеристика ПВ производа, са пројектима које углавном воде компаније за производњу ПВ. С друге стране, БИПВ је уско повезан са целокупним процесом изградње, ослањајући се више на ЕПЦ способности грађевинских компанија, доносећи на тај начин нове могућности раста грађевинском сектору. Све у свему, БАПВ и БИПВ међусобно допуњују снаге и слабости, нудећи значајне могућности раста и за ПВ произвођаче и за грађевинске фирме у ПВ грађевинској индустрији.

Поређење метода инсталације: фотонапонски уређај прикључен на зграду (БАПВ) наспрам интегрисаног фотонапонског уређаја (БИПВ)

Фотонапонске (ПВ) примене у зградама представљају нову границу за производњу соларне енергије. Ова технологија интегрише фотонапонске системе са спољним структурама зграда, побољшавајући енергетску ефикасност и смањујући потрошњу, чинећи је кључном компонентом у постизању нискоенергетских пасивних зграда. 

На основу степена интеграције, грађевински ПВ системи се могу категорисати у два типа:

① Фотонапонски уређаји прикључени на зграде (БАПВ): Ово се односи на фотонапонске системе инсталиране на постојећим зградама, који користе празне просторе за производњу енергије. БАПВ се обично користи за накнадну уградњу постојећих структура.

② Фотонапонски интегрисани у зграду (БИПВ): Ово укључује фотонапонске системе који се истовремено пројектују, конструишу и инсталирају са самом зградом, неприметно се интегришући са структуром зграде. БИПВ системи не само да генеришу електричну енергију, већ доприносе и естетском изгледу зграде.

Поређење метода изградње:

① БАПВ: Типично, БАПВ системи користе посебне носаче за причвршћивање фотонапонских модула на постојећу структуру зграде. Ови системи првенствено служе у функцији производње енергије без утицаја на првобитну функционалност зграде, и сматрају се соларним ПВ зградама типа „инсталациони“.

② БИПВ: БИПВ системи укључују једнократни приступ изградњи и инвестицији, где се структуре за подршку ПВ система, фотонапонски модули и друге електричне компоненте директно инсталирају током фазе изградње зграде. БИПВ системи не само да производе електричну енергију већ и замењују конвенционалне грађевинске материјале, служећи и као структурна компонента и испуњавајући функционалне захтеве зграде.

Комплементарне предности и недостаци БАПВ-а и БИПВ-а, при чему БИПВ нуди веће економске користи

Фотонапонски системи прикључени на зграде (БАПВ) и фотонапонски системи интегрисани у зграду (БИПВ) имају комплементарне снаге и слабости. БИПВ је генерално економичнији. Према прорачунима за пројекат крова фабрике челичних конструкција компаније Поларис Солар ПВ Нетворк , користећи а БИПВ кровни систем може уштедети око 164 РМБ по квадратном метру у трошковима материјала. Поред тога, БИПВ системи имају пројектовани животни век од преко 50 година, пружајући значајне свеобухватне економске предности. Конкретно поређење је следеће:

1) Естетика зграде

·БИПВ: Као интегрисани фотонапонски систем, БИПВ је уграђен у целокупни архитектонски дизајн, што резултира кохезивнијим и естетски пријатнијим изгледом зграде.

·БАПВ: Будући да је накнадно опремљен систем, БАПВ се додаје након изградње, што доводи до мање кохезивног изгледа.

2) Носивост крова

·БИПВ: Кров у БИПВ конструкцијама је једноставна носива конструкција, са јасном расподелом силе, обезбеђујући високу сигурност.

·БАПВ: Због своје ретрофитне природе, кров у БАПВ системима доживљава сложеније услове оптерећења, који, под дуготрајним оптерећењем ветром и деформацијама, могу изазвати ефекте замора који могу угрозити сигурност конструкције.

3) Хидроизолација

·БИПВ: Користи хидрофобне стаклене панеле у комбинацији са главним каналима за воду, водоотпорним заптивкама и другим елементима за формирање свеобухватног кровног дренажног система. Модуларне комбинације кровне конструкције, опшивки и трака за кровни прозор могу постићи врхунске перформансе хидроизолације.

·БАПВ: Не обезбеђује хидроизолацију; ослања се на то да постојећи кров има адекватну хидроизолациону способност.

4) Тешкоћа конструкције

·БИПВ: Као критична структурна компонента, БИПВ мора испунити високе стандарде за хидроизолацију, изолацију и друге критеријуме архитектонских перформанси, што инсталацију чини изазовнијом.

·БАПВ: Укључује једноставно додавање ПВ компоненти на постојећи кров, чинећи инсталацију релативно једноставном.

5) Рад и одржавање

·БИПВ: Кровови су пројектовани са модуларним ПВ панелима, али одржавање захтева да се обезбеди да функције крова остану нетакнуте, што повећава сложеност операција и одржавања.

·БАПВ: Одржавање се може изводити директно на крову уз релативно лако растављање и поновно састављање, чинећи операције и одржавање мање изазовним.

БИПВ наспрам БАПВ: Свеобухватно поређење трошкова

Цомпарисон лтемс	БИПВ систем	БАПВ систем
Алуминијум-магнезијум-манган кровне плоче	/	Укључујући вертикалне кровне панеле алуминијум-магнезијум-манган са вертикалним закључавањем и носаче Т-типа од алуминијумске легуре, око 200 ￥/㎡
Додатна опрема системских носача	Укључујући потпорне траке од камфора, траке од алуминијумске легуре, гумене заптивне траке, причвршћиваче, итд. око ￥0,6/В*120В/㎡=￥72	Укључујући стезаљке, водилице, причвршћиваче, итд. око ￥0,3 /В*120В/㎡ = ￥36
Плоча јединице модула за фотонапонску производњу енергије	Укључујући фотонапонске панеле и рамове од легуре Минг, око 120В/㎡'* ￥ 2,8 /В= ￥336	Укључујући фотонапонске панеле и рамове од легуре Минг, око 120В/㎡* ￥ ​​2,8 /В = ￥336
Свеобухватна цена (цена материјала)	Додатна опрема за системске конзоле + плоча компоненте јединице за производњу фотонапонске енергије =￥408 /㎡	Алуминијум-магнезијум-манган кровни панели + додатна опрема за системске конзоле + плоча компоненти за фотонапонску производњу енергије = ￥572 /㎡
Јединична цена (јуан/квадратни метар)	408	572
Закључак	Коришћење интегрисаног кровног система за фотонапонске зграде може уштедети материјале ￥160 /㎡

Подаци  Поларис соларне ПВ мреже

БИПВ против БАПВ

Цомпарисон лтемс	БИПВ систем	БАПВ систем
Изглед зграде	Уграђено у целокупни дизајн зграде, без губитка лепоте	Касна инсталација, лош интегритет
Десигн Лифе	Животни век може достићи више од 50 година	20-25 година
Стрес на крову	Кров је једноставан кров са јасним структурним напрезањем и високом структурном сигурношћу	Комплексно напрезање, дуготрајно оптерећење ветром и деформација могу произвести ефекте замора, утичући на сигурност конструкције
Водоотпорност	Кровна дренажна цев је формирана од хидрофобних стаклених панела, главних резервоара за воду. водоотпорних заптивки итд. Кровна конструкција, трепћући ивица, светлосне траке, итд. су модуларно састављене да би се избегла опасност од цурења	Није потребно обезбедити способност хидроизолације, само постојећи кров треба да има способност хидроизолације
Тешкоћа изградње	Хиах тачност инсталације, преузима хидроизолацију крова, топлотну изолацију и друге функције, и има велике потешкоће у изградњи	Изградња у две фазе, мале потешкоће у уградњи компоненти
Рад и одржавање	Кров је модуларно пројектован и уграђен са једним батеријским модулом као целином. Приликом прегледа и поправке, потребно је узети у обзир и да ли су кровне функције завршене, а рад и одржавање отежани	Може се директно прегледати и поправити на крову, растављање и монтажа су релативно згодни, а руковање и одржавање су лаки

Подаци Поларис соларне ПВ мреже

Технички системи: кристални силицијум и танки слој као материјали главне компоненте

Фотонапонске (ПВ) ћелије су темељне компоненте ПВ система за производњу енергије. Оне су првенствено категорисане у соларне ћелије кристалног силикона и соларне ћелије са танким филмом на основу употребљених материјала. Ћелије кристалног силицијума доминирају тржишним уделом, док се очекује да ће ћелије са танким филмом имати повећану пенетрацију због раста примене фотонапонских зграда.

