Panele fotowoltaiczne już nie tylko na dachu. Prąd produkują też elewacje
Panele fotowoltaiczne na dobre zadomowiły się na naszych dachach. Kusząca stała się też możliwość przeznaczenia na nie powierzchni pionowych. Instalacje PV zaczynają się pojawiać także na fasadach. Zobacz nowoczesne rozwiązania dla domów energooszczędnych.
Spis treści
- Fasada z modułów BIPV
- Tradycyjne panele PV na elewacji
- Fotowoltaiczna fasada wentylowana
- Okna z modułami BIPV
- Fasada, która także grzeje
- Żaluzje produkujące prąd
- Estetyka i trwałość fasad fotowoltaicznych
Wymagania dotyczące pozyskiwania darmowej energii odnawialnej wprowadzają na rynek materiałów fasadowych nowego gracza – moduły fotowoltaiczne BIPV. Powstają z nich atrakcyjne, futurystyczne elewacje zasilające część urządzeń w budynku. Póki co są stosowane głównie w budynkach komercyjnych, ale już niebawem futurystyczne fasady pozyskujące darmowy prąd zapewne pojawią się także na domach jednorodzinnych.
Elementami instalacji fotowoltaicznej oprócz paneli są: inwerter (falownik), który zmienia prąd stały w przemienny, zabezpieczenia oraz licznik energii dostarczany przez zakład energetyczny (operatora sieci przesyłowej). Gdy decydujemy się na magazynowanie prądu u siebie, potrzebne są nam akumulatory oraz regulator ich ładowania.
Fasada z modułów BIPV
Moduły BIPV (Building Integrated Photovoltaics) to elementy fotowoltaiczne z założenia przeznaczone do wkomponowania ich w architekturę budynku. Zalicza się do nich również wyroby budowlane, których właściwości użytkowe rozszerzono o możliwość pozyskiwania prądu z promieni słonecznych. Przykładem mogą być fotowoltaiczne okna lub dachówki.
Moduły BIPV są wytwarzane na zamówienie. Do wyboru mamy moduły cienkowarstwowe i moduły bifacjalne (glass-glass). Pierwsze wykonywane są na przykład ze szkła chemicznie hartowanego o grubości 1,1 mm. Moduł może mieć wtedy około 3 mm grubości. Do wykonywania fotowoltaicznych fasad wykorzystywane są głównie moduły glass-glass. Ich ogniwa obłożone są z obu stron warstwami szkła. Inwestor decyduje, jaki rodzaj szkła będzie stanowił warstwę zewnętrzną. Oprócz zwykłego można bowiem wykorzystać również szkło hartowane lub kolorowe. Do uzgodnienia są też rozmiar i kształt modułów. Moduły glass-glass są znacznie cięższe od cienkowarstwowych.
Tradycyjne panele PV na elewacji
Na ścianach zewnętrznych można również dobrze zainstalować typowe modele paneli PV – takie jak montowane na dachach czy na powierzchni działki. Nie tworzy się z nich całych fasad. To rozwiązanie odpowiednie w sytuacji, gdy elewacja jest już wykończona.
Panele są montowane do pionowo biegnących, aluminiowych szyn nośnych, które łączy się z murem. W przypadku ścian ocieplonych od zewnątrz trzeba więc użyć długich wkrętów, tak zwanych szpilek montażowych, lub specjalnych kotew. Szyny można skracać szlifierką kątową lub łączyć ze sobą, w zależności od potrzeb. Montując je, trzeba brać pod uwagę, że między spodem panelu a ścianą musi pozostać odstęp o szerokości przynajmniej 5 cm, żeby panele były skutecznie chłodzone. Do szyn przykręca się skrzynki przyłączeniowe, z których biegną przewody do inwertera. Ten może być zainstalowany wewnątrz domu, ale nie brak modeli możliwych do umieszczania na świeżym powietrzu.
Do cienkowarstwowych modułów fotowoltaicznych są potrzebne specjalne inwertery – z transformatorem.
Na szynach opiera się panele i łączy z nimi przy użyciu odpowiednich uchwytów i śrub dostarczonych przez producenta danego systemu.
Przewody biegnące od paneli do falownika doprowadza się do wnętrza domu przez otwór wywiercony w ścianie. Kable powinny biec w peszlach, czyli plastikowych rurkach ochronnych.
1. Monokrystaliczne
Tworzą je pojedyncze, monolityczne kryształy krzemu. Zapewniają wysoką sprawność – na poziomie 20%. Mają ciemny kolor. Bardzo często są wykorzystywane do produkcji paneli, z których buduje się zdecydowaną większość przydomowych instalacji fotowoltaicznych.
