BIPV so với BAPV: Vai trò bổ sung trong các tòa nhà quang điện

Cấu trúc quang điện (PV) có thể được chia thành hai loại dựa trên mức độ tích hợp của mô-đun PV: PV gắn liền với tòa nhà (BAPV) và PV tích hợp trong tòa nhà (BIPV) . Mặc dù BIPV có những lợi thế nhất định về chi phí và hiệu suất nhưng quá trình phát triển của nó vẫn đang ở giai đoạn đầu. BAPV, có thể được lắp đặt trực tiếp trên các tòa nhà hiện có, vẫn là hình thức phổ biến. So với các thị trường nước ngoài, công suất lắp đặt BIPV ở Nhật Bản, Pháp, Ý và Hoa Kỳ đã lần lượt đạt 3GW, 2,7GW, 2,5GW và 0,6GW, trong khi ở Trung Quốc, con số này chỉ là 0,7GW vào năm 2020, cho thấy tiềm năng đáng kể để tăng cường thâm nhập BIPV trong tương lai . Hơn nữa, từ góc độ mô hình kinh doanh, BAPV vẫn giữ được nhiều đặc điểm hơn của các sản phẩm PV, với các dự án chủ yếu do các công ty sản xuất PV chủ trì. Mặt khác, BIPV gắn kết chặt chẽ với quá trình xây dựng tổng thể, phụ thuộc nhiều hơn vào năng lực EPC của các công ty xây dựng, từ đó mang lại cơ hội tăng trưởng mới cho ngành xây dựng. Nhìn chung, BAPV và BIPV bổ sung cho những điểm mạnh và điểm yếu của nhau, mang lại cơ hội tăng trưởng đáng kể cho cả nhà sản xuất PV và các công ty xây dựng trong ngành xây dựng PV.

So sánh các phương pháp lắp đặt: Quang điện gắn trong tòa nhà (BAPV) so với Quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV)

Các ứng dụng quang điện (PV) trong các tòa nhà đại diện cho một biên giới mới cho việc sản xuất năng lượng mặt trời. Công nghệ này tích hợp hệ thống PV với cấu trúc bên ngoài của tòa nhà, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm mức tiêu thụ, khiến nó trở thành một thành phần quan trọng trong việc đạt được các tòa nhà thụ động năng lượng thấp. 

Dựa trên mức độ tích hợp, việc xây dựng hệ thống PV có thể được phân thành hai loại:

① Quang điện gắn liền với tòa nhà (BAPV): Đây là hệ thống quang điện được lắp đặt trên các tòa nhà hiện có, tận dụng không gian nhàn rỗi để phát điện. BAPV thường được sử dụng trong việc trang bị thêm các cấu trúc hiện có.

② Quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV): Điều này bao gồm các hệ thống PV được thiết kế, xây dựng và lắp đặt đồng thời với chính tòa nhà, tích hợp liền mạch với cấu trúc của tòa nhà. Hệ thống BIPV không chỉ tạo ra điện mà còn góp phần tạo nên vẻ thẩm mỹ cho tòa nhà.

So sánh các phương pháp thi công:

① BAPV: Thông thường, hệ thống BAPV sử dụng các giá đỡ đặc biệt để cố định mô-đun quang điện vào cấu trúc tòa nhà hiện có. Các hệ thống này chủ yếu phục vụ chức năng tạo năng lượng mà không ảnh hưởng đến chức năng ban đầu của tòa nhà và chúng được coi là các tòa nhà quang điện mặt trời 'loại lắp đặt'.

② BIPV: Hệ thống BIPV bao gồm phương pháp đầu tư và xây dựng một lần, trong đó các cấu trúc hỗ trợ hệ thống PV, mô-đun PV và các bộ phận điện khác được lắp đặt trực tiếp trong giai đoạn xây dựng tòa nhà. Hệ thống BIPV không chỉ tạo ra điện mà còn thay thế các vật liệu xây dựng thông thường, vừa đóng vai trò là thành phần kết cấu vừa đáp ứng các yêu cầu chức năng của tòa nhà.

Những ưu điểm và nhược điểm bổ sung của BAPV và BIPV, trong đó BIPV mang lại lợi ích kinh tế lớn hơn

Hệ thống quang điện gắn liền với tòa nhà (BAPV) và hệ thống quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV) có những điểm mạnh và điểm yếu bổ sung cho nhau. BIPV thường tiết kiệm hơn. Theo tính toán cho dự án mái nhà xưởng kết cấu thép của Polaris Solar PV Network , sử dụng Hệ thống mái BIPV có thể tiết kiệm khoảng 164 RMB/m2 chi phí vật liệu. Ngoài ra, Hệ thống BIPV có tuổi thọ thiết kế trên 50 năm, mang lại lợi ích kinh tế toàn diện đáng kể. So sánh cụ thể như sau:

1) Tính thẩm mỹ của tòa nhà

·BIPV: Là một hệ thống quang điện tích hợp, BIPV được tích hợp vào thiết kế kiến ​​trúc tổng thể, mang lại diện mạo tòa nhà gắn kết và thẩm mỹ hơn.

·BAPV: Là một hệ thống được trang bị thêm, BAPV được thêm vào sau xây dựng, dẫn đến hình thức kém gắn kết hơn.

2) Chịu lực mái

·BIPV: Mái nhà trong công trình BIPV là kết cấu chịu lực đơn giản, phân bố lực rõ ràng, đảm bảo độ an toàn cao.

·BAPV: Do tính chất được trang bị thêm, mái trong hệ thống BAPV có điều kiện tải phức tạp hơn, dưới tải trọng gió và biến dạng lâu dài, có thể gây ra hiệu ứng mỏi có thể ảnh hưởng đến an toàn kết cấu.

3) Chống thấm

·BIPV: Sử dụng các tấm kính kỵ nước kết hợp với các kênh dẫn nước chính, gioăng chống thấm và các bộ phận khác để tạo thành hệ thống thoát nước mái toàn diện. Sự kết hợp mô-đun của cấu trúc mái, dải chớp và giếng trời có thể đạt được hiệu quả chống thấm vượt trội.

·BAPV: Vốn không cung cấp khả năng chống thấm; nó dựa vào mái nhà hiện có để có đủ khả năng chống thấm.

4) Khó khăn trong xây dựng

·BIPV: Là thành phần kết cấu quan trọng, BIPV phải đáp ứng các tiêu chuẩn cao về chống thấm, cách nhiệt và các tiêu chí hiệu suất kiến ​​trúc khác, khiến việc lắp đặt trở nên khó khăn hơn.

·BAPV: Chỉ cần thêm các thành phần quang điện vào mái nhà hiện có, khiến việc lắp đặt tương đối đơn giản.

5) Vận hành và bảo trì

·BIPV: Mái nhà được thiết kế với các tấm PV mô-đun, nhưng việc bảo trì đòi hỏi phải đảm bảo rằng các chức năng của mái vẫn còn nguyên, điều này làm tăng độ phức tạp trong vận hành và bảo trì.

·BAPV: Việc bảo trì có thể được thực hiện trực tiếp trên mái nhà với việc tháo và lắp lại tương đối dễ dàng, giúp việc vận hành và bảo trì trở nên ít khó khăn hơn.

BIPV so với BAPV: So sánh chi phí toàn diện

Các điểm so sánh	Hệ thống BIPV	Hệ thống BAPV
Tấm lợp nhôm-magiê-mangan	/	Bao gồm các tấm mái nhôm-magiê-mangan có cạnh khóa thẳng đứng và giá đỡ loại T bằng hợp kim nhôm, khoảng ￥200/㎡
Phụ kiện khung hệ thống	Bao gồm dải long não đèn hỗ trợ, dải hợp kim nhôm, dải đệm cao su, vật cố định, v.v. khoảng ￥ 0,6/W*120W/㎡=￥72	Bao gồm kẹp, ray dẫn hướng, vật cố định, v.v. khoảng ￥0,3 /W*120W/㎡ = ￥36
Bảng đơn vị mô-đun phát điện quang điện	Bao gồm các tấm quang điện và khung hợp kim Ming, khoảng 120W/㎡'* ￥ 2,8 /W= ￥336	Bao gồm các tấm quang điện và khung hợp kim Ming, khoảng 120W/㎡* ￥ ​​2,8 /W = ￥336
Chi phí tổng hợp (giá vật liệu)	Phụ kiện khung hệ thống + bo mạch bộ phận phát điện quang điện =￥408 /㎡	Tấm mái nhôm-magiê-mangan + Phụ kiện khung hệ thống + bảng bộ phận phát điện quang điện = ￥572 /㎡
Đơn giá (đồng/m2)	408	572
Phần kết luận	Việc sử dụng hệ thống mái tích hợp của tòa nhà quang điện có thể tiết kiệm vật liệu ￥160 /㎡