1) Кристалне силицијумске ћелије:

Соларне ћелије кристалног силицијума су се развијале током неколико деценија, што је довело до зрелог технолошког система са континуираним побољшањем ефикасности фотоелектричне конверзије. Индустрија се такође брзо проширила, значајно смањивши маргиналне трошкове производње. У тренутној фотонапонској индустрији, ћелије кристалног силицијума држе преко 95% тржишног удела због економских предности у погледу трошкова које доносе економија обима и њихова висока ефикасност конверзије. Међу њима, монокристалне силицијумске ћелије карактерише висока ефикасност фотоелектричне конверзије и високи трошкови производње, док поликристалне силицијумске ћелије имају нешто нижу ефикасност конверзије, али су јефтине за производњу и не пате од значајне деградације ефикасности. Пре 2017. године, поликристалне ћелије су имале тржишни удео чак 73%. Од 2017. године, увођење нових производних технологија значајно је смањило трошкове производње монокристалног силицијума, а повећана пенетрација ПЕРЦ технологије је значајно побољшала ефикасност конверзије монокристалног силицијума, који сада чини приближно 90% тржишта ћелија кристалног силицијума.

2) Ћелије танког филма:

Ћелије танког филма још нису достигле велики тржишни обим због релативно ниже ефикасности фотоелектричне конверзије. Међутим, они показују снажне перформансе при слабом осветљењу, што их чини знатно ефикаснијим од кристалних силицијумских модула у неким БАПВ/БИПВ пројектима који нису окренути према југу. Поред тога, пошто ћелије танког филма имају бољи температурни коефицијент, оне могу да одрже перформансе у условима екстремне високе температуре, ефикасно надокнађујући недостатке кристалног силицијума. Кристалне силицијумске ћелије су првенствено доступне у тамноплавим и светлоплавим бојама, које су донекле монотоне и не могу задовољити различите потребе за бојама фотонапонских зграда. Насупрот томе, танкослојне ћелије нуде предност подесиве боје, са тренутним тржишним производима који покривају скоро све уобичајене шеме боја. Штавише, танкослојне ћелије су релативно лагане, смањујући потешкоће у изградњи и трошкове производње потпорних структура када се користе танкослојни фотонапонски модули.

Поређење кристалног силицијума и танкослојних ћелија у области изградње фотонапонске технике

	Соларне ћелије кристалног силицијума	Танкофилмске соларне ћелије
Снага по јединици површине	Фотонапонска електрана од кристалног силицијума са кровном површином од 1.000 квадратних метара има капацитет од приближно 100 кВ.	Танкофилна фотонапонска електрана са кровном површином од 1.000 квадратних метара има капацитет од приближно 70 кВ.
Перформансе при слабом осветљењу	Соларне ћелије кристалног силикона имају релативно лоше перформансе при слабом осветљењу. На пример, у јужном кинеском граду, кристални силицијумски ПВ модули инсталирани окренути директно према југу постижу само 59% своје максималне ефикасности под неоптималним светлосним условима.	Танкослојне соларне ћелије имају јаке перформансе при слабом осветљењу и мање су осетљиве на углове постављања. Они генеришу електричну енергију током дужих периода у условима слабог осветљења у поређењу са ћелијама од кристалног силикона, што их чини погоднијим за инсталације које нису окренуте према југу, зидове завесе и БлПВ пројекте у облачним или хладним регионима.
Температурни коефицијент	Температурни коефицијент је релативно висок. Када радна температура пређе 25°Ц, максимална излазна снага се смањује за 0,40-0,45% за сваки пораст од 1°Ц.	Температурни коефицијент је релативно низак. Када радна температура пређе 25℃, максимална излазна снага се смањује за само 0,19-0,21% за сваки пораст од 1°Ц.
Цолор Диверсити	Опције боја су углавном у нијансама плаве, као што су тамно плава и светло плава.	Танкослојни модули се могу производити у различитим бојама по потреби.
Тежина модула	Модули су релативно тешки.	Они су релативно лагани, смањујући потешкоће и трошкове изградње крова. Поред тога, када се користе у апликацијама за зидне завесе, танкослојни Пи модули захтевају мање структуралне подршке и имају ниже трошкове у поређењу са модулима од кристалног силикона.

