Os fotovoltaicos integrados em edifícios (BIPV) são materiais fotovoltaicos que são usados ​​para substituir materiais de construção convencionais em partes do envelope do edifício, como o telhado, clarabóias ou fachadas. Eles estão sendo cada vez mais incorporados na construção de novos edifícios como fonte principal ou auxiliar de energia elétrica, embora os edifícios existentes possam ser adaptados com tecnologia semelhante. A vantagem da fotovoltaica integrada em relação a sistemas não integrados mais comuns é que o custo inicial pode ser compensado pela redução da quantia gasta em materiais de construção e mão-de-obra que normalmente seriam usados ​​para construir a parte do edifício que os módulos BIPV substituem. Essas vantagens fazem do BIPV um dos segmentos de crescimento mais rápido da indústria fotovoltaica.

O termo fotovoltaico aplicado ao edifício (BAPV) é por vezes utilizado para se referir a energia fotovoltaica que é um retrofit – integrado ao edifício após a conclusão da construção. A maioria das instalações integradas ao edifício são, na verdade, BAPV. Alguns fabricantes e construtores diferenciam a nova construção do BIPV do BAPV.

História
Aplicações fotovoltaicas para edifícios começaram a aparecer na década de 1970. Os módulos fotovoltaicos de estrutura de alumínio eram conectados a, ou montados em edifícios que normalmente estavam em áreas remotas sem acesso a uma rede de energia elétrica. Na década de 1980, os módulos fotovoltaicos adicionais aos telhados começaram a ser demonstrados. Esses sistemas fotovoltaicos eram normalmente instalados em prédios conectados à rede pública em áreas com centrais centralizadas. Nos anos 90, os produtos de construção BIPV, especialmente projetados para serem integrados a um envelope de construção, tornaram-se comercialmente disponíveis. Uma tese de doutorado de 1998 de Patrina Eiffert, intitulada Uma Avaliação Econômica do BIPV, levantou a hipótese de que um dia haveria um valor econômico para o comércio de créditos de energia renovável (RECs). Uma avaliação econômica de 2011 e uma breve visão geral da história do BIPV pelo Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA sugerem que pode haver desafios técnicos significativos a serem superados antes que o custo instalado do BIPV seja competitivo com os painéis fotovoltaicos. No entanto, há um consenso crescente de que, através de sua comercialização generalizada, os sistemas BIPV se tornarão a espinha dorsal da meta europeia de construção de energia zero (ZEB) para 2020. Apesar das promessas técnicas, barreiras sociais para uso disseminado também foram identificadas, como a conservadora. cultura da indústria da construção e integração com o desenho urbano de alta densidade. Estes autores sugerem que possibilitar o uso a longo prazo provavelmente depende de decisões eficazes de políticas públicas, tanto quanto o desenvolvimento tecnológico.

Formulários
Existem quatro tipos principais de produtos BIPV:

Painéis solares de silício cristalino para usina de energia no solo e na cobertura
Módulos pv solares de película fina de silício cristalino amorfo que pode ser oco, claro, vermelho azul amarelo, como parede de cortina de vidro e clarabóia transparente
Células de filme fino à base de CIGS (Cobre índio Gálio Seleneto) em módulos flexíveis laminados no elemento envolvente do edifício ou nas células CIGS são montadas diretamente no substrato do invólucro do edifício
Painéis solares de vidro duplo com células quadradas dentro

Os módulos fotovoltaicos integrados à construção estão disponíveis em várias formas:

Telhados planos
A mais amplamente instalada até hoje é uma célula solar de película fina amorfa integrada a um módulo de polímero flexível que foi anexado à membrana de cobertura usando uma folha adesiva entre a camada inferior do módulo solar e a membrana da cobertura [esclarecimento necessário]. Seleneto de Gálio A tecnologia CIGS) agora é capaz de fornecer uma eficiência de célula de 17% como produzida por uma empresa baseada nos EUA e eficiências comparáveis ​​de módulos integrados de construção em membranas de camada única TPO pela fusão dessas células por uma empresa sediada no Reino Unido.