2. Polikrystaliczne
Zbudowane z wykrystalizowanego krzemu. Mają nieco gorszą sprawność niż monokrystaliczne, wyraźnie zarysowane kryształy i ciemnoniebieski kolor. Ze względu na dążenie do uzyskania jak największej mocy z jak najmniejszej powierzchni paneli zaczęły tracić na popularności na rzecz ogniw monokrystalicznych.
3. Amorficzne
Produkowane z nieskrystalizowanego krzemu. Zapewniają nie najwyższą sprawność, rzędu 10%. Występują w różnych kolorach, najczęściej bordowym. Dobrze działają przy różnych kątach padania światła, a nawet w pochmurne dni. Są od dawna stosowane do zasilania niewielkich urządzeń elektronicznych (zegarków, kalkulatorów), z którymi są zintegrowane, wykorzystuje się je także do tworzenia paneli wielkopowierzchniowych na farmy fotowoltaiczne i systemów PV zintegrowanych z budynkiem (BIPV).
4. Półprzewodnikowe CdTe
Krzem zastępuje tu tellurek kadmu. Moduły zbudowane są z pojedynczych ogniw. Są niedrogie i mają sprawność na poziomie kilkunastu procent.
5. Półprzewodnikowe CIGS
Wytwarzane z miedzi, indu, galu i selenu. Ich sprawność jest o 1-2% wyższa niż paneli CdTe. Są niedrogie, gdyż wytwarza się je metodą druku przemysłowego.
6. Wielowarstwowe
W jednym module zastosowane są dwie warstwy krzemu: amorficzna i mikrokrystaliczna. Produkowane są w nich elementy przezierne, na przykład systemy okienno-fasadowe. Przezierność takich modułów wynosi od 5 do 25%.
Fotowoltaiczna fasada wentylowana
Fasada wentylowana to rodzaj elewacji, w której materiał okładzinowy jest mocowany do rusztu nośnego połączonego wcześniej ze ścianą. Między okładziną a materiałem termoizolacyjnym, służącym do ocieplenia ścian, pozostawiana jest wówczas kilkucentymetrowa przestrzeń, w której cyrkuluje powietrze, usuwając wilgoć i chłodząc spód elewacji.
Wystarczy zastąpić typowe materiały okładzinowe (laminaty HPL, płyty cementowo-włóknowe, kasetony z metalu) modułami BIPV, by powstała fasada fotowoltaiczna, zaopatrująca budynek w zieloną energię elektryczną. Wiele firm oferuje już systemy takich fasad, ich projektowanie oraz montaż. Na budowę dostarczane są wtedy, zgodnie ze specyfikacją, poszczególne elementy konstrukcji nośnej, materiał ociepleniowy, membrana wiatroizolacyjna, panele i wyposażenie niezbędne do ich funkcjonowania i obsługi.
Moduły cienkowarstwowe, w odróżnieniu od modułów bifacjalnych, wymagają zdecydowanie lżejszych, a przy tym tańszych konstrukcji nośnych.
Okna z modułami BIPV
Wśród pomysłów na wykorzystanie modułów BIPV są też fotowoltaiczne okna. Moduł zastępuje w tym przypadku szybę zespoloną. Z okien takich budowane są atrakcyjne szklane fasady słupowo-ryglowe, dodatkowo produkujące prąd, nawet w pochmurne dni.
Niestety, zwykłe ogniwa PV odbierają przeszkleniom ich najważniejsze funkcje – doświetlenia i otwierania widoku na otoczenie. Aby temu zapobiec, oferowane są okna z ogniwami wielowarstwowymi o częściowej transparentności.
Najmniejsze fotowoltaiczne elementy okienno-fasadowe mają rozmiary 20 x 30 cm, a największe – 220 x 260 cm. Wchodzą w skład systemu obejmującego także konstrukcję nośną i zwykłe okna o podobnych wymiarach. Moduł jest chroniony od zewnątrz szybą o dużej przejrzystości, grubości 3,2 mm. Łącznie moduł ma minimum 8 mm grubości.
Wśród szyb fotowoltaicznych znajdziemy i takie, w których moduł znajduje się od strony zewnętrznej i nie ma dodatkowej osłony w postaci zwykłej szyby. Najlepsze z takich szyb, dwukomorowe, mają bardzo korzystny, niski współczynnik przenikania ciepła Ug = 0,8 W/(m²·K).
Okna fotowoltaiczne póki co wykorzystywane są wyłącznie na dużych budynkach, na przykład biurowcach – gdzie stanowią elementy zintegrowane ze szklanymi fasadami.
Autor: SCHÜCO
Wielowarstwowe moduły okienno-fasadowe PV są dostępne w kilku wariantach przezierności. Nie zasłaniają widoku i dopuszczają promienienie słoneczne do budynku
Fasada, która także grzeje
Najnowocześniejsze z szyb fotowoltaicznych, jak choćby te w technologii PVGLASS+, mają zdolność nagrzewania się do 60°C. Mogą przekazywać ciepło do wnętrza, zapewniając dodatkową, darmową porcję energii.
