Chỉ 2%! Tại sao BIPV vẫn chưa được áp dụng trên diện rộng?
Chỉ 2%! Tại sao BIPV vẫn chưa được áp dụng trên diện rộng?
Trong mười năm qua, tốc độ phát triển nhanh chóng của quang điện đã vươn ra thị trường toàn cầu với khoảng 100 GWp được lắp đặt hàng năm, có nghĩa là khoảng 35 đến 400 triệu mô-đun năng lượng mặt trời được sản xuất và bán hàng năm. Tuy nhiên, việc tích hợp chúng vào các tòa nhà vẫn là một thị trường ngách. Theo báo cáo mới nhất của dự án nghiên cứu Horizon 2020 của EU PVSITES, chỉ có khoảng 2% công suất PV được lắp đặt được tích hợp vào các tòa nhà trong năm 2016. Con số nhỏ này đặc biệt bắt mắt khi người ta coi hơn 70% năng lượng tiêu thụ. Carbon dioxide được sản xuất trên toàn thế giới được tiêu thụ ở các thành phố, và khoảng 40% đến 50% tổng lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính đến từ các khu vực đô thị.
Để đối phó với thách thức khí nhà kính này và thúc đẩy sản xuất điện tại chỗ, Nghị viện và Hội đồng Châu Âu đã ban hành Chỉ thị 2010/31 / EU về hiệu suất năng lượng của các tòa nhà vào năm 2010, khái niệm đó là "Tòa nhà năng lượng gần bằng không (NZEB)". Chỉ thị áp dụng cho tất cả các tòa nhà mới được xây dựng sau năm 2021. Đối với các tòa nhà mới để phục vụ các cơ sở công cộng, chỉ thị có hiệu lực vào đầu năm nay.
Không có biện pháp cụ thể nào được chỉ định để đạt được trạng thái NZEB. Chủ sở hữu tòa nhà có thể xem xét các khía cạnh khác nhau của hiệu quả năng lượng, chẳng hạn như các khái niệm cách nhiệt, thu hồi nhiệt và tiết kiệm điện. Tuy nhiên, vì sự cân bằng năng lượng tổng thể của một tòa nhà là một mục tiêu quy định, để đạt được tiêu chuẩn NZEB, việc sản xuất năng lượng hoạt động trong hoặc xung quanh tòa nhà là điều cần thiết.
Tiềm năng và thách thức
Không có nghi ngờ gì rằng việc thực hiện PV sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế các tòa nhà trong tương lai hoặc chuyển đổi cơ sở hạ tầng của tòa nhà hiện tại. Tiêu chuẩn NZEB sẽ là động lực để đạt được mục tiêu này, nhưng nó không đơn độc. Tòa nhà Tích hợp Quang điện (BIPV) có thể được sử dụng để kích hoạt các khu vực hoặc bề mặt hiện có để sản xuất điện. Do đó, không cần thêm không gian để mang thêmPVvào khu đô thị. Tiềm năng về điện sạch được tạo ra từ việc phát điện quang điện tích hợp là rất lớn. Theo phát hiện của Viện Becquerel vào năm 2016, tỷ trọng tiềm năng của sản xuất điện BIPV của Đức trong tổng nhu cầu điện vượt quá 30%, và thậm chí khoảng 40% đối với các nước phía nam hơn (chẳng hạn như Ý).
Nhưng tại sao các giải pháp BIPV vẫn đóng vai trò biên trong ngành kinh doanh năng lượng mặt trời? Cho đến nay, tại sao chúng ít được xem xét trong các dự án xây dựng?
Để trả lời những câu hỏi này, Trung tâm Nghiên cứu Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ở Đức năm ngoái đã tổ chức một cuộc hội thảo và trao đổi với các bên liên quan trong tất cả các lĩnh vực của BIPV để tiến hành phân tích nhu cầu. Kết quả cho thấy bản thân nó không phải là thiếu công nghệ.
Tại hội thảo HZB, nhiều người trong ngành xây dựng đang thực hiện các dự án tân trang hoặc xây mới và họ thừa nhận rằng có một khoảng cách nhận thức về tiềm năng và các công nghệ hỗ trợ của BIPV. Hầu hết các kiến trúc sư, nhà quy hoạch và chủ sở hữu tòa nhà chỉ đơn giản là không có đủ thông tin để tích hợp công nghệ quang điện vào các dự án của họ. Do đó, có nhiều e ngại về BIPV, chẳng hạn như thiết kế hấp dẫn, chi phí cao và độ phức tạp nghiêm trọng. Để khắc phục những hiểu lầm rõ ràng này, nhu cầu của các kiến trúc sư và nhà xây dựng phải được đặt lên hàng đầu, và sự hiểu biết về cách các bên liên quan nhìn nhận BIPV phải là trọng tâm.
Chức năng và phong cách
BIPV được đặc trưng bởi thực tế là các mô-đun năng lượng mặt trời là một phần không thể thiếu của lớp vỏ công trình và do đó trở thành một phần tử xây dựng đa chức năng. Ngoài việc tạo ra điện, bộ phận này giờ đây cũng phải đảm nhận các chức năng khác của bức tường bên ngoài của tòa nhà.
Giải pháp thay thế nổi tiếng nhất cho việc lắp đặt mái nhà truyền thống là các mô-đun năng lượng mặt trời, được tích hợp trực tiếp về mặt chức năng và thẩm mỹ trên mái nhà. Do đó, các thành phần này không chỉ có thể tạo ra điện, mà còn đóng vai trò như một mái nhà che mưa gió. Nếu có thể nhìn thấy, trong trường hợp mái nhà dốc, các mô-đun năng lượng mặt trời cũng sẽ ảnh hưởng đến diện mạo của tòa nhà. Sự đa dạng của các yếu tố mái thông thường cũng đòi hỏi các yếu tố hoạt động PV có mức độ thay đổi cao về hình dạng, màu sắc và hình thức. Cần có các mô-đun kính thủy tinh đồng nhất, diện tích lớn, cũng như các hệ thống nhỏ, chẳng hạn như ngói lợp, có hình dạng và màu sắc hoàn toàn phù hợp với ngói lợp thông thường.
Các tiêu chuẩn tương tự cũng có hiệu lực đối với các mô-đun năng lượng mặt trời được sử dụng như các yếu tố tường bên ngoài, nhưng ở đây, chất lượng thẩm mỹ là đặc biệt quan trọng. Có nhiều loại mặt tiền PV hoạt động. Các mô-đun năng lượng mặt trời được lắp đặt làm mặt tiền lạnh thông gió có thể dễ dàng thay thế các yếu tố truyền thống của các bức tường rèm thông gió. Nhưng giải pháp cũng có thể được sử dụng như một yếu tố mặt tiền ấm áp, chẳng hạn bằng cách dán trực tiếp vào mặt tiền. Ngoài khả năng chống chịu thời tiết, cách nhiệt hoặc cách âm là các thuộc tính khác mà các phần tử mặt tiền hoạt động PV có thể cung cấp.
Về chức năng thẩm mỹ của các yếu tố mặt tiền, đã có những khái niệm khác nhau trên thị trường. Các thành phần màu bao gồm từ anthracite / đen đến xám, xanh lam, xanh lá cây, vàng và thậm chí"vàng". Ví dụ, những màu này có thể đạt được bằng cách sử dụng một loại kính phía trước đặc biệt có chứa cấu trúc lớp nano. Điều quan trọng là sản lượng điện của loại mô-đun này không được giảm quá mức. So với mô-đun truyền thống có kính phía trước trong suốt, công suất đầu ra ban đầu của nó có thể đạt hơn 80%.
Một giải pháp thay thế cho việc sử dụng kính mặt trước đặc biệt này là in gốm. Công nghệ này đạt được màu sắc đồng nhất và một tính năng khác mà các kiến trúc sư thích: khả năng in hầu hết mọi cấu trúc hoặc hình ảnh trên đầu mô-đun. Trên thực tế, chức năng này làm cho các tế bào năng lượng mặt trời tạo nên mô-đun gần như vô hình đối với người quan sát. Tuy nhiên, việc in này ảnh hưởng mạnh hơn đến sản lượng điện cuối cùng. Nhưng vì pin mặt trời gần như hoàn toàn vô hình, công nghệ này cũng có thể được áp dụng cho các mô-đun tinh thể công suất cao, vì vậy nó có thể được sử dụng như một phần tử kiến trúc có giá trị thẩm mỹ cao và công suất lớn.
Kỹ thuật thứ ba để tạo các phần tử BIPV có màu là sử dụng các lá màu. Chi phí của công nghệ này thấp hơn, và quan trọng hơn, nó cho phép hầu hết mọi màu sắc. Nhờ chức năng này, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Điện tử và Công nghệ Vi mô Thụy Sĩ (CSEM) có thể phát triển các mô-đun pin mặt trời màu trắng. Về nguyên tắc, kiểu phát triển này có thể"kích hoạt" một số lượng lớn các mặt tiền màu trắng thông thường trên thế giới.
Tích hợp pin mặt trời hoặc mô-đun vào các phần tử che nắng là một cách hấp dẫn để kết hợp khả năng chống nắng và sản xuất năng lượng. Ví dụ, điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng thủy tinh có độ phủ rất mỏng, đồng đều của vật liệu quang điện hoạt động. Công nghệ màng mỏng như chất bán dẫn hữu cơ (OPV), CIGS (đồng indium gallium selenua / sulfit) hoặc silicon màng mỏng rất thích hợp cho các ứng dụng như vậy.
Ngoài ra, nếu các tế bào silicon tinh thể được sắp xếp theo kiểu trong mô-đun thủy tinh thủy tinh hoặc có khoảng cách lớn giữa các tế bào, thì độ trong mờ cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng các tế bào silicon tinh thể. Khái niệm này được sử dụng trong các hệ thống lắp đặt trên cao cùng với các bức tường rèm kính dọc. Nó cũng có thể được lắp đặt trong một thiết bị che nắng di động để giảm bớt ánh sáng mặt trời vào những thời điểm nhất định trong ngày.
