Zintegrowane z budynkiem ogniwa fotowoltaiczne (BIPV) to moduły fotowoltaiczne, którymi można zastąpić konwencjonalne materiały budowlane w takich elementach budynku, jak elewacja, dach czy okna. Poprawa ich wydajności i obniżenie kosztów przyczyniłyby się do upowszechnienia tych rozwiązań.
Mimo dużego potencjału w zakresie ograniczenia światowych problemów energetycznych, problemem BIPV jest niska sprawność, wysokie koszty i nieefektywne odprowadzanie ciepła. W ramach finansowanego ze środków UE projektu szkoleniowego BIPV-PCM-COGEN (A novel BIPV-PCM heat and power cogeneration system for buildings) opracowano technologię opartą na zawiesinie materiałów ulegających przemianie fazowej (PCM), umożliwiającej pokonanie tych ograniczeń i popularyzację BIPV.
Mieszanina składa się z poddanych mikroenkapsulacji cząstek PCM oraz wody. Jej podstawowy skład określono przy pomocy prac eksperymentalnych oraz modelowania komputerowego, na potrzeby którego opracowano specjalne oprogramowanie. Zawiesina odprowadza ciepło z części tylnej modułów PV, poprawiając ich sprawność. Specjalne wymienniki ciepła przenoszą energię cieplną z zawiesiny PCM do chłodziwa używanego do wentylacji budynku oraz dostarczają ciepło i gorącą wodę użytkową. Nadmiary energii są magazynowane i przekazywane z powrotem do systemu w miarę zapotrzebowania.
W testach laboratoryjnych prototypu, moduł zawiesiny wykazał się sprawnością konwersji energii słonecznej równą 83,8%. Sprawność elektryczna i cieplna modułu oraz współczynnik wydajności systemu rosną wraz z turbulencyjnością przepływu zawiesiny. Jak można się tego spodziewać, system BIPV-PCM-COGEN wytwarza więcej energii w południowej niż w północnej Europie, głównie ze względu na większe promieniowanie słoneczne i wyższe temperatury.
Analiza czasu zwrotu z inwestycji w system BIPV, wodny system BIPV oraz system BIPV-PCM potwierdziła większą opłacalność ekonomiczną systemu zawiesinowego. W klimacie północnym koszty eksploatacji systemu PCM nie przekroczyły nawet 10% kosztów użytkowania konwencjonalnego systemu BIPV. W Europie południowej, system wodny BIPV był najlepszy, ale różnice okazały się niewielkie.
W obu strefach klimatycznych system zawiesinowy ma największy potencjał spośród wszystkich badanych systemów BIPV w zakresie ograniczenia emisji w porównaniu z konwencjonalnymi systemami skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (CHP). W klimacie południowym pozwala on na zmniejszenie emisji o blisko 95%, a w północnym w około 40%.
Opracowany w ramach projektu BIPV-PCM-COGEN zawiesinowy system BIVP oraz zintegrowany system CHP stanowi wysoko wydajne, niedrogie ulepszenie konwencjonalnych systemów BIPV. Zastosowanie go w elewacjach i dachach budynków w całej Europie może już wkrótce przyczynić się do poprawy sytuacji energetycznej w UE.
poleca:
