Fotovoltaico integrato nell’edificio

Il fotovoltaico integrato nell’edificio (BIPV) è un materiale fotovoltaico che viene utilizzato per sostituire i materiali da costruzione convenzionali in parti dell’involucro dell’edificio come il tetto, i lucernari o le facciate. Essi sono sempre più incorporati nella costruzione di nuovi edifici come fonte principale o accessoria di energia elettrica, sebbene gli edifici esistenti possano essere adattati con tecnologie simili. Il vantaggio del fotovoltaico integrato rispetto ai più comuni sistemi non integrati è che il costo iniziale può essere compensato riducendo la quantità spesa per materiali da costruzione e manodopera che verrebbe normalmente utilizzata per costruire la parte dell’edificio sostituita dai moduli BIPV. Questi vantaggi rendono BIPV uno dei segmenti in più rapida crescita dell’industria fotovoltaica.

Il termine fotovoltaico basato sull’edilizia (BAPV) è talvolta usato per riferirsi al fotovoltaico che è un retrofit – integrato nell’edificio dopo che la costruzione è completa. La maggior parte delle installazioni integrate nell’edificio sono in realtà BAPV. Alcuni produttori e costruttori differenziano la nuova costruzione BIPV da BAPV.

Storia
Le applicazioni fotovoltaiche per edifici iniziarono ad apparire negli anni ’70. I moduli fotovoltaici con struttura in alluminio erano collegati a, o montati su, edifici che di solito erano in aree remote senza accesso a una rete elettrica. Negli anni ’80 si iniziò a dimostrare l’integrazione dei moduli fotovoltaici sui tetti. Questi sistemi fotovoltaici erano solitamente installati su edifici collegati alla rete pubblica in aree con centrali elettriche centralizzate. Negli anni ’90 sono diventati commercialmente disponibili i prodotti da costruzione BIPV appositamente progettati per essere integrati in un involucro dell’edificio. Una tesi di dottorato del 1998 di Patrina Eiffert, dal titolo An Economic Assessment of BIPV, ipotizzò che un giorno ci sarebbe stato un valore economico per lo scambio di crediti di energia rinnovabile (REC). Una valutazione economica del 2011 e una breve panoramica della storia del BIPV da parte del laboratorio nazionale per l’energia rinnovabile degli Stati Uniti suggerisce che ci possono essere sfide tecniche significative da superare prima che il costo installato del BIPV sia competitivo con i pannelli fotovoltaici. Tuttavia, vi è un crescente consenso sul fatto che, attraverso la loro diffusa commercializzazione, i sistemi BIPV diventeranno la spina dorsale del target europeo zero energy building (ZEB) per il 2020. Nonostante le promesse tecniche, sono stati identificati anche gli ostacoli sociali all’utilizzo diffuso, come il conservatore. cultura dell’edilizia e integrazione con la progettazione urbana ad alta densità. Questi autori suggeriscono che consentire un utilizzo a lungo termine dipenda probabilmente da decisioni politiche efficaci tanto quanto lo sviluppo tecnologico.

Le forme
Esistono quattro tipi principali di prodotti BIPV:

Pannelli solari in silicio cristallino per centrali elettriche a terra e su tetto
Moduli fotovoltaici a film sottile in silicio amorfo cristallino che potrebbero essere cavi, leggeri, rossi blu gialli, come pareti vetrate e lucernari trasparenti
Le celle a film sottile basate su CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) su moduli flessibili laminati sull’elemento dell’involucro dell’edificio o sulle celle CIGS vengono montate direttamente sul substrato dell’involucro dell’edificio
Doppi pannelli solari in vetro con celle quadrate all’interno

I moduli fotovoltaici integrati nell’edificio sono disponibili in diverse forme:

Tetti piani
Ad oggi la più diffusa è una cella solare amorfa a film sottile integrata in un modulo polimero flessibile che è stato fissato alla membrana del tetto usando un foglio adesivo tra il backsheet del modulo solare e la membrana del tetto [chiarimento necessario] Copper Indium Gallium Selenide ( La tecnologia CIGS è ora in grado di fornire un’efficienza delle celle del 17% prodotta da un’azienda statunitense e di efficienze comparabili di moduli integrati nell’edificio nelle membrane a strato singolo TPO mediante la fusione di queste cellule da parte di una società con sede nel Regno Unito.