Dữ liệu của  Polaris Solar PV Network

BIPV so với BAPV

Các điểm so sánh	Hệ thống BIPV	Hệ thống BAPV
Diện mạo tòa nhà	Lồng ghép vào thiết kế tổng thể của công trình mà không làm mất đi vẻ đẹp	Cài đặt muộn, tính toàn vẹn kém
Cuộc sống thiết kế	Tuổi thọ có thể đạt tới hơn 50 năm	20-25 năm
Căng thẳng mái nhà	Mái nhà là loại mái đơn giản, có kết cấu chịu lực rõ ràng và độ an toàn kết cấu cao	Ứng suất phức tạp, tải trọng gió dài hạn và biến dạng có thể gây ra hiện tượng mỏi, ảnh hưởng đến an toàn kết cấu
Tính chống thấm	Hệ thống thoát nước trên mái được hình thành bởi các tấm kính kỵ nước, bể chứa nước chính.Vòng chống thấm, v.v. Cấu trúc mái, viền nhấp nháy, dải đèn, v.v. được cấu tạo theo mô-đun để tránh nguy cơ rò rỉ	Không cần cung cấp khả năng chống thấm, chỉ cần mái nhà hiện có có khả năng chống thấm
Độ khó xây dựng	Hiah lắp đặt chính xác, đảm nhận việc chống thấm mái nhà, cách nhiệt và các chức năng khác, và có độ khó xây dựng lớn	Thi công theo 2 giai đoạn, độ khó trong lắp đặt linh kiện thấp
Vận hành và bảo trì	Mái nhà được thiết kế theo mô-đun và lắp đặt một mô-đun pin duy nhất làm khối. Khi kiểm tra, sửa chữa cũng cần xem xét các công năng của mái nhà đã hoàn thiện chưa, việc vận hành, bảo trì có khó khăn không.	Có thể kiểm tra và sửa chữa trực tiếp trên mái nhà, việc tháo lắp tương đối thuận tiện, vận hành và bảo trì dễ dàng

Dữ liệu của Polaris Solar PV Network

Hệ thống kỹ thuật: Silicon tinh thể và màng mỏng làm vật liệu thành phần chính

Tế bào quang điện (PV) là thành phần cốt lõi nền tảng của hệ thống phát điện PV. Chúng chủ yếu được phân loại thành pin mặt trời silicon tinh thể và pin mặt trời màng mỏng dựa trên vật liệu được sử dụng. Tế bào silicon tinh thể chiếm lĩnh thị phần, trong khi tế bào màng mỏng dự kiến ​​sẽ tăng cường thâm nhập do sự phát triển của các ứng dụng xây dựng quang điện.

1) Tế bào silicon tinh thể:

Pin mặt trời silicon tinh thể đã phát triển trong nhiều thập kỷ, dẫn đến một hệ thống công nghệ trưởng thành với hiệu suất chuyển đổi quang điện không ngừng được cải thiện. Ngành công nghiệp này cũng đã nhanh chóng mở rộng, làm giảm đáng kể chi phí sản xuất cận biên. Trong ngành công nghiệp PV hiện nay, tế bào silicon tinh thể chiếm hơn 95% thị phần do lợi thế kinh tế về chi phí do quy mô kinh tế mang lại và hiệu suất chuyển đổi cao của chúng. Trong số đó, tế bào silicon đơn tinh thể được đặc trưng bởi hiệu suất chuyển đổi quang điện cao và chi phí sản xuất cao, trong khi tế bào silicon đa tinh thể có hiệu suất chuyển đổi thấp hơn một chút nhưng sản xuất không tốn kém và không bị suy giảm hiệu suất đáng kể. Trước năm 2017, tế bào đa tinh thể chiếm thị phần cao tới 73%. Kể từ năm 2017, sự ra đời của các công nghệ sản xuất mới đã làm giảm đáng kể chi phí sản xuất silicon đơn tinh thể và sự thâm nhập ngày càng tăng của công nghệ PERC đã cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi của silicon đơn tinh thể, hiện chiếm khoảng 90% thị trường tế bào silicon tinh thể.

