Energia słoneczna „wmontowana” w budynek

Energia słoneczna „wmontowana” w budynek

Jednymi z najbardziej rozpowszechnionych urządzeń, które pozwalają na wykorzystanie energii promieniowania słonecznego są kolektory słoneczne, które pozwalają na konwersję energii promieniowania słonecznego na ciepło, oraz moduły fotowoltaiczne, które pozwalają na konwersję na energię elektryczną.
   
Typowe instalacje słoneczne składają się z urządzeń "dołączonych" do budynku. Moduły fotowoltaiczne lub kolektory słoneczne są zazwyczaj montowane na dachu. Stanowią one dodatkowy element, bez którego budynek nadal może spełniać swoje funkcje. Zupełnie innym podejściem jest stosowanie instalacji zintegrowanych z budynkiem.  Mogą to być zarówno instalacje kolektorów słonecznych zintegrowane z budynkiem (ang. BISTS - Building Integrated Solar Thermal System) jak i instalacje fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem (ang. BIPV - Building Integrated Photovoltaic). Idea instalacji słonecznych zintegrowanych z budynkiem polega na zastępowaniu  elementów bryły budynku elementami instalacji słonecznych. Kolektory słoneczne oraz moduły fotowoltaiczne mogą zastępować różne elementy bryły budynku m.in.: dach, elementy fasady oraz balustrady balkonów. Główne korzyści z integracji instalacji słonecznych z budynkiem to niższe koszty inwestycyjne na etapie budowy  (w porównaniu do instalacji słonecznych "dołączonych" do budynku) oraz wyróżniająca się  estetyka budynków.

 

Przykład instalacji fotowoltaicznej zintegrowanej z budynkiem we Freiburgu na osiedlu Rolf  Disch Solar Settlement. W tym przypadku moduły fotowoltaiczne zostały zastosowane zamiast pokrycia dachowego (zdjęcie: Autor artykułu).

Standardowe moduły fotowoltaiczne szeroko dostępne na rynku mają sprawność rzędu kilkunastu procent. Reszta energii promieniowania słonecznego, która dociera do modułów fotowoltaicznych, jest przekształcana w ciepło, które podwyższa temperaturę modułów. Wysoka temperatura modułów fotowoltaicznych powoduje z kolei znaczący spadek ich sprawności. Problem ten jest szczególnie istotny w przypadku modułów fotowoltaicznych zintegrowanych z budynkiem. W przypadku tych posadowionych na gruncie czy też na płaskim dachu, są one owiewane powietrzem, dzięki czemu są naturalnie chłodzone. Inaczej jest w instalacjach fotowoltaicznych zintegrowanych z budynkiem. Dostęp przepływu powietrza do modułów fotowoltaicznych w tego typu instalacjach jest ograniczony, eliminuje  naturalne chłodzenie modułów. To z kolei powoduje spadek ich sprawności.
Co to są instalacje hybrydowe
Odpowiedzią na ten problem są instalacje kolektorów hybrydowych zintegrowane z budynkiem BIPVT (ang. Building Integrated Photovotaic Thermal). Istotą kolektorów hybrydowych PVT jest zastosowanie chłodzenia modułów fotowoltaicznych. Czynnikiem chłodzącym może być powietrze, woda lub roztwór wodny glikolu (podobnie jak w zwykłych kolektorach słonecznych stosowanych w naszym klimacie). Ciepło, które jest odbierane od modułów fotowoltaicznych może być wykorzystywane tak samo jak ciepło z tradycyjnych kolektorów słonecznych. Stosując kolektory hybrydowe PVT pozyskujemy więc energię elektryczną oraz ciepło z jednego urządzenia. Dzięki temu kolektory hybrydowe mogą być dobrym wyborem w przypadku, gdy miejsce na instalacje jest ograniczone, a inwestor planuje zastosowanie zarówno kolektorów słonecznych, jak i modułów fotowoltaicznych.


BISTS - ang. Building Integrated Solar Thermal Systems, instalacje kolektorów słonecznych zintegrowanych z budynkiem,
BIPV - ang. Building Integrated Photovoltaics, instalacje fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem,
BIPVT - ang. Building Integrated Photovoltaic Thermal, instalacje kolektorów hybrydowych zintegrowane z budynkiem,

Na powyższym diagramie zaprezentowana została w sposób ideowy ogólna klasyfikacja instalacji słonecznych zintegrowanych z budynkiem. Instalacje te dzielą się na instalacje dzięki, którym uzyskujemy ciepło (BISTS - ang. Building Integrated Solar Thermal Systems), instalacje dzięki, którym uzyskujemy energię elektryczną (BIPV - ang. Building Integrated Photovoltaics,) oraz instalacje hybrydowe, które zapewniają zarówno pozyskiwanie energii elektrycznej, jak i ciepła (BIPVT - ang. Building Integrated Photovoltaic Thermal). Instalacje słoneczne zintegrowane z budynkiem przynoszą więc wiele korzyści Najlepszym podejściem jest uwzględnienie instalacji słonecznej zintegrowanej z budynkiem już na etapie projektu budynku. Nie jest to jednak jedyne możliwe rozwiązanie, istnieje także możliwość modernizacji istniejącego budynku tak, aby zastosować instalację słoneczną zintegrowaną. Takie podejście jest jednak mniej ekonomiczne, niż uwzględnienie instalacji już na etapie projektu.
   
Autor, Jarosław Bigorajski, jest Kierownikiem Zespołu Ekologów Detalicznych Banku Ochrony Środowiska.