Telhados inclinados
As telhas solares são telhas (cerâmicas) com módulos solares integrados. A telha solar cerâmica é desenvolvida e patenteada por uma empresa holandesa em 2012.
Módulos em forma de várias telhas.
Telhas solares são módulos projetados para parecer e agir como telhas regulares, incorporando uma célula de filme fino flexível.
Ele prolonga a vida útil normal do telhado, protegendo o isolamento e as membranas dos raios ultravioleta e da degradação da água. Isso é feito eliminando a condensação porque o ponto de orvalho é mantido acima da membrana da cobertura.
Os telhados inclinados de metal (estruturais e arquitetônicos) agora estão sendo integrados à funcionalidade PV, seja pela ligação de um módulo flexível autônomo ou pela vedação a quente e a vácuo das células CIGS diretamente no substrato

Fachada
Fachadas podem ser instaladas em prédios existentes, dando aos prédios antigos um visual totalmente novo. Estes módulos são montados na fachada do edifício, sobre a estrutura existente, o que pode aumentar o apelo do edifício e seu valor de revenda.

Envidraçamento
Janelas fotovoltaicas são módulos (semi) transparentes que podem ser usados ​​para substituir vários elementos arquitetônicos comumente feitos com vidro ou materiais similares, como janelas e clarabóias. Além de produzir energia elétrica, elas podem gerar mais economia de energia devido às propriedades superiores de isolamento térmico e controle de radiação solar.

Fotovoltaica transparente e translúcida
Painéis solares transparentes usam um revestimento de óxido de estanho na superfície interna das placas de vidro para conduzir a corrente para fora da célula. A célula contém óxido de titânio que é revestido com um corante fotoelétrico.

A maioria das células solares convencionais usa luz visível e infravermelha para gerar eletricidade. Em contraste, a nova célula solar inovadora também usa radiação ultravioleta. Usada para substituir o vidro de janela convencional, ou colocado sobre o vidro, a área da superfície de instalação pode ser grande, levando a usos potenciais que aproveitam as funções combinadas de geração de energia, iluminação e controle de temperatura.

Outro nome para fotovoltaicos transparentes é “fotovoltaicos translúcidos” (eles transmitem metade da luz que incide sobre eles). Semelhante à fotovoltaica inorgânica, a fotovoltaica orgânica também é capaz de ser translúcida.

Módulos utilizados
De forma a satisfazer os requisitos arquitectónicos e a multifuncionalidade desejada, é desejável a adaptabilidade dos módulos fotovoltaicos em termos de tamanho, forma e materiais utilizados. Os vários requisitos de integração mecânica e elétrica também devem ser levados em consideração.

Basicamente, existem duas variantes de tecnologias que podem ser usadas para módulos para BiPV:

Módulos Cristalinos
Módulos cristalinos são baseados em uma pluralidade de wafers de silício, principalmente em conexão serial. O tamanho da variação no tamanho é determinado pelo tamanho das bolachas e as folgas necessárias para a interligação e isolamento. Estes são 15-25 cm. No caso do material celular, é feita uma distinção entre silício monocristalino e policristalino, que diferem na sua eficiência. Isso indica qual porcentagem da energia solar recebida é convertida em energia elétrica. Módulos Cristalinos (Mono) oferecem hoje a mais alta eficiência (15-20%) com ótimo alinhamento. No BiPV, no entanto, essa orientação ideal (por exemplo, fachada com orientação vertical) geralmente não é dada. Além disso, as soluções cristalinas são muito suscetíveis ao sombreamento e uma redução no desempenho em altas temperaturas, que são comuns em aplicações em edifícios. Portanto, é aconselhável usar um software de simulação para obter um verdadeiro rendimento energético. As soluções cristalinas têm uma alta variabilidade na escolha do material de embalagem, o que é muito positivo para o BiPV. Diferentes espessuras de vidro, mas também plásticos podem ser usados, mas as células cristalinas são muito frágeis e não podem ser dobradas. Semitransparência em padrões simples também pode ser gerada.

Módulos de película fina
Os módulos de filme fino são aplicados a um substrato (geralmente de vidro). Com a variante de substrato de vidro, uma variação de tamanho só é possível em uma extensão muito limitada. Além disso, a seleção do material nesta variante do substrato é muito limitada, uma vez que durante o processo de montagem da célula fotovoltaica são utilizadas temperaturas muito altas, o que faz com que certas variações no vidro (por exemplo, vidro de segurança) não sejam possíveis.