2) Tế bào màng mỏng:

Tế bào màng mỏng vẫn chưa đạt được quy mô thị trường lớn do hiệu suất chuyển đổi quang điện tương đối thấp hơn. Tuy nhiên, chúng thể hiện hiệu suất mạnh mẽ trong điều kiện ánh sáng yếu, khiến chúng hiệu quả hơn đáng kể so với các mô-đun silicon tinh thể trong một số dự án BAPV/BIPV không hướng về phía nam. Ngoài ra, do tế bào màng mỏng có hệ số nhiệt độ tốt hơn nên chúng có thể duy trì hiệu suất trong điều kiện nhiệt độ cực cao, bù đắp hiệu quả những thiếu sót của silicon tinh thể. Các tế bào silicon tinh thể chủ yếu có màu xanh đậm và xanh nhạt, hơi đơn điệu và không thể đáp ứng nhu cầu màu sắc đa dạng của các tòa nhà quang điện. Ngược lại, tế bào màng mỏng có lợi thế về khả năng điều chỉnh màu sắc, với các sản phẩm trên thị trường hiện tại bao gồm hầu hết các cách phối màu phổ biến. Hơn nữa, tế bào màng mỏng tương đối nhẹ, giảm khó khăn trong xây dựng và chi phí sản xuất các cấu trúc hỗ trợ khi sử dụng mô-đun PV màng mỏng.

So sánh silicon tinh thể và tế bào màng mỏng trong lĩnh vực quang điện xây dựng

	Pin mặt trời silicon tinh thể	Pin mặt trời màng mỏng
Công suất trên mỗi đơn vị diện tích	Một nhà máy quang điện silicon tinh thể có diện tích mái 1.000 mét vuông có công suất khoảng 100 kW.	Một nhà máy quang điện màng mỏng có diện tích mái 1.000 mét vuông có công suất khoảng 70 kW.
Hiệu suất ánh sáng yếu	Pin mặt trời silicon tinh thể có hiệu suất ánh sáng yếu tương đối kém. Ví dụ, ở một thành phố phía nam Trung Quốc, các mô-đun PV silicon tinh thể được lắp đặt hướng thẳng về phía nam chỉ đạt được 59% hiệu suất tối đa trong điều kiện ánh sáng dưới mức tối ưu.	Pin mặt trời màng mỏng có hiệu suất ánh sáng yếu mạnh mẽ và ít nhạy cảm hơn với các góc lắp đặt. Chúng tạo ra điện trong thời gian dài hơn trong điều kiện ánh sáng yếu so với pin silicon tinh thể, khiến chúng phù hợp hơn cho việc lắp đặt không hướng về phía Nam, tường rèm và các dự án BlPV ở vùng nhiều mây hoặc lạnh.
Hệ số nhiệt độ	Hệ số nhiệt độ tương đối cao. Khi nhiệt độ hoạt động vượt quá 25°c, công suất đầu ra tối đa sẽ giảm 0,40-0,45% cho mỗi lần tăng 1°c.	Hệ số nhiệt độ tương đối thấp, Khi nhiệt độ hoạt động vượt quá 25oC, công suất tối đa chỉ giảm 0,19-0,21% cho mỗi lần tăng 1°C.
Đa dạng màu sắc	Các tùy chọn màu sắc chủ yếu có màu xanh lam, chẳng hạn như xanh đậm và xanh nhạt.	Các mô-đun màng mỏng có thể được sản xuất với nhiều màu sắc khác nhau khi cần thiết.
Trọng lượng mô-đun	Các mô-đun tương đối nặng.	Chúng tương đối nhẹ, giảm bớt khó khăn và chi phí khi xây dựng tấm lợp. Ngoài ra, khi được sử dụng trong các ứng dụng tường rèm, mô-đun Py màng mỏng yêu cầu ít hỗ trợ cấu trúc hơn và có chi phí thấp hơn so với mô-đun silicon tinh thể.

Nguồn đến năm 2021 Diễn đàn thị trường và công nghệ BIPV silicon, màng mỏng và perovskite tinh thể

Nhìn chung, hệ thống công nghệ màng mỏng và silicon tinh thể đóng vai trò bổ sung cho nhau trong lĩnh vực tòa nhà quang điện. Công nghệ màng mỏng có lợi thế khác biệt trong các dự án xây dựng quang điện cụ thể, chẳng hạn như mái nhà không hướng về phía Nam, tường rèm và các kịch bản tùy chỉnh. Theo một nghiên cứu năm 2018 của Viện Hệ thống Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ở Đức về các dự án BIPV Châu Âu , khoảng 90% dự án BIPV trên mái nhà sử dụng công nghệ silicon tinh thể, trong khi khoảng 56% dự án BIPV mặt tiền sử dụng công nghệ màng mỏng.

