Fotowoltaika zintegrowana z budynkami, czyli inwestycja w przyszłość?
Produkcja energii elektrycznej z promieniowania słonecznego jest najchętniej wybieraną opcją w Polsce spośród znanych ekologicznych rozwiązań energetycznych. Jednakże nie każdemu odpowiada widok paneli PV na dachu czy ich obecność na niewielkiej już powierzchni trawnika w ogrodzie. Dla tych osób istnieją już jednak rozwiązania, które pozwolą wkomponować fotowoltaikę niemalże w każdą aranżację. Mowa o BIPV, czyli nowoczesnych rozwiązaniach konstrukcyjnych – nie tylko estetycznych, lecz pozwalających na skuteczne zwiększenie efektywności energetycznej budynków. Na czym dokładnie polega ta technologia oraz jakie korzyści można zyskać, decydując się nią? Zachęcamy do lektury – odpowiemy na te pytania!
Czym jest fotowoltaika zintegrowana z budynkiem?
Na początku warto poznać wszystkie oblicza BIPV, czyli z ang. Building Integrated Photovoltaics. To elementy fotowoltaiczne, zintegrowane w różny sposób z zasilanymi przez nie budynkami. Na razie nie są to popularne rozwiązania, dlatego głównie wykorzystuje się je w nowoczesnych budynkach użyteczności publicznej. Jednakże nietrudno dostrzec spory potencjał, jaki ze sobą niosą. O jakich elementach mowa?
Do elementów fotowoltaicznych należących do grupy BIPV zaliczają się m.in.:
- panele fasadowe – w formie szklanych, przejrzystych ścian z wbudowanymi ogniwami lub paneli w postaci okładzin ściennych,
- konstrukcje dachowe – jako dachówki fotowoltaiczne bądź inne formy osłon dachowych, a także w charakterze przeziernych świetlików,
- zadaszenia i wiaty – np. carporty, przystanki komunikacji publicznej, tarasy,
- inne konstrukcje – przede wszystkim balustrady, osłony, żaluzje, ogrodzenia PV.
Jak widać, istnieje sporo możliwości integracji systemów PV z budynkami. Czy jednak zalety montażu takich elementów są na tyle przekonujące, aby zdecydować się na taką technologię? Najważniejszą korzyścią z zastosowania takich systemów jest zwiększenie powierzchni produkującej energię bez zaburzania wyglądu budynków czy ich otoczenia. Dzięki nim takie obiekty są wyjątkowo estetyczne i nadal produkują prąd ze słońca. Co więcej, unika się w ten sposób konieczności instalowania konstrukcji nośnych oraz mocowań, jak ma to miejsce przy tradycyjnych panelach PV.
Materiały stosowane w konstrukcjach BIPV
Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem wykorzystuje nowoczesne elementy w postaci cienkowarstwowych paneli. To głównie ogniwa wykonane z tellurku kadmu (CdTe), miedzi, indu, galu i selenku (CIGS) oraz silikonu amorficznego (a-Si). Jakie posiadają właściwości?
- CdTe – ogniwa takie charakteryzują się wysoką efektywnością energetyczną (nawet powyżej 18%) oraz dużą absorpcją światła. Co ciekawe, w paśmie widzialnym są nieprzezroczyste, lecz doskonale absorbują promieniowanie słoneczne.
- CIGS – to połączenie pierwiastków: miedzi, indu, galu i selenku. Sprawność waha się w granicach 13-16%, a współczynnik absorpcji światła jest także duży.
- a-Si silikonu amorficznego – najmniej wydajne ogniwa w tym zestawieniu (6-10%). Charakteryzują się niezwykle wysokim współczynnikiem absorpcji i są wydajne w miejscach o słabszym bądź rozproszonym oświetleniu.
BIPV system – czy się opłaca?
Analizując poziomy sprawności paneli cienkowarstwowych i porównując je z monokrystalicznymi oraz polikrystalicznymi, można odnieść wrażenie, że ich wykorzystanie mija się z celem. Warto pamiętać jednak o tym, że sprawność to tylko jeden z parametrów, na który warto zwrócić uwagę. W przypadku ogniw cienkowarstwowych równie cenne są wybrane własności takie jak elastyczność oraz niewielka masa, a także niski koszt produkcji i zakupu. Te czynniki sprawiają, że sprawdzają się one w zastosowaniach, w których klasyczne panele fotowoltaiczne nie mogłyby być wykorzystane.
