Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«БАПВ» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о банке, см. Banca Antonveneta .
Башня СНГ в Манчестере , Англия была одета в фотоэлектрических панелей на сумму 5500000 £. Он начал подавать электроэнергию в Национальную сеть в ноябре 2005 года.
Штаб-квартира Apple Inc. в Калифорнии. Крыша покрыта солнечными батареями.

Интегрированные в здание фотоэлектрические элементы ( BIPV ) - это фотоэлектрические материалы, которые используются для замены обычных строительных материалов в частях оболочки здания, таких как крыша, световые люки или фасады. [1]Они все чаще включаются в строительство новых зданий в качестве основного или вспомогательного источника электроэнергии, хотя существующие здания могут быть модернизированы с использованием аналогичной технологии. Преимущество интегрированной фотогальваники перед более распространенными неинтегрированными системами состоит в том, что начальные затраты могут быть компенсированы за счет снижения затрат на строительные материалы и рабочую силу, которые обычно используются для строительства той части здания, которую заменяют модули BIPV. Эти преимущества делают BIPV одним из самых быстрорастущих сегментов фотоэлектрической промышленности. [ необходима цитата ]

Термин « фотоэлектрические элементы, применяемые в зданиях» ( BAPV ) иногда используется для обозначения фотоэлектрических элементов, которые модернизируются и интегрируются в здание после завершения строительства. Большинство встроенных в здание установок на самом деле являются BAPV. Некоторые производители и застройщики дифференцируют новую конструкцию BIPV от BAPV. [2]

История [ править ]

Фотоэлектрические приложения для зданий начали появляться в 1970-х годах. Фотоэлектрические модули с алюминиевым каркасом были подключены к зданиям или смонтированы на них, которые обычно находились в отдаленных районах без доступа к электросети. В 1980-х годах начали демонстрироваться дополнительные фотоэлектрические модули к крышам. Эти фотоэлектрические системы обычно устанавливались в зданиях, подключенных к инженерным сетям, в районах с централизованными электростанциями. В 1990-х годах строительные изделия BIPV, специально разработанные для интеграции в ограждающие конструкции здания, стали коммерчески доступными. [3] В докторской диссертации 1998 года Патрины Эйфферт, озаглавленной «Экономическая оценка BIPV» , высказывалась гипотеза о том, что однажды торговля кредитами на возобновляемые источники энергии (REC) станет экономически выгодной . [4]Экономическая оценка 2011 года и краткий обзор истории BIPV, проведенная Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии США, предполагает, что могут возникнуть серьезные технические проблемы, которые необходимо преодолеть, прежде чем установленная стоимость BIPV станет конкурентоспособной по сравнению с фотоэлектрическими панелями. [5] Однако растет согласие с тем, что благодаря их широкой коммерциализации системы BIPV станут основой европейской цели строительства с нулевым потреблением энергии (ZEB) на 2020 год. [6]Несмотря на технические перспективы, также были выявлены социальные препятствия на пути широкого использования, такие как консервативная культура строительной индустрии и интеграция с плотным городским дизайном. Эти авторы предполагают, что обеспечение долгосрочного использования, вероятно, зависит от эффективных решений государственной политики в такой же степени, как и от технологического развития. [7]

Навес для парковки на солнечных батареях, Мадридский автономный университет, Испания

Формы [ править ]

Награда за проект в области энергетики 2009 г. Получение 525-киловаттной системы BIPV CoolPly производства компании SolarFrameWorks, Co. на комплексе Patriot Place, примыкающем к стадиону Gillette в Фоксборо, Массачусетс. Система устанавливается на однослойную кровельную мембрану на плоской кровле без проходов.
Солнечный фасад BAPV муниципального здания, расположенного в Мадриде ( Испания ).
Тонкопленочные фотоэлектрические панели United Solar Ovonic, встроенные в здание

Существует четыре основных типа продуктов BIPV: [ необходима ссылка ]

  • Солнечные панели из кристаллического кремния для наземных и крышных электростанций
  • Аморфные кристаллические кремниевые тонкопленочные солнечные фотоэлектрические модули, которые могут быть полыми, светлыми, красно-синими желтыми, в качестве стеклянных навесных стен и прозрачных окон в крыше
  • Тонкопленочные элементы на основе CIGS (селенида меди, индия, галлия) на гибких модулях, ламинированных с элементом оболочки здания, или ячейки CIGS устанавливаются непосредственно на подложку оболочки здания.
  • Двойные стеклянные солнечные панели с квадратными ячейками внутри

Интегрированные в здание фотоэлектрические модули доступны в нескольких формах:

  • Плоские крыши
    • На сегодняшний день наиболее широко установлен аморфный тонкопленочный солнечный элемент, интегрированный в гибкий полимерный модуль, который прикреплен к кровельной мембране с помощью клейкого листа между задним листом солнечного модуля и кровельной мембраной. [ требуется пояснение ] Технология селенида меди, индия и галлия (CIGS) теперь способна обеспечить КПД ячейки 17%, как произведено американской компанией [8], и сопоставимую эффективность встроенных модулей в однослойных мембранах из ТПО за счет их объединения. ячеек британской компанией. [9]
  • Скатные крыши
    • Солнечная черепица - это ( керамическая ) черепица со встроенными солнечными модулями. Керамическая солнечная черепица разработана и запатентована голландской компанией [10] в 2013 году.
    • Модули в форме черепицы.
    • Солнечная черепица - это модули, которые выглядят и действуют как обычная черепица, но содержат гибкий тонкопленочный элемент.
    • Он продлевает нормальный срок службы кровли, защищая изоляцию и мембраны от ультрафиолетовых лучей и деградации воды. Это достигается за счет устранения конденсации, поскольку точка росы сохраняется выше кровельной мембраны. [11]
    • Металлические скатные крыши (как структурные, так и архитектурные) в настоящее время интегрируются с функцией фотоэлектрических систем либо путем соединения отдельно стоящего гибкого модуля [12], либо путем термо- и вакуумной герметизации ячеек CIGS непосредственно на подложке [13]
  • Фасад
    • Фасады можно устанавливать на существующие здания, придавая старым зданиям совершенно новый вид. Эти модули устанавливаются на фасаде здания поверх существующей конструкции, что может повысить привлекательность здания и его стоимость при перепродаже. [14]
  • Остекление
    • Фотоэлектрические окна представляют собой (полу) прозрачные модули, которые можно использовать для замены ряда архитектурных элементов, обычно сделанных из стекла или подобных материалов, таких как окна и световые люки. Помимо производства электроэнергии, они могут обеспечить дополнительную экономию энергии за счет превосходных теплоизоляционных свойств и контроля солнечного излучения. [15] [16]

Прозрачные и полупрозрачные фотоэлектрические элементы [ править ]

Прозрачные солнечные панели используют покрытие из оксида олова на внутренней поверхности стеклянных панелей для вывода тока из элемента. Ячейка содержит оксид титана, покрытый фотоэлектрическим красителем . [17]

Большинство обычных солнечных батарей используют видимый и инфракрасный свет для выработки электроэнергии. Напротив, инновационный новый солнечный элемент также использует ультрафиолетовое излучение. Используемая для замены обычного оконного стекла или помещенная поверх стекла, площадь поверхности для установки может быть большой, что приводит к потенциальным применениям, в которых используются преимущества комбинированных функций выработки энергии, освещения и контроля температуры. [ необходима цитата ]

Другое название прозрачных фотоэлектрических элементов - «полупрозрачные фотоэлектрические элементы» (они пропускают половину падающего на них света). Подобно неорганическим фотоэлектрическим элементам , органические фотоэлектрические элементы также могут быть полупрозрачными.

Типы прозрачных и полупрозрачных фотоэлектрических элементов [ править ]

Неселективный по длине волны [ править ]

Некоторые фотоэлектрические элементы без селективной длины волны достигают полупрозрачности за счет пространственной сегментации непрозрачных солнечных элементов. В этом методе используются непрозрачные фотоэлектрические элементы любого типа и несколько небольших элементов размещаются на прозрачной подложке. Такое разнесение между ними резко снижает эффективность преобразования энергии при одновременном увеличении передачи. [18]

Другая ветвь фотогальваники без селективной длины волны использует тонкопленочные полупроводники с видимым поглощением малой толщины или достаточно большими запрещенными зонами, которые позволяют свету проходить через них. Это приводит к полупрозрачным фотоэлектрическим элементам с таким же прямым компромиссом между эффективностью и передачей, как и в случае пространственно сегментированных непрозрачных солнечных элементов. [18]

Селективный по длине волны [ править ]

Селективные по длине волны фотоэлектрические элементы достигают прозрачности за счет использования материалов, которые поглощают только УФ и / или ближний ИК свет, и были впервые продемонстрированы в 2011 году. [19] Несмотря на их более высокую пропускную способность, более низкая эффективность преобразования энергии стала результатом множества проблем. К ним относятся небольшая длина диффузии экситонов, масштабирование прозрачных электродов без ущерба для эффективности и общий срок службы из-за летучести органических материалов, используемых в TPV в целом. [18]

Инновации в прозрачных и полупрозрачных фотоэлектрических элементах [ править ]

Ранние попытки разработать полупрозрачные органические фотоэлектрические элементы без селективной длины волны с использованием очень тонких активных слоев, поглощающих в видимом спектре, позволили достичь эффективности только ниже 1%. [20] Однако в 2011 году прозрачные органические фотоэлектрические элементы, в которых использовались органический хлор-фталоцианин хлоралюминия (ClAlPc) и акцептор фуллерена, продемонстрировали поглощение в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном (NIR) спектре с эффективностью около 1,3% и пропусканием видимого света более 65%. . [19] В 2017 году исследователи Массачусетского технологического института разработали процесс успешного нанесения прозрачных графеновых электродов на органические солнечные элементы, что привело к пропусканию видимого света на 61% и повышению эффективности в диапазоне от 2,8% до 4,1%. [21]

Перовскитные солнечные элементы , популярные из-за их перспектив в качестве фотоэлектрических элементов нового поколения с эффективностью более 25%, также показали себя перспективными в качестве полупрозрачных фотоэлектрических элементов. В 2015 году полупрозрачный перовскитовый солнечный элемент с перовскитом трииодида свинца метиламмония и сетчатым верхним электродом из серебряных нанопроволок продемонстрировал пропускание 79% на длине волны 800 нм и КПД около 12,7%. [22]

Государственные субсидии [ править ]

См. Также: Финансовые стимулы для фотоэлектрических систем

В некоторых странах предлагаются дополнительные стимулы или субсидии для интегрированных в здания фотоэлектрических систем в дополнение к существующим льготным тарифам для автономных солнечных систем. С июля 2006 года Франция предложила самый высокий стимул для BIPV, равный дополнительной премии в размере 0,25 евро / кВтч, уплаченной в дополнение к 30 евроцентам за фотоэлектрические системы. [23] [24] [25] Эти стимулы предлагаются в виде ставки, уплачиваемой за электроэнергию, подаваемую в сеть.

Европейский Союз [ править ]

  • Франция 0,25 € / кВтч [24]
  • Германия € 0,05 / кВтч бонус на фасад истек в 2009 году
  • Италия 0,04–0,09 евро / кВтч [ необходима ссылка ]
  • Соединенное Королевство 4,18 чел. / КВтч [26]
  • Испания, по сравнению с установкой вне здания, которая получает 0,28 евро / кВтч (RD 1578/2008):
    • ≤20 кВт: 0,34 евро / кВтч
    • > 20 кВт: 0,31 евро / кВтч

Соединенные Штаты [ править ]

  • США - Зависит от штата. Проверьте базу данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и повышения эффективности для получения более подробной информации. [27]

Китай [ править ]

В дополнение к объявлению о программе субсидирования проектов BIPV в марте 2009 г., предлагающей 20 юаней за ватт для систем BIPV и 15 юаней за ватт для крышных систем, китайское правительство недавно представило программу субсидирования фотоэлектрической энергии «Демонстрационный проект Золотого Солнца». Программа субсидий направлена ​​на поддержку развития предприятий по производству фотоэлектрической электроэнергии и коммерциализацию фотоэлектрических технологий. Министерство финансов, Министерство науки и технологий и Национальное энергетическое бюро совместно объявили подробности программы в июле 2009 года [28].Квалифицированные проекты по производству фотоэлектрической электроэнергии в сети, включая крыши, BIPV и наземные системы, имеют право на получение субсидии в размере 50% от общих инвестиций в каждый проект, включая соответствующую передающую инфраструктуру. Квалифицированные автономные проекты в отдаленных районах будут иметь право на субсидии в размере до 70% от общей суммы инвестиций. [29] В середине ноября министерство финансов Китая отобрало 294 проекта общей мощностью 642 мегаватта с расходами примерно в 20 миллиардов юаней (3 миллиарда долларов) для плана субсидирования, направленного на резкое увеличение производства солнечной энергии в стране. [30]

Другие интегрированные фотоэлектрические элементы [ править ]

Интегрированные в автомобиль фотоэлектрические элементы (ViPV) аналогичны автомобилям. [31] Солнечные элементы могут быть встроены в панели, подверженные воздействию солнечного света, такие как капот, крыша и, возможно, багажник, в зависимости от конструкции автомобиля. [32] [33] [34] [35]

См. Также [ править ]

  • Распределенная генерация
  • Микрогенерация
  • Наноинвертор
  • Перовскитовый солнечный элемент
  • Солнечная панель
  • Возобновляемая энергия
  • Черепица
  • Умное стекло , тип оконных жалюзи, способных экономить энергию для охлаждения
  • Солнечная батарея
  • Солнечная энергия
  • Солнечная тепловая энергия
  • Здание с нулевым потреблением энергии

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Агравал, Басант; Тивари, GN (2011). Строительство интегрированных фотоэлектрических тепловых систем . Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество. ISBN 978-1-84973-090-7.
  • Уоррик, Джоби (март 2015 г.). Коммунальные предприятия, чувствуя угрозу, давят на быстро развивающуюся солнечную кровельную промышленность . Вашингтон Пост .

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Стронг, Стивен (9 июня 2010 г.). «Строительство интегрированной фотоэлектрической системы (BIPV)» . wbdg.org . Руководство по проектированию всего здания . Проверено 26 июля 2011 .
  2. ^ «Строительство интегрированных фотоэлектрических систем: развивающийся рынок» . Проверено 6 августа 2012 года .
  3. ^ Эйфферт, Патрина; Поцелуй, Грегори Дж. (2000). Строительные фотоэлектрические конструкции для коммерческих и институциональных структур: Справочник для архитекторов . п. 59. ISBN 978-1-4289-1804-7.
  4. ^ Eiffert, Патрина (1998). Экономическая оценка строительства интегрированной фотоэлектрической системы . Школа архитектуры Оксфорд-Брукс.
  5. ^ Джеймс, Тед; Goodrich, A .; Woodhouse, M .; Margolis, R .; Онг, С. (ноябрь 2011 г.). « Интегрированные в зданиях фотоэлектрические системы (BIPV) в жилом секторе: анализ цен на установленные кровельные системы ». NREL / TR-6A20-53103.
  6. ^ Килили, Анжелики; Фокайдес, Пэрис А. (2014). «Исследование потенциала интегрированной фотоэлектрической энергии в здании для достижения цели с нулевым потреблением энергии». Анжелики Килили, Пэрис А. Фокайдес . 23 (1): 92–106. DOI : 10.1177 / 1420326X13509392 . S2CID 110970142 . 
  7. ^ Темби, Оуэн; Капсис, Константинос; Бертон, Харрис; Розенблум, Дэниел; Гибсон, Джеффри; Афиенитис, Андреас; Медоукрофт, Джеймс (2014). "Интегрированная в здания фотоэлектрическая энергия: развитие распределенной энергетики для обеспечения устойчивости городов". Окружающая среда: наука и политика в интересах устойчивого развития . 56 (6): 4–17. DOI : 10.1080 / 00139157.2014.964092 . S2CID 110745105 . 
  8. ^ Сайт MiaSolé
  9. ^ Технические данные BIPVco
  10. ^ ZEP BV
  11. ^ Eiffert, Патрина (2000). Интегрированные в строительство фотоэлектрические конструкции для коммерческих и институциональных структур: Справочник для архитекторов (PDF) . С. 60–61.
  12. ^ Технический паспорт отдельно стоящего гибкого модуля
  13. ^ Технический паспорт на термо- и вакуумно-герметичную ячейку CIGS
  14. ^ Henemann, Андреас (2008-11-29). «BIPV: Встроенная солнечная энергия». Акцент на возобновляемые источники энергии . 9 (6): 14, 16–19. DOI : 10.1016 / S1471-0846 (08) 70179-3 .
  15. ^ Васильев, Михаил; и другие. (2016), "фотонные микроструктур для энергогенерирующих прозрачного стекла и сетчатые нулевой энергии зданий", Научные доклады , 6 (8): 4313-6, Bibcode : 2016NatSR ... 631831V , DOI : 10.1038 / srep31831 , PMC 4994116 , PMID 27550827  
  16. ^ Дэви, Северная Каролина; и другие. (2017), "ближней УФ органических солнечных элементов в паре с Электрохромные Windows , для управления смарт солнечного спектра", Nature Energy , 2 (8): 17104, DOI : 10.1038 / nenergy.2017.104 , PMC 17104 
  17. ^ Запад, Майк (ноябрь 1992 г.). «Прозрачная фотоэлектрическая панель» (PDF) . Новости энергоэффективности и окружающей среды . Проверено 5 октября 2011 года .
  18. ^ a b c Траверс, Кристофер Дж .; Панди, Рича; Барр, Майлз С.; Лант, Ричард Р. (2017-10-23). «Появление высокопрозрачных фотоэлектрических элементов для распределенных приложений». Энергия природы . 2 (11): 849–860. Bibcode : 2017NatEn ... 2..849T . DOI : 10.1038 / s41560-017-0016-9 . ISSN 2058-7546 . S2CID 116518194 .  
  19. ^ а б Лант, Ричард Р .; Булович, Владимир (14.03.2011). «Прозрачные органические фотоэлектрические солнечные элементы ближнего инфракрасного диапазона для оконных и энергоэффективных приложений» . Письма по прикладной физике . 98 (11): 113305. Bibcode : 2011ApPhL..98k3305L . DOI : 10.1063 / 1.3567516 . ISSN 0003-6951 . 