Tetti inclinati
Le tegole solari sono tegole (in ceramica) con moduli solari integrati. La tegola solare in ceramica è stata sviluppata e brevettata da un’azienda olandese nel 2012.
Moduli a forma di più tegole.
Scandole solari sono moduli progettati per guardare e agire come scandole regolari, mentre incorpora una cella a film sottile flessibile.
Estende la normale durata del tetto proteggendo l’isolamento e le membrane dai raggi ultravioletti e dalla degradazione dell’acqua. Lo fa eliminando la condensa perché il punto di rugiada è mantenuto sopra la membrana del tetto ..
I tetti a struttura metallica (sia strutturali che architettonici) vengono ora integrati con la funzionalità fotovoltaica mediante l’incollaggio di un modulo flessibile indipendente o la sigillatura a caldo e a vuoto delle celle CIGS direttamente sul substrato

Facciata
Le facciate possono essere installate su edifici esistenti, dando agli edifici antichi un aspetto completamente nuovo. Questi moduli sono montati sulla facciata dell’edificio, sopra la struttura esistente, che può aumentare il fascino dell’edificio e il suo valore di rivendita.

vetri
Le finestre fotovoltaiche sono moduli (semi) trasparenti che possono essere utilizzati per sostituire un certo numero di elementi architettonici comunemente realizzati con vetro o materiali simili, come finestre e lucernari. Oltre a produrre energia elettrica, questi possono creare ulteriori risparmi energetici grazie alle superiori proprietà di isolamento termico e al controllo della radiazione solare.

Fotovoltaico trasparente e traslucido
I pannelli solari trasparenti usano un rivestimento di ossido di stagno sulla superficie interna dei vetri per condurre la corrente fuori dalla cella. La cellula contiene ossido di titanio rivestito con un colorante fotoelettrico.

La maggior parte delle celle solari convenzionali utilizzano la luce visibile e infrarossa per generare elettricità. Al contrario, l’innovativa nuova cella solare utilizza anche la radiazione ultravioletta. Utilizzato per sostituire il vetro convenzionale della finestra o posizionato sopra il vetro, l’area della superficie di installazione potrebbe essere ampia e portare a potenziali usi che sfruttano le funzioni combinate di generazione di energia, illuminazione e controllo della temperatura.

Un altro nome per il fotovoltaico trasparente è il “fotovoltaico traslucido” (trasmettono metà della luce che cade su di loro). Simile al fotovoltaico inorganico, il fotovoltaico organico è anche in grado di essere traslucido.

Moduli usati
Per soddisfare i requisiti architettonici e la multifunzionalità desiderata, si desidera l’adattabilità dei moduli fotovoltaici in termini di dimensioni, forma e materiali utilizzati. Devono anche essere presi in considerazione i vari requisiti di integrazione meccanica ed elettrica.

Fondamentalmente, ci sono due varianti di tecnologie che possono essere utilizzate per i moduli per BiPV:

Moduli cristallini
I moduli cristallini sono basati su una pluralità di wafer di silicio, per lo più in connessione seriale. Il tono della variazione di dimensione è determinato dalla dimensione dei wafer e dalle distanze necessarie per l’interconnessione e l’isolamento. Questi ammontano a 15-25 cm. Nel caso del materiale cellulare, viene fatta una distinzione tra silicio monocristallino e policristallino, che si differenziano per la loro efficienza. Questo indica quale percentuale dell’energia solare in ingresso viene convertita in energia elettrica. (Mono) I moduli cristallini offrono oggi la massima efficienza (15-20%) con un allineamento ottimale. In BiPV, tuttavia, tale orientamento ottimale (ad es. Facciata con orientamento verticale) non viene solitamente fornito. Inoltre, le soluzioni cristalline sono molto sensibili alle ombre e una riduzione delle prestazioni alle alte temperature, che sono comuni nelle applicazioni di costruzione. Pertanto, è consigliabile utilizzare un software di simulazione per un reale rendimento energetico. Le soluzioni cristalline presentano un’elevata variabilità nella scelta del materiale di imballaggio, il che è molto positivo per BiPV. Possono essere usati diversi spessori di vetro, ma anche plastica, ma le celle cristalline sono molto fragili e non possono essere piegate. Può anche essere generata la semitrasparenza in modelli semplici.

Moduli a film sottile
I moduli a film sottile vengono applicati a un substrato (di solito in vetro). Con la variante del substrato di vetro, una variazione di dimensioni è possibile solo in misura molto limitata. Inoltre, la selezione del materiale in questa variante del substrato è molto limitata, poiché durante il processo di assemblaggio di celle FV vengono utilizzate temperature molto elevate, che rendono impossibile alcune variazioni nel vetro (ad esempio, vetro di sicurezza).