W instalacjach BIPV panele cienkokrystaliczne stanowią jedną z wielu składowych całkowitego kosztu ich założenia. To, ile wyniesie nas montaż danej instalacji, zależy od rodzaju, stopnia skomplikowania oraz materiałów wykorzystanych do jej budowy. Z tego względu początkowy wkład finansowy może być wyższy w porównaniu z instalacją tradycyjną o tej samej mocy. Jednakże skorzystanie z wybranych dotacji, m.in. Mój Prąd lub Regionalny Program Operacyjny, może znacząco obniżyć koszt instalacji.
Należy jednak sobie zdawać sprawę, że instalacje BIPV zakłada się często w problematycznych miejscach z ograniczonym bądź rozproszonym promieniowaniem słonecznym. Lepiej radzą sobie bowiem z produkcją energii w takich warunkach niż standardowe systemy. Z tego względu tego typu rozwiązania pomagają zbliżyć się zasilanemu budynkowi do samowystarczalności energetycznej, co nie zawsze jest możliwe w przypadku klasycznych paneli PV.
Jak długo natomiast taka inwestycja może się zwracać? Znowu, wszystko zależy od stopnia jej skomplikowania i kosztów początkowych, ale liczne analizy wskazują, że we wielu przypadkach już po 5 latach można liczyć na pełen zwrot inwestycji. Maksymalny czas bardziej złożonych, lecz również żywotniejszych systemów zwracać się może dłużej, bo do 15 lat. Jest to zrozumiała zależność, dlatego też warto już na początku przeanalizować, czego oczekujemy od zakładanej instalacji. A możemy wiele!
Technologiczne innowacje w BIPV
Nowoczesne rozwiązania w instalacjach PV zintegrowanych z budynkami są coraz bardziej rozwijane. Warto chociażby zwrócić uwagę na rynek paneli cienkowarstwowych, który poszerza się o nowe materiały. Mowa m.in. o panelach GaAs (arsenek galu) z koncentratorem. Dlaczego są godne zainteresowania? Przede wszystkim łączą w sobie cechy paneli cienkowarstwowych z wyjątkowo wysoką sprawnością, sięgającą nawet 38%! Jest to imponujący wynik, dlatego układy BIPV są nadzieją nowoczesnego budownictwa. Dodatkowa integracja z magazynami energii oraz nowoczesnymi systemami zarządzania nią (BMS) jeszcze bardziej podnosi efektywność takich układów, co warto brać pod uwagę podczas ich projektowania.
Wyzwania i ograniczenia
Jak wygląda aktualna sytuacja BIPV w Polsce? Na razie tego typu instalacje nie są powszechnie zakładane. Wiąże się to z tym, że fotowoltaika w takim wydaniu dopiero się w kraju rozwija. Dodatkowo zdecydowanie się na złożone instalacje, pokrywające praktycznie cały budynek, to nadal spore wyzwanie także pod kątem prawa budowlanego. Niestety, przepisy wciąż nie nadążają za rozwojem technologicznym, co jednak nie dziwi, ponieważ jest to dość powszechny problem nie tylko w sektorze OZE.
Niektóre rodzaje paneli cienkowarstwowych charakteryzują się obniżoną żywotnością, co również może być wyzwaniem dla konstruktora. W takich przypadkach zawsze należy opracowywać prognozy ich zużycia oraz umożliwiać łatwą wymianę komponentów. W ten sposób można wpływać na obniżenie kosztów serwisowania instalacji PV.
Czy BIPV to przyszłość?
Dziś instalacja fotowoltaiczna jest częstym widokiem w Polsce – nawet przy niekorzystnej koniunkturze wciąż przybywa nowych elektrowni słonecznych. Rozwój fotowoltaiki zintegrowanej z budynkiem pozwala jeszcze bardziej wpłynąć na popularność tego typu układów. Z powodu zwiększającej się świadomości ekologicznej, a także dzięki coraz większemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną układy BIPV mogą stanowić podstawę przyszłości: w Polsce, Europie, jak też na całym świecie.
Istnieje wiele argumentów, które potwierdzają, że inwestowanie w fotowoltaikę zintegrowaną z dachem czy elewacją może być świetnym pomysłem. Przede wszystkim wykorzystywane w niej materiały, dające możliwości produkcji energii tam, gdzie klasyczne panele fotowoltaiczne nie dadzą rady, skutecznie zachęcają do tworzenia nowoczesnych, oryginalnych projektów. Dlatego też wielu ekspertów uważa, że systemy BIPV w przyszłości będą stopniowo wypierały klasyczne rozwiązania, co daje nadzieję na jeszcze większy udział fotowoltaiki w miksie energetycznym w Polsce.