انرژی فتوولتائیک خورشیدی در ساختمان ها

از سیستم های فتوولتائیک (PV) برای تبدیل انرژی از خورشید به برق استفاده می شود. آنها منبعی مطمئن از برق خورشیدی هستند که هیچ آلودگی یا انتشار در محل ایجاد نمی کند. سیستم های PV هزینه های عملیاتی کمی را متحمل می شوند و می توانند روی هر نوع ساختمانی نصب شوند، مانند:

مسکونی
تجاری
صنعتی
سازمانی
کشاورزی

سیستم های PV به دو دسته اصلی تقسیم می شوند ۱ـ جدا از شبکه و ۲ـ متصل به شبکه. “شبکه” به زیرساخت های شرکت برق گفته می شود که برق مصرف کنندگان را تأمین می کند. سیستم های خارج از شبکه معمولاً در مکان های دور افتاده نصب می شوند که هیچ شبکه برقی در دسترس نیست. این نیروگاهها معمولاً به سیستم ذخیره سازی مانند باتری برای ذخیره برق اضافی تولید شده توسط سیستم PV و استفاده در طول شب نیاز دارند. البته زمانیکه تقاضا بیش از تولید برق سیستم PV باشد، می توان انرژی را از باتری ها برداشت. سیستم های متصل به شبکه نیز می توانند شامل فن آوری های ذخیره سازی باشند، اما به طور کلی تولید بیش از حد انرژی الکتریکی نیروگاه را به شبکه می دهند.

طراحی نیروگاه خورشیدی برای ساختمانها

نیروگاه به ساختمان اضافه شود (Building-applied Photovoltaics)

این روش به اختصار BAPV شناخته می شود. BAPV معمول ترین روش مورد استفاده برای نصب نیروگاه فتوولتائیک در منازل مسکونی است و بخصوص برای منازل مسکونی موجود بیشتر مورد توجه است. این نوع نصب به دو روش انجام می شود. در روش اول نیروگاه با کمک استراکچرهای فلزی با در نظر گرفتن بهترین شیب و جهت برای بالاترین تولید نصب می شود (شکل 1) ولی در روش دوم نیروگاه بر روی سطوح موجود در ساختمان مثل شیروانی یا دیوارهای محکم می شود (شکل 2) که البته در روش دوم احتمال اجرای شیب و جهت مناسب ضعیف شده ولی روش دوم ارزانتر است.

نیروگاه جزیی از ساختمان باشد (Building-integrated Photovoltaic)

در این روش به اختصار BIPV نامیده می شود. BIPV محصولات یا سیستم های تولید انرژی خورشیدی هستند که به طور یکپارچه در پوشش ساختمان و بخشی از اجزای ساختمان مانند نماها، سقف ها یا پنجره ها ادغام شده اند. این روش هدف دوگانه ای را دنبال می کند، یک سیستم BIPV یک جز جدایی ناپذیر از ساختمان است که به طور همزمان انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می کند و در عین حال کاربردهایی مانند:

حفاظت از هوا (ضد آب، ضد آفتاب)
عایق حرارتی
حفاظت از صدا
نور روز
ایمنی

را بر عهده می گیرد. سیستم های BIPV را می توان در مرحله ساخت یک ساختمان نصب کرد یا در هنگام مقاوم سازی ساختمان موجود زمانیکه که نیاز به تعویض یکی از اجزای بدنه برونی است، مستقر کرد. بسته به نوع کاربرد و سایز بدنه بیرونی راه های زیادی را برای ادغام BIPV وجود دارد. به طور کلی، سه فضای اصلی برای BIPV وجود دارد:

سقف (به عنوان مثال پوشش یا نورگیر)
نماها (به عنوان مثال روکش، دیوارهای پرده، پنجره ها)
سیستم های خارجی یکپارچه (به عنوان مثال نرده های بالکن، سیستم های سایه انداز)

ماژول های BIPV که در حال حاضر در بازار موجود است یا از سلول های خورشیدی متبلور بر اساس سیلیکون (c-Si) یا از فناوری های فیلم نازک مانند سیلیکون مبتنی بر آمورف (a-Si)، تلوراید کادمیوم (CdTe) و سلنیید گالیوم ایندیم مس (CIGS) استفاده می کنند. به عنوان مثال برای کاربردهای نورگیر یا دیوار پرده، می توان با فاصله دادن سلولهای خورشیدی مات c Si یا شفاف سازی لایه ی نازک، هم نور و هم برق به دست آورد. اما لازم به ذکر است، با افزایش شفافیت، کارایی ماژول کاهش می یابد زیرا نور خورشید کمتر جذب شده و لذا کمتر توسط لایه فتوولتائیک به برق تبدیل می شود. البته بیش از یک دهه هست که دانشمندان بر روی نسل سوم سلول های خورشیدی با نام سلولهای خورشیدی رنگدانه ای کار می کنند که می تواند به راحتی نور را از خود عبور دهد و به رنگهای مختلف هم ساخته می شوند و فعلا در حال حاضر مشکل بازدهی و پایداری را دارند.