Tất cả những phương pháp này chứng minh cách mà các mô-đun năng lượng mặt trời BIPV có thể cung cấp các chức năng bổ sung và giải quyết các vấn đề thẩm mỹ, khiến chúng trở nên hấp dẫn hơn đối với các kiến trúc sư. Tuy nhiên, so với các mô-đun tối ưu hóa đầu ra thông thường, chúng cũng đi kèm với việc giảm công suất đầu ra ở một mức độ nhất định. Bất chấp tổn thất điện năng, các ưu điểm về thẩm mỹ và chức năng của chúng vẫn khiến chúng trở nên hấp dẫn đối với ngành xây dựng, và sự chú trọng của ngành xây dựng vào việc tối ưu hóa phát điện đã giảm đi đáng kể. Theo quan điểm này, các phần tử BIPV nên được so sánh với các phần tử xây dựng không dùng điện thông thường.
Thay đổi tư duy
BIPV khác với các hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà truyền thống ở nhiều khía cạnh. Truyên thônghệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhàkhông yêu cầu đa chức năng, cũng không xét đến tính thẩm mỹ. Nếu phát triển sản phẩm để tích hợp vào các yếu tố kiến trúc, các nhà sản xuất cần xem xét lại. Kiến trúc sư, nhà xây dựng và người sử dụng các tòa nhà ban đầu dự kiến thực hiện các chức năng thông thường trong lớp da của tòa nhà. Theo quan điểm của họ, sản xuất điện là một tài sản bổ sung. Ngoài ra, các nhà phát triển phần tử BIPV đa chức năng cũng phải xem xét những điều sau:
Phát triển các giải pháp tùy chỉnh hiệu quả về chi phí cho các phần tử tòa nhà hoạt động bằng năng lượng mặt trời với kích thước, hình dạng, màu sắc và độ trong suốt có thể thay đổi;
Thiết lập các tiêu chuẩn và giá cả hấp dẫn (lý tưởng nhất là có thể được sử dụng cho các công cụ lập kế hoạch đã được thiết lập, chẳng hạn như xây dựng mô hình thông tin (BIM);
Tích hợp các yếu tố quang điện vào các yếu tố mặt tiền mới thông qua sự kết hợp của vật liệu xây dựng và các yếu tố tạo ra năng lượng;
Độ đàn hồi cao chống bóng tạm thời (một phần);
Sự ổn định lâu dài và sự ổn định lâu dài và sự suy giảm của sản lượng điện, và sự ổn định lâu dài và sự suy giảm về bề ngoài (chẳng hạn như sự ổn định về màu sắc);
Phát triển các khái niệm giám sát và bảo trì để thích ứng với các điều kiện cụ thể của địa điểm (xem xét chiều cao lắp đặt, thay thế các mô-đun bị lỗi hoặc các yếu tố mặt tiền);
Và đáp ứng các yêu cầu pháp lý về an toàn (bao gồm phòng cháy chữa cháy), luật xây dựng, luật năng lượng và các yêu cầu pháp lý khác.
Vấn đề tuân thủ quy định là một thách thức đối với tất cả các bên liên quan. Quy chuẩn và quy định xây dựng trong ngành năng lượng thường phụ thuộc nhiều vào các quy định của địa phương. Chúng không chỉ khác nhau giữa các quốc gia, mà chúng thường lệch lạc đáng kể với nhau ở các tiểu bang, thành phố khác nhau và thậm chí cả cộng đồng địa phương. Tuy nhiên, nó không chỉ cần thiết để thích ứng với ngành công nghiệp năng lượng mặt trời.
Ngành xây dựng phải ý thức được trách nhiệm của mình đối với toàn xã hội. Cả các dự án xây dựng mới và cải tạo đều phải xem xét rõ ràng việc tiêu thụ năng lượng và phát điện tại chỗ. Kiến trúc sư và nhân viên xây dựng phải sẵn sàng sử dụng các vật liệu và yếu tố mới cung cấp các chức năng phát điện bổ sung. Họ cũng cần phải chấp nhận những thay đổi trong quá trình lập kế hoạch thường xuyên của họ, bởi vì các khía cạnh điện phải được xem xét ở giai đoạn khái niệm.
Thu hẹp khoảng cách
Việc tích hợp phát điện quang điện vào các tòa nhà là một thách thức đối với tất cả các bên liên quan. Không chỉ có kiến thức về công nghệ và khả năng, mà còn có khoảng cách giữa các nền văn hóa. Để thu hẹp những khoảng cách này, một cây cầu phải được xây dựng giữa thế giới xây dựng và thế giới năng lượng. Thử thách phải được quản lý bởi tất cả mọi người: kiến trúc sư và nhà quy hoạch; nhà sản xuất vật liệu và linh kiện; và các phòng nghiên cứu và phát triển. Những thách thức này thường là những thách thức mới đối với tất cả những người tham gia và bị ảnh hưởng bởi những thành kiến hiện có. Đây là những thách thức nhiều mặt, và về bản chất, chúng chỉ có thể được giải quyết cùng nhau sau khi chấp nhận thay đổi tư duy.