Извор 2021. Кристални силицијум, танки филм и перовскит БИПВ технологија и тржишни форум

Све у свему, кристални силицијум и танкослојни технолошки системи играју комплементарне улоге у области фотонапонских зграда. Технологија танког филма има изразиту предност у специфичним пројектима фотонапонских зграда, као што су кровови који нису окренути према југу, зидови завесе и прилагођени сценарији. Према студији Фраунхофер института за соларне енергетске системе у Немачкој из 2018. о европским БИПВ пројектима , око 90% кровних БИПВ пројеката користи технологију кристалног силицијума, док око 56% фасадних БИПВ пројеката користи технологију танког филма.

Класификација и карактеристике главних техничких система фотонапонских ћелија

Технолошки систем	Специфични материјали	Ефикасност фотоелектричне конверзије	Предност	Недостатак
Соларне ћелије кристалног силицијума	Монокристални силицијум	16% - 18%	Дуг животни век (углавном до 20-30 година), висока ефикасност фотоелектричне конверзије	Високи трошкови производње, дуго време производње, лоше перформансе при слабом осветљењу
	Поликристални силицијум	14% - 16%	Висока светлосна стабилност, ниска цена, једноставна производња и без очигледног пада ефикасности	Лоше перформансе производње енергије при слабом осветљењу
Танкофилмске соларне ћелије	Аморфни силицијум	6% - 9%	Зрела технологија, низак производни праг	Ограничена ефикасност фотоелектричне конверзије
	Бакар индијум галијум селенид (ЦлГС)	11%	Ниски трошкови производње, ниско загађење, без опадања, добре перформансе при слабом осветљењу, висока ефикасност фотоелектричне конверзије	Технологија је веома осетљива на однос елемената, а структура је сложена и захтева изузетно строгу обраду и припрему условима
	кадмијум телурид (ЦдТе)	9% - 12%	Ниски трошкови производње, висока ефикасност конверзије, коефицијент ниске температуре (одличне перформансе на ниској температури), добар ефекат слабог осветљења	Недостатак сировина и токсичност кадмијума захтевају систем рециклаже великих размера, што отежава примену великих размера

Извор Истраживања о примени соларне фотонапонске у зградарству, Преглед развоја индустрије танкослојних соларних ћелија бакар индијум галијум селенид

БАПВ (Буилдинг-Аттацхед Пхотоволтаиц) је тренутно главни облик градње фотонапонских уређаја.

Из тренутног индустријског пејзажа, БАПВ остаје доминантан облик фотонапонске опреме интегрисане у зграде. Ово је првенствено због тога што је изградња нових зграда сваке године ограничена, а стандарди за БИПВ још увек нису у потпуности успостављени. Чак и када би се БИПВ одмах усвојио, и даље би требало 3-5 година док зграде не достигну фазу затварања пре него што се БИПВ може користити. Насупрот томе, накнадно опремање постојећих кровова је релативно лакше, а обиље постојећих кровних ресурса чини га погоднијим за брзи развој дистрибуираних фотонапонских уређаја у овој фази.

У поређењу са зрелим прекоморским тржиштима, БИПВ има значајан потенцијал за повећану пенетрацију у будућности.

У развијеним земљама фотонапонски систем интегрисан у зграде (БИПВ) почео је раније, а многе земље су примењивале различите политике подстицаја и развојне планове још крајем 20. века. На пример, Немачка, Италија, Јапан и Сједињене Државе су успоставиле „Програме за соларне ПВ кровове“, постављајући јасне циљеве за изградњу ПВ инсталационих капацитета у наредним годинама. Од 2018. године, према извештају организације БИПВБООСТ, Јапан је имао највећу кумулативну БИПВ инсталацију на свету, са капацитетом од 3 ГВ, а затим следе Француска (2,7 ГВ), Италија (2,5 ГВ) и Сједињене Државе (0,6 ГВ). Насупрот томе, кинеска кумулативна БИПВ инсталација била је само 0,1 ГВ (приближно 0,7 ГВ до 2020.).

Када се упореде историјски капацитети инсталација развијених региона, тренутна укупна БИПВ инсталација у Кини је еквивалентна нивоу који су Јапан и Европа достигли пре око 5 до 10 година. Ова путања указује да је тржиште у Кини далеко од зрелости и да постоји значајан простор за повећање продора БИПВ-а у будућности.