Cách tích hợp kính quang điện vào hệ thống quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV)

Các tòa nhà chiếm gần 40% tổng lượng tiêu thụ năng lượng toàn cầu. Chúng cũng mang đến một cơ hội khổng lồ chưa được khai thác để sản xuất năng lượng mặt trời. Các tấm pin mặt trời truyền thống được lắp đặt trên mái nhà tuy hiệu quả, nhưng chúng cũng chỉ là một phần bổ sung được thêm vào sau khi công trình đã hoàn thành. Hệ thống quang điện tích hợp vào tòa nhà (BIPV) thay đổi hoàn toàn mô hình này. BIPV thay thế các vật liệu xây dựng thông thường bằng các thành phần tạo ra năng lượng mặt trời. Kính quang điện đóng vai trò là cửa sổ, mặt tiền, giếng trời hoặc tường rèm đồng thời tạo ra điện năng. Sự tích hợp này tạo ra những tòa nhà thanh lịch, sