BIPV ve BAPV: Fotovoltaik Binalarda Tamamlayıcı Roller

Fotovoltaik (PV) yapı, PV modüllerinin entegrasyon düzeyine bağlı olarak iki türe ayrılabilir: Binaya bağlı PV (BAPV) ve Binaya entegre PV (BIPV) . BIPV'nin maliyet ve performans açısından bazı avantajları olmasına rağmen gelişimi henüz başlangıç ​​aşamasındadır. Doğrudan mevcut binalara kurulabilen BAPV, ana akım biçimi olmaya devam ediyor. Denizaşırı pazarlarla karşılaştırıldığında, Japonya, Fransa, İtalya ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki BIPV kurulumları sırasıyla 3GW, 2,7GW, 2,5GW ve 0,6GW'a ulaşırken, Çin'de 2020'de yalnızca 0,7GW oldu ve bu, gelecekte BIPV penetrasyonunun artması için önemli bir potansiyele işaret ediyor . Ayrıca, iş modeli perspektifinden bakıldığında BAPV, çoğunlukla PV imalat şirketleri tarafından yürütülen projelerle PV ürünlerinin daha fazla özelliğini koruyor. Öte yandan BIPV, inşaat şirketlerinin EPC yeteneklerine daha fazla güvenerek genel inşaat süreciyle yakından bağlantılıdır ve böylece inşaat sektörüne yeni büyüme fırsatları getirmektedir. Genel olarak BAPV ve BIPV birbirlerinin güçlü ve zayıf yönlerini tamamlayarak hem PV üreticileri hem de PV inşaat sektöründeki inşaat firmaları için önemli büyüme fırsatları sunuyor.

Kurulum Yöntemlerinin Karşılaştırılması: Binaya Bağlı Fotovoltaik (BAPV) ve Binaya Entegre Fotovoltaik (BIPV)

Binalardaki fotovoltaik (PV) uygulamalar, güneş enerjisi üretiminde yeni bir sınırı temsil ediyor. Bu teknoloji, PV sistemlerini binaların dış yapılarıyla entegre ederek enerji verimliliğini artırır ve tüketimi azaltır, bu da onu düşük enerjili pasif binalar elde etmede çok önemli bir bileşen haline getirir. 

Entegrasyon derecesine bağlı olarak bina PV sistemleri iki tipe ayrılabilir:

① Binaya Bağlı Fotovoltaik (BAPV): Bu, enerji üretimi için boş alanlardan yararlanan, mevcut binalara kurulan PV sistemlerini ifade eder. BAPV yaygın olarak mevcut yapıların güçlendirilmesinde kullanılır.

② Binaya Entegre Fotovoltaik (BIPV): Bu, binanın kendisiyle aynı anda tasarlanan, inşa edilen ve kurulan ve binanın yapısıyla kusursuz bir şekilde bütünleşen PV sistemlerini içerir. BIPV sistemleri elektrik üretmenin yanı sıra binanın estetik görünümüne de katkı sağlıyor.

İnşaat Yöntemlerinin Karşılaştırılması:

① BAPV: Tipik olarak BAPV sistemleri, PV modüllerini mevcut bina yapısına sabitlemek için özel braketler kullanır. Bu sistemler öncelikle binanın orijinal işlevselliğini etkilemeden enerji üretimi işlevi görür ve 'kurulum tipi' güneş PV binaları olarak kabul edilir.

② BIPV: BIPV sistemleri, PV sistem destek yapılarının, PV modüllerinin ve diğer elektrik bileşenlerinin binanın inşaat aşamasında doğrudan kurulduğu tek seferlik bir inşaat ve yatırım yaklaşımını içerir. BIPV sistemleri sadece elektrik üretmekle kalmıyor, aynı zamanda geleneksel yapı malzemelerinin yerini alarak hem yapısal bir bileşen olarak hizmet veriyor hem de binanın işlevsel gereksinimlerini karşılıyor.

BAPV ve BIPV'nin Tamamlayıcı Avantajları ve Dezavantajları, BIPV'nin Daha Büyük Ekonomik Faydalar Sağlaması

Binaya Bağlı Fotovoltaik (BAPV) ve Binaya Entegre Fotovoltaik (BIPV) sistemleri birbirini tamamlayan güçlü ve zayıf yönlere sahiptir. BIPV genellikle daha ekonomiktir. tarafından çelik yapılı bir fabrika çatı projesi için yapılan hesaplamalara göre Polaris Solar PV Network , BIPV çatı sistemi, malzeme maliyetlerinde metrekare başına yaklaşık 164 RMB tasarruf sağlayabilir. Ek olarak, BIPV sistemleri 50 yılı aşkın bir tasarım ömrüne sahiptir ve önemli kapsamlı ekonomik avantajlar sağlar. Spesifik bir karşılaştırma aşağıdaki gibidir:

1) Yapı Estetiği

·BIPV: Entegre bir fotovoltaik sistem olarak BIPV, genel mimari tasarıma dahil edilerek daha uyumlu ve estetik açıdan hoş bir bina görünümü elde edilir.

·BAPV: Yenilenen bir sistem olan BAPV, inşaat sonrasında eklenir ve daha az uyumlu bir görünüme yol açar.

2) Çatı Yük Taşıyıcısı

·BIPV: BIPV yapılarındaki çatı, net kuvvet dağılımına sahip, yüksek güvenlik sağlayan, basit bir yük taşıyan yapıdır.

·BAPV: Yenilenmiş yapısı nedeniyle, BAPV sistemlerindeki çatı , uzun vadeli rüzgar yükü ve deformasyon altında yapısal güvenliği tehlikeye atabilecek yorulma etkilerine neden olabilecek daha karmaşık yükleme koşullarıyla karşı karşıya kalır.

3) Su Yalıtımı

·BIPV: Kapsamlı bir çatı drenaj sistemi oluşturmak için ana su kanalları, su geçirmez contalar ve diğer unsurlarla birlikte hidrofobik cam paneller kullanır. Çatı yapısı, aydınlatma ve tavan penceresi bantlarının modüler kombinasyonları üstün su geçirmezlik performansı sağlayabilir.

·BAPV: Doğası gereği su yalıtımı sağlamaz; Yeterli su geçirmezlik kapasitesine sahip olmak için mevcut çatıya güvenir.

4) İnşaat Zorluğu

·BIPV: Kritik bir yapısal bileşen olarak BIPV'nin su yalıtımı, yalıtım ve diğer mimari performans kriterleri açısından yüksek standartları karşılaması gerekir, bu da kurulumu daha zorlu hale getirir.

·BAPV: Mevcut bir çatıya PV bileşenlerinin basitçe eklenmesini içerir ve kurulumu nispeten basit hale getirir.

5) İşletme ve Bakım

·BIPV: Çatılar modüler PV panellerle tasarlanmıştır, ancak bakım, çatı kaplama fonksiyonlarının sağlam kalmasının sağlanmasını gerektirir, bu da operasyon ve bakımın karmaşıklığını artırır.

·BAPV: Bakım, nispeten kolay sökme ve takma işlemiyle doğrudan çatıda yapılabilir, bu da operasyonları ve bakımı daha az zorlaştırır.

BIPV ve BAPV: Kapsamlı maliyet karşılaştırması

Karşılaştırma öğeleri	BIPV Sistemi	BAPV Sistemi
Alüminyum-magnezyum-manganez Çatı Panelleri	/	Dikey kilitli kenarlı alüminyum-magnezyum-manganez çatı panelleri ve alüminyum alaşımlı T tipi destekler dahil, yaklaşık 200 ￥200/㎡
Sistem Braketi Aksesuarları	Destekleyici ışık kabı kafur şeritleri, alüminyum alaşımlı şeritler, kauçuk sızdırmazlık şeritleri, sabitlemeler vb. dahil yaklaşık ￥0,6/W*120W/㎡=￥72	Kelepçeler, kılavuz raylar, sabitleme elemanları vb. dahil yaklaşık 0,3 ￥ /W*120W/㎡ = ￥36
Fotovoltaik Güç Üretim Modülü ünitesi Kartı	Fotovoltaik paneller ve Ming alaşımlı çerçeveler dahil, yaklaşık 120W/㎡'* ￥ 2,8 /W= ￥336	Fotovoltaik paneller ve Ming alaşımlı çerçeveler dahil, yaklaşık 120W/㎡* ￥ ​​2,8 /W = ￥336
Kapsamlı Maliyet (malzeme fiyatı)	Sistem braketi aksesuarları + fotovoltaik güç üretimi bileşen ünitesi kartı =￥408 /㎡	Alüminyum-magnezyum-manganez çatı panelleri + Sistem braketi aksesuarları + fotovoltaik enerji üretimi bileşen ünitesi kartı = ￥572 /㎡
Birim Maliyet (yuan/metrekare)	408	572
Çözüm	Fotovoltaik binaya entegre çatı sisteminin kullanılması, 160 £ /㎡ tutarında malzeme tasarrufu sağlayabilir.