Phân loại và đặc điểm của hệ thống kỹ thuật chính của tế bào quang điện

Hệ thống công nghệ	Vật liệu cụ thể	Hiệu suất chuyển đổi quang điện	Lợi thế	Điều bất lợi
Pin mặt trời silicon tinh thể	Silic đơn tinh thể	16% - 18%	Tuổi thọ cao (thường lên tới 20-30 năm), hiệu suất chuyển đổi quang điện cao	Chi phí sản xuất cao, thời gian sản xuất dài, hiệu suất ánh sáng yếu kém
	Silic đa tinh thể	14% - 16%	Độ ổn định ánh sáng cao, chi phí thấp, sản xuất đơn giản và hiệu quả không bị suy giảm rõ ràng	Hiệu suất phát điện trong điều kiện ánh sáng yếu kém
Pin mặt trời màng mỏng	Silic vô định hình	6% - 9%	Công nghệ trưởng thành, ngưỡng sản xuất thấp	Hiệu suất chuyển đổi quang điện hạn chế
	Đồng indi gali selenua (ClGS)	11%	Chi phí sản xuất thấp, ô nhiễm thấp, không suy giảm, hiệu suất ánh sáng yếu tốt, hiệu suất chuyển đổi quang điện cao	Công nghệ này rất nhạy cảm với tỷ lệ nguyên tố và cấu trúc phức tạp, đòi hỏi quá trình chuẩn bị và xử lý cực kỳ nghiêm ngặt. điều kiện
	Cadmium Telluride (CdTe)	9% - 12%	Chi phí sản xuất thấp, hiệu suất chuyển đổi cao, hệ số nhiệt độ thấp (hiệu suất tuyệt vời ở nhiệt độ thấp), hiệu ứng ánh sáng yếu tốt	Sự khan hiếm nguyên liệu thô và độc tính của cadmium đòi hỏi phải có hệ thống tái chế quy mô lớn, khiến việc ứng dụng quy mô lớn trở nên khó khăn

Nguồn: Nghiên cứu ứng dụng quang điện mặt trời trong các tòa nhà, Tổng quan về sự phát triển của ngành công nghiệp pin mặt trời màng mỏng đồng indium gallium selenide

BAPV (Quang điện gắn liền với tòa nhà) hiện là hình thức quang điện xây dựng chủ đạo.

Từ bối cảnh ngành hiện tại, BAPV vẫn là hình thức quang điện tích hợp trong tòa nhà chiếm ưu thế. Điều này chủ yếu là do việc xây dựng các tòa nhà mới mỗi năm bị hạn chế và các tiêu chuẩn dành cho BIPV vẫn chưa được thiết lập đầy đủ. Ngay cả khi BIPV được áp dụng ngay lập tức, vẫn phải mất 3-5 năm cho đến khi các tòa nhà đạt đến giai đoạn giới hạn trước khi BIPV có thể được sử dụng. Ngược lại, việc trang bị thêm các mái nhà hiện có tương đối dễ dàng hơn và nguồn tài nguyên mái nhà dồi dào hiện có khiến nó phù hợp hơn cho sự phát triển nhanh chóng của quang điện phân tán ở giai đoạn này.

So với các thị trường nước ngoài đã trưởng thành, BIPV có tiềm năng tăng cường thâm nhập đáng kể trong tương lai.

Ở các nước phát triển, quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV) đã bắt đầu sớm hơn, với nhiều quốc gia thực hiện các chính sách khuyến khích và kế hoạch phát triển khác nhau ngay từ cuối thế kỷ 20. Ví dụ, Đức, Ý, Nhật Bản và Hoa Kỳ đều đã thiết lập 'Chương trình mái nhà bằng năng lượng mặt trời', đặt ra các mục tiêu rõ ràng để xây dựng năng lực lắp đặt năng lượng mặt trời trong những năm tới. Tính đến năm 2018, theo báo cáo của tổ chức BIPVBOOST, Nhật Bản có công suất lắp đặt BIPV tích lũy cao nhất trên toàn cầu, với công suất 3 GW, tiếp theo là Pháp (2,7 GW), Ý (2,5 GW) và Hoa Kỳ (0,6 GW). Ngược lại, công suất lắp đặt BIPV tích lũy của Trung Quốc chỉ là 0,1 GW (khoảng 0,7 GW vào năm 2020).

Khi so sánh công suất lắp đặt lịch sử của các khu vực phát triển, tổng công suất lắp đặt BIPV hiện tại của Trung Quốc tương đương với mức mà Nhật Bản và Châu Âu đạt được khoảng 5 đến 10 năm trước. Quỹ đạo này chỉ ra rằng thị trường ở Trung Quốc còn lâu mới trưởng thành và còn rất nhiều cơ hội để BIPV thâm nhập vào tương lai.