Outras soluções de película fina são aplicado a bandas de plástico ou metal (aço, cobre). Estas soluções oferecem atualmente o mais alto grau de variação em tamanho e embalagem e também permitem oferecer soluções flexíveis e muito leves (plástico / plástico). As soluções de filme fino atualmente têm eficiências de 6 a 14%, dependendo da tecnologia usada, têm um melhor rendimento com alinhamento abaixo do ideal (luz difusa, pouca luz) e são menos dependentes da temperatura em seu desempenho.

Promoções Especiais
Várias políticas encorajam o uso de BiPVs: impulsionadas pelas metas 20-20-20 e o desejo de promover prédios auto-suficientes em energia, em alguns países (por exemplo, Itália, França), além das tarifas feed-in (ver Alemanha EEG) aumento de tarifas para BiPV oferecido.

Diretrizes de construção
Um forte impulsionador para o uso de BiPV é o aperto sucessivo das diretrizes sobre o comportamento energético dos edifícios (zero energy house, pegada de CO 2). Na Alemanha, o EnEV é uma referência baseada na Diretiva da UE sobre o Desempenho Energético dos Edifícios. Além disso, existem avaliações de construção relacionadas com a sustentabilidade, dependentes do país, com diferentes níveis de qualidade, que também promovem a qualidade do edifício de alta energia e baixo impacto ambiental. Os exemplos são o Liderança em Energia e Design Ambiental (LEED) desenvolvido nos EUA, o BREEAM do Reino Unido ou o prédio sustentável do selo de qualidade alemão.

Subsídios governamentais
Em alguns países, incentivos adicionais, ou subsídios, são oferecidos para sistemas fotovoltaicos integrados em edifícios, além das tarifas feed-in existentes para sistemas solares autônomos. Desde julho de 2006, a França ofereceu o maior incentivo para o BIPV, equivalente a um prêmio extra de EUR 0,25 / kWh pago além dos 30 centavos de Euro para sistemas fotovoltaicos. Esses incentivos são oferecidos na forma de uma tarifa paga pela eletricidade fornecida à rede.

União Européia
França 0,25 € / kWh
Alemanha € 0,05 / kWh bônus de fachada expirou em 2009
Itália € 0,04– € 0,09 / kWh
Reino Unido 4,18 p / kWh
Espanha, em comparação com uma instalação não predial que recebe € 0,28 / kWh (RD 1578/2008):
≤20 kW: € 0,34 / kWh
> 20 kW: € 0,31 / kWh

EUA
EUA – Varia por estado. Verifique Banco de Dados de Incentivos Estaduais para Renováveis ​​e Eficiência para mais detalhes.

China
Além do anúncio de um programa de subsídio para projetos BIPV em março de 2009 oferecendo RMB20 por watt para sistemas BIPV e RMB15 / watt para sistemas de cobertura, o governo chinês recentemente lançou um programa de subsídio de energia fotovoltaica “o Projeto Demonstrativo do Sol Dourado”. O programa de subsídios visa apoiar o desenvolvimento de empreendimentos de geração de energia fotovoltaica e a comercialização da tecnologia fotovoltaica. O Ministério das Finanças, o Ministério da Ciência e Tecnologia e o Departamento Nacional de Energia anunciaram conjuntamente os detalhes do programa em julho de 2009. Os projetos de geração de eletricidade fotovoltaica na rede, incluindo sistemas rooftop, BIPV e sistemas montados no solo, têm direito a receber subsídio igual a 50% do investimento total de cada projeto, incluindo infra-estrutura de transmissão associada. Projetos independentes qualificados em áreas remotas serão elegíveis para subsídios de até 70% do investimento total. Em meados de novembro, o Ministério das Finanças da China selecionou 294 projetos, totalizando 642 megawatts, que chegam a aproximadamente 20 bilhões de iuanes (US $ 3 bilhões) em custos para o plano de subsídios para aumentar drasticamente a produção de energia solar do país.

Outra fotovoltaica integrada
A energia fotovoltaica integrada ao veículo (ViPV) é semelhante para veículos. As células solares poderiam ser incorporadas em painéis expostos à luz solar, como o capô, o teto e, possivelmente, o porta-malas, dependendo do projeto de um carro.