verileri Polaris Solar PV Network'ün

BIPV ve BAPV

Karşılaştırma öğeleri	BIPV Sistemi	BAPV Sistemi
Bina görünümü	Güzelliğini kaybetmeden binanın genel tasarımına dahil edildi	Geç kurulum, zayıf bütünlük
Tasarım Hayatı	Ömrü 50 yıldan fazla olabilir	20-25 yıl
Çatı Stresi	Çatı, net yapısal gerilime ve yüksek yapısal güvenliğe sahip basit bir çatıdır	Karmaşık stres, uzun vadeli rüzgar yükü ve deformasyon, yapısal güvenliği etkileyen yorulma etkileri yaratabilir
Su geçirmezlik	Çatı drenaj sistemi hidrofobik cam paneller, ana su depoları, su geçirmez contalar vb.'den oluşur. Çatı yapısı, yanıp sönen kenarlar, ışık şeritleri vb. sızıntı tehlikelerini önlemek için modüler olarak oluşturulmuştur.	Su geçirmezlik özelliği sağlamaya gerek yok, sadece mevcut çatının su geçirmezlik özelliğine sahip olması yeterli
İnşaat Zorluğu	Hiah kurulum doğruluğu, çatı su yalıtımı, ısı yalıtımı ve diğer işlevleri üstlenir ve büyük inşaat zorluğuna sahiptir	İki aşamalı inşaat, bileşen kurulumunda düşük zorluk
İşletme ve Bakım	Çatı modüler olarak tasarlanmış ve tek akü modülü ile ünite olarak monte edilmiştir. Muayene ve onarım sırasında çatının fonksiyonlarının tam olup olmadığı, işletme ve bakımının zor olup olmadığı da dikkate alınmalıdır.	Çatıda doğrudan incelenebilir ve onarılabilir, sökme ve takma işlemi nispeten uygundur ve işletme ve bakım kolaydır.

verileri Polaris Solar PV Network'ün

Teknik Sistemler: Ana Bileşen Malzemeleri Olarak Kristal Silikon ve İnce Film

Fotovoltaik (PV) hücreler, PV güç üretim sistemlerinin temel çekirdek bileşenleridir. Kullanılan malzemelere göre öncelikle kristal silikon güneş pilleri ve ince film güneş pilleri olarak sınıflandırılırlar. Kristalin silikon hücreler pazar payına hakimken, ince film hücrelerin fotovoltaik bina uygulamalarının büyümesi nedeniyle artan penetrasyon görmesi bekleniyor.

1) Kristalin Silikon Hücreler:

Kristalin silikon güneş pilleri birkaç on yılda geliştirildi ve sürekli olarak fotoelektrik dönüşüm verimliliğini artıran olgun bir teknolojik sisteme yol açtı. Sektör aynı zamanda hızla genişleyerek marjinal üretim maliyetlerini önemli ölçüde düşürdü. Mevcut PV endüstrisinde kristalin silikon hücreler, ölçek ekonomisinin getirdiği ekonomik maliyet avantajları ve yüksek dönüşüm verimliliği nedeniyle pazar payının %95'inden fazlasını elinde tutuyor. Bunlar arasında, monokristalin silikon hücreler, yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliği ve yüksek üretim maliyetleri ile karakterize edilirken, polikristalin silikon hücreler, biraz daha düşük dönüşüm verimliliğine sahiptir ancak üretimi ucuzdur ve önemli verimlilik düşüşüne maruz kalmazlar. 2017 öncesinde polikristalin hücreler %73'e varan pazar payına sahipti. 2017'den bu yana, yeni üretim teknolojilerinin piyasaya sürülmesi, monokristalin silikonun üretim maliyetlerini önemli ölçüde azalttı ve PERC teknolojisinin artan nüfuzu, şu anda kristalin silikon hücre pazarının yaklaşık %90'ını oluşturan monokristalin silikonun dönüşüm verimliliğini önemli ölçüde artırdı.