Szyby takie pozyskują prąd nawet wtedy, gdy niebo jest znacznie zachmurzone. Są odporne na mróz, wodę i grad. Ich unikatową cechą jest możliwość sterowania transparentnością szkła.
Szkło takie ma grubość od 2 do 19 mm i da się z niego wytwarzać szyby o rozmiarach do 2,8 x 4 m. Jego współczynnik przenikania ciepła Ug wynosi zaledwie 0,5 W/(m²·K), co pozwala zaliczyć ten produkt do grona szyb energooszczędnych.
Do wykonywania elewacyjnych okładzin można też użyć modułów z technologią NoFrost. Mają one funkcję ogrzewania, przeciwdziałającą oblodzeniu fasad. Moduły tego typu najkorzystniej jest umieścić tylko w strefach narażonych na takie zjawisko.
Żaluzje produkujące prąd
Na wielu nowoczesnych budynkach można ostatnio podziwiać ażurowe systemy fasadowe w postaci żaluzji zewnętrznych ze stałymi bądź ruchomymi lamelami. Ustawione pod kątem lamele są doskonale wyeksponowane na działanie promieni słonecznych. Producenci szybko więc się zorientowali, że jeśli na ich górnej powierzchni zamocuje się ogniwa fotowoltaiczne, to uda się dzięki nim pozyskać dużo darmowej energii elektrycznej.
Żaluzje fotowoltaiczne są umieszczane w ramach o konstrukcji aluminiowej, rozpiętej na słupach rozmieszczanych średnio co 4 m.
Najnowocześniejsze z ruchomych lameli mogą być wyposażone w instalację sterowania automatycznego, podłączoną do czujników pogodowych. Same więc będą dostosowywały kąt swojego nachylenia do aktualnego natężenia światła oraz kąta padania promieni słonecznych.
Decydując się na pozyskiwanie prądu ze słońca, mamy dwie drogi do wyboru. Pierwsza – on-grid – zakłada, że panele zostaną przyłączone do domowej sieci, aby zaspokoić zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną, a w razie niedoboru wspomoże nas dostawca prądu przez tradycyjną sieć elektroenergetyczną. Gdy zaś energii z naszych paneli będzie więcej niż potrzebujemy, jako prosumenci przekażemy nadwyżkę do sieci. Operator ma obowiązek ją od nas odebrać i nam za nią zapłacić – według aktualnej stawki rynkowej.
Druga opcja – off-grid – zakłada, że nasza instalacja nie jest połączona z siecią elektroenergetyczną. Wówczas, by nadwyżki energii się nie zmarnowały, musimy sami je magazynować. Służą do tego banki energii wyposażone w akumulatory.
Estetyka i trwałość fasad fotowoltaicznych
Moduły BIPV są tak skonstruowane, że wykonana z nich okładzina elewacyjna będzie dostatecznie przygotowana na niekorzystne warunki pogodowe. Wytrzymują duże obciążenie wodą, są odporne na mróz, naprężenia wynikłe z działania temperatury i jej zmian. Oczywiście nie są niezniszczalne, ale wykazują wysoką odporność na uszkodzenia mechaniczne. Zwykłe panele PV również wykazują dużą trwałość.
Różnice między modułami a panelami tkwią w estetyce. Moduły mogą mieć ciekawszą kolorystykę dzięki zastosowaniu barwionego szkła i są dostępne w większej gamie rozmiarów oraz kształtów. Wykonana z nich pełna zabudowa wygląda przeważnie korzystniej niż polujące na słońce wstawki elewacyjne z normalnych paneli.
- Panele zarabiają na siebie, uzupełniając zapotrzebowanie budynku na prąd.
- Uznaje się je za rozwiązanie proekologiczne.
- Stanowią w pełni funkcjonalną i estetyczną elewację.
- Zimą panele na powierzchniach pionowych uzyskują większą wydajność niż te na dachach, a to dlatego, że słońce znajduje się wówczas nisko nad horyzontem i lepiej oświetla płaszczyzny pionowe.
- Oprócz wysokiego kosztu wykonania takiej fasady w budżecie trzeba uwzględnić nakłady regularnie ponoszone na ich przeglądy serwisowe.
- Ogniwa w modułach BIPV mają mniejszą sprawność niż w tradycyjnych panelach.
- Fasady PV sprawdzają się zwłaszcza na wysokich budynkach, których nie będą przysłaniały inne zabudowania lub drzewa.
- Sprawność paneli fotowoltaicznych nie jest stała. Spada ona z każdym rokiem o około 0,5%.