Altre soluzioni a film sottile sono applicate a nastri di plastica o di metallo (acciaio, rame). Queste soluzioni offrono attualmente il più alto grado di variazione nelle dimensioni e negli imballaggi e consentono inoltre di offrire soluzioni flessibili e molto leggere (plastica / plastica). Le soluzioni a film sottile hanno attualmente un’efficienza del 6-14% a seconda della tecnologia utilizzata, hanno una resa migliore con un allineamento sub-ottimale (luce parassita, scarsa illuminazione) e sono meno dipendenti dalla temperatura nelle loro prestazioni.

Promozioni speciali
Diverse politiche incoraggiano l’uso dei BiPV: guidati dagli obiettivi 20-20-20 e dalla volontà di promuovere edifici autosufficienti energetici, in alcuni paesi (ad es. Italia, Francia) oltre alle tariffe feed-in (vedi EEG Germania) aumento delle tariffe per BiPV offerto.

Linee guida per la costruzione
Un forte driver per l’utilizzo di BiPV è il successivo restringimento delle linee guida relative al comportamento energetico degli edifici (casa a energia zero, impronta di CO 2). In Germania, l’EnEV è un riferimento basato sulla Direttiva UE sul rendimento energetico degli edifici. Inoltre, vi sono valutazioni degli edifici relative alla sostenibilità, dipendenti dal paese, con diversi livelli di qualità, che promuovono anche la qualità degli edifici ad alta energia e il basso impatto ambientale. Esempi sono la Leadership sviluppata negli Stati Uniti nel disegno energetico e ambientale (LEED), BREEAM dal Regno Unito o l’edificio sostenibile del marchio di qualità tedesco.

Sussidi governativi
In alcuni paesi, sono offerti incentivi aggiuntivi o sussidi per il fotovoltaico integrato negli edifici, oltre alle tariffe di alimentazione esistenti per i sistemi solari stand-alone. Dal luglio 2006 la Francia ha offerto il massimo incentivo per il BIPV, pari a un sovrapprezzo di 0,25 EUR / kWh pagato in aggiunta ai 30 centesimi di euro per i sistemi fotovoltaici. Questi incentivi sono offerti sotto forma di una tariffa pagata per l’elettricità immessa in rete.

Unione europea
Francia € 0,25 / kWh
Germania € 0,05 / kWh bonus di facciata scaduto nel 2009
Italia € 0,04- € 0,09 / kWh
Regno Unito 4,18 p / kWh
Spagna, rispetto a un impianto non edificabile che riceve 0,28 € / kWh (RD 1578/2008):
≤20 kW: € 0,34 / kWh
> 20 kW: € 0,31 / kWh

Stati Uniti d’America
USA – Varia per stato. Controlla il database degli incentivi statali per le energie rinnovabili e l’efficienza per maggiori dettagli.

Cina
Dopo l’annuncio di un programma di sussidi per i progetti BIPV nel marzo 2009 che offriva RMB 20 per watt per i sistemi BIPV e RMB15 / watt per i sistemi su tetto, il governo cinese ha recentemente presentato un programma di sovvenzioni per l’energia fotovoltaica “Golden Demonstration Project”. Il programma di sussidi mira a sostenere lo sviluppo delle iniziative di generazione di energia elettrica fotovoltaica e la commercializzazione della tecnologia fotovoltaica. Il Ministero delle Finanze, il Ministero della Scienza e della Tecnologia e l’Ufficio nazionale per l’energia hanno annunciato congiuntamente i dettagli del programma nel luglio 2009. I progetti di generazione di elettricità fotovoltaica on-grid qualificati, inclusi i tetti, i sistemi BIPV e quelli montati a terra hanno diritto a ricevere un sovvenzione pari al 50% dell’investimento totale di ciascun progetto, comprese le relative infrastrutture di trasmissione. I progetti qualificati indipendenti dalla rete elettrica in aree remote potranno beneficiare di sovvenzioni fino al 70% dell’investimento totale. A metà novembre, il ministero delle finanze cinese ha selezionato 294 progetti per un totale di 642 megawatt che arrivano a circa 20 miliardi di RMB ($ 3 miliardi) di costi per il suo piano di sussidi per aumentare drasticamente la produzione di energia solare del paese.

Altro fotovoltaico integrato
Il fotovoltaico integrato nel veicolo (ViPV) è simile per i veicoli. Le celle solari potrebbero essere incorporate in pannelli esposti alla luce solare come il cofano, il tetto e, eventualmente, il bagagliaio in base al design di una vettura.