2) İnce Film Hücreleri:

İnce film hücreleri, nispeten düşük fotoelektrik dönüşüm verimlilikleri nedeniyle henüz geniş bir pazar ölçeğine ulaşamamıştır. Bununla birlikte, güçlü düşük ışık performansı sergiliyorlar, bu da onları güneye bakmayan bazı BAPV/BIPV projelerinde kristalin silikon modüllerden önemli ölçüde daha etkili kılıyor. Ek olarak, ince film hücreleri daha iyi bir sıcaklık katsayısına sahip olduğundan, aşırı yüksek sıcaklık koşullarında performansı koruyabilirler ve kristalin silikonun eksikliklerini etkili bir şekilde telafi edebilirler. Kristalin silikon hücreler öncelikle koyu mavi ve açık mavi renklerde mevcuttur; bunlar biraz monotondur ve fotovoltaik binaların çeşitli renk ihtiyaçlarını karşılayamaz. Buna karşılık, ince film hücreleri, neredeyse tüm yaygın renk şemalarını kapsayan mevcut pazar ürünleriyle ayarlanabilir renk avantajı sunuyor. Ayrıca, ince film hücreleri nispeten hafiftir ve ince film PV modülleri kullanıldığında inşaat zorluğunu ve destek yapılarının üretim maliyetlerini azaltır.

Fotovoltaik yapı alanında kristal silikon ve ince film hücrelerin karşılaştırılması

	Kristalin silikon Güneş Pilleri	İnce Film Güneş Pilleri
Birim Alan Başına Güç	1.000 metrekare çatı alanına sahip kristalin silikon fotovoltaik enerji santrali yaklaşık 100 kW kapasiteye sahiptir.	1.000 m2 çatı alanına sahip ince film fotovoltaik enerji santralinin kapasitesi yaklaşık 70 kW'tır.
Düşük Işık Performansı	Kristalin silikon güneş pilleri nispeten zayıf düşük ışık performansına sahiptir. Örneğin, Çin'in güneyindeki bir şehirde, doğrudan güneye bakan kristal silikon PV modülleri, optimumun altındaki ışık koşullarında maksimum verimliliklerinin yalnızca %59'unu elde edebiliyor.	İnce film güneş pilleri güçlü düşük ışık performansına sahiptir ve kurulum açılarına daha az duyarlıdır. Kristalin silikon hücrelere kıyasla düşük ışık koşullarında daha uzun süre elektrik üretirler, bu da onları güneye bakmayan kurulumlar, perde duvarlar ve bulutlu veya soğuk bölgelerdeki BlPV projeleri için daha uygun hale getirir.
Sıcaklık Katsayısı	Sıcaklık katsayısı nispeten yüksektir. Çalışma sıcaklığı 25°c'yi aştığında, maksimum güç çıkışı her 1°c artış için %0,40-0,45 oranında azalır.	Sıcaklık katsayısı nispeten düşüktür. Çalışma sıcaklığı 25°C'yi aştığında, maksimum güç çıkışı her 1°C artış için yalnızca %0,19-0,21 oranında azalır.
Renk Çeşitliliği	Renk seçenekleri ağırlıklı olarak koyu mavi ve açık mavi gibi mavi tonlarındadır.	İnce film modüller ihtiyaca göre çeşitli renklerde üretilebilmektedir.
Modül Ağırlığı	Modüller nispeten ağırdır.	Nispeten hafiftirler ve çatı kaplama inşaatının zorluklarını ve maliyetlerini azaltırlar. Ayrıca giydirme cephe uygulamalarında kullanıldığında ince film Py modülleri, kristal silikon modüllere kıyasla daha az yapısal destek gerektirir ve daha düşük maliyetlere neden olur.

Kaynak 2021'e kadar Kristal silikon, ince film ve perovskit BIPV teknolojisi ve pazar forumu

Genel olarak kristal silikon ve ince film teknolojik sistemler, fotovoltaik binalar alanında tamamlayıcı rol oynamaktadır. İnce film teknolojisi, güneye bakmayan çatılar, perde duvarlar ve özelleştirilmiş senaryolar gibi belirli fotovoltaik bina projelerinde belirgin bir avantaja sahiptir. 2018 yılında yaptığı bir araştırmaya göre Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü'nün Avrupa Almanya'daki BIPV projeleri üzerine , çatı BIPV projelerinin yaklaşık %90'ı kristalin silikon teknolojisini kullanırken, cephe BIPV projelerinin yaklaşık %56'sı ince film teknolojisini kullanıyor.

Fotovoltaik hücrelerin ana teknik sistemlerinin sınıflandırılması ve özellikleri

Teknolojik Sistem	Özel Malzemeler	Fotoelektrik Dönüşüm Verimliliği	Avantaj	Dezavantaj
Kristalin Silikon Güneş Pilleri	Monokristalin silikon	%16 - %18	Uzun ömür (genellikle 20-30 yıla kadar), yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliği	Yüksek üretim maliyeti, uzun üretim süresi, zayıf düşük ışık performansı
	Polikristalin silikon	%14 - %16	Yüksek ışık stabilitesi, düşük maliyet, basit üretim ve belirgin bir verimlilik düşüşü yok	Düşük ışıkta zayıf güç üretim performansı
İnce Film Güneş Pilleri	Amorf silikon	%6 - %9	Olgun teknoloji, düşük üretim eşiği	Sınırlı fotoelektrik dönüşüm verimliliği
	Bakır indiyum galyum selenit (ClGS)	%11	Düşük üretim maliyeti, düşük kirlilik, düşüş yok, düşük ışıkta iyi performans, yüksek fotoelektrik dönüşüm verimliliği	Teknoloji element oranlarına karşı son derece duyarlıdır ve yapısı karmaşık olup, son derece sıkı işlem ve hazırlık gerektirir. koşullar
	Kadmiyum tellür (CdTe)	%9 - %12	Düşük üretim maliyeti, yüksek dönüşüm verimliliği, düşük sıcaklık katsayısı (düşük sıcaklıkta mükemmel performans), iyi düşük ışık efekti	Hammadde kıtlığı ve kadmiyumun toksisitesi büyük ölçekli bir geri dönüşüm sistemini gerektirmekte ve bu da büyük ölçekli uygulamaları zorlaştırmaktadır.

Kaynak: Güneş fotovoltaiklerinin binalarda uygulanmasına ilişkin araştırma, Bakır indiyum galyum selenit ince film güneş pili endüstrisinin gelişimine genel bakış

BAPV (Binaya Ekli Fotovoltaik), şu anda fotovoltaik bina inşasının ana biçimidir.

Mevcut endüstri ortamında BAPV, binaya entegre fotovoltaiklerin baskın biçimi olmaya devam ediyor. Bunun temel nedeni, her yıl yeni binaların inşaatının sınırlı olması ve BIPV standartlarının henüz tam olarak oluşturulmamış olmasıdır. BIPV hemen benimsense bile binaların BIPV'nin kullanılabilmesi için üst sınır aşamasına ulaşması 3-5 yıl alacaktır. Buna karşılık, mevcut çatıların yenilenmesi nispeten daha kolaydır ve mevcut çatı kaynaklarının bolluğu, bu aşamada dağıtılmış fotovoltaiklerin hızlı gelişimi için onu daha uygun hale getirir.

Olgun Yurtdışı Pazarlarla Karşılaştırıldığında BIPV, Gelecekte Artan Penetrasyon Açısından Önemli Bir Potansiyele Sahiptir.

Gelişmiş ülkelerde binaya entegre fotovoltaikler (BIPV) daha erken başladı ve birçok ülke 20. yüzyılın sonlarında çeşitli teşvik politikaları ve kalkınma planları uygulamaya koydu. Örneğin, Almanya, İtalya, Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'nin tümü, önümüzdeki yıllarda PV kurulum kapasitelerini oluşturmak için net hedefler belirleyen 'Solar PV Çatı Programları' oluşturmuştur. BIPVBOOST organizasyonunun raporuna göre, 2018 yılı itibarıyla Japonya, 3 GW kapasiteyle dünya çapında en yüksek kümülatif BIPV kurulumuna sahip olurken, onu Fransa (2,7 GW), İtalya (2,5 GW) ve Amerika Birleşik Devletleri (0,6 GW) takip ediyor. Buna karşılık, Çin'in kümülatif BIPV kurulumu yalnızca 0,1 GW'tı (2020 itibarıyla yaklaşık 0,7 GW).

Gelişmiş bölgelerin geçmiş kurulum kapasiteleri karşılaştırıldığında, Çin'in mevcut toplam BIPV kurulumunun, Japonya ve Avrupa'nın yaklaşık 5 ila 10 yıl önce ulaştığı seviyelere eşdeğer olduğu görülüyor. Bu gidişat, Çin'deki pazarın henüz olgunlaşmadığını ve gelecekte BIPV penetrasyonunun artması için önemli bir alan bulunduğunu gösteriyor.