  20. ^ Бейли-Зальцман, Ронда Ф .; Rand, Barry P .; Форрест, Стивен Р. (05.06.2006). «Полупрозрачные органические фотоэлектрические элементы». Письма по прикладной физике . 88 (23): 233502. Bibcode : 2006ApPhL..88w3502B . DOI : 10.1063 / 1.2209176 . ЛВП : 2027,42 / 87783 . ISSN 0003-6951 . 
  21. ^ «Прозрачные гибкие солнечные элементы сочетают в себе органические материалы и графеновые электроды» . Main . Проверено 27 ноября 2019 .
  22. ^ Бейли, Колин Д .; Кристофоро, М. Грейсон; Майлоа, Джонатан П .; Bowring, Andrea R .; Унгер, Ева Л .; Nguyen, William H .; Буршка, Джулиан; Пелле, Норманн; Ли, Чону З .; Гретцель, Майкл; Нуфи, Роммель (05.03.2015). «Полупрозрачные перовскитовые солнечные элементы для тандемов с кремнием и CIGS». Энергетика и экология . 8 (3): 956–963. DOI : 10.1039 / C4EE03322A . ISSN 1754-5706 . ОСТИ 1237896 .  
  23. ^ «Субсидии: Франция движется вверх, Нидерланды вниз» . Евгений Стандарт. 2006. Архивировано из оригинала на 2006-10-04 . Проверено 26 октября 2008 . 30 евро центов за киловатт-час (40 евро центов для Корсики) в течение двадцати лет, в то время как дополнительная надбавка в размере 25 евро центов / кВтч взимается за фотоэлектрические панели, встроенные в крышу, стену или окно. Более того, отдельные домохозяйства также могут получить 50% налоговый кредит на свои инвестиции в фотоэлектрические системы.
  24. ^ a b "CLER - Comité de Liaison Energies Renouvelables" . КЛЕР . 2008-06-03. Архивировано из оригинала на 2009-04-18 . Проверено 26 октября 2008 . 30 à 55 * c € / кВтч в континентальной Франции
  25. ^ PV Субсидии: Франция вверх, Нидерланды вниз | Леонардо ЭНЕРГИИ. Архивировано 3 февраля 2008 г., в Wayback Machine.
  26. ^ «Льготные тарифы» .
  27. ^ "DSIRE Home" . dsireusa.org . 2011 . Проверено 5 октября 2011 года .
  28. ^ «Китай начинает субсидию« Золотого Солнца »на 500 МВт фотоэлектрических проектов к 2012 году» . snec.org.cn . SNEC PV. 2011. Архивировано из оригинала 7 июля 2011 года . Проверено 5 октября 2011 года . 21 июля Китай запустил долгожданную программу стимулов Golden Sun для развертывания крупномасштабных солнечных фотоэлектрических проектов мощностью 500 МВт по всей стране.
  29. ^ "Золотое солнце Китая" . pvgroup.org . PV Group. 2011. Архивировано из оригинала 5 февраля 2010 года . Проверено 5 октября 2011 года .
  30. ^ Ван, Ucilia (16 ноября 2009). «Вот и идут китайские проекты« Золотое солнце »стоимостью 3 миллиарда долларов» . Greentech Media . Проверено 5 октября 2011 года .
  31. ^ Обзор публикаций конференции> Экологические автомобили и обновления ... Помощь Работа с тезисами Назад к результатам Фотоэлектрические системы, интегрированные в автомобиль (ViPV): производство энергии, дизельный эквивалент, срок окупаемости; оценочный скрининг грузовиков и автобусов
  32. ^ От BIPV до фотоэлектрических систем, интегрированных в автомобиль
  33. ^ Возможности для интегрированной фотоэлектрической системы транспортных средств
  34. ^ VIPV и инфракрасная уборка
  35. ^ Солнечные автомобили

Внешние ссылки [ править ]

  • Создание интегрированной фотогальваники обзор существующих продуктов и областей их применения
  • Канадская сеть исследований солнечных зданий
  • Создание интегрированной фотоэлектрической системы
  • Интегрированная фотоэлектрическая онлайн-платформа EURAC Research Building https://bipv.eurac.edu/en
  • PV UP-SCALE , европейский проект (контракт EIE / 05/171 / SI2.420208), связанный с крупномасштабным внедрением фотоэлектрической энергии (PV) в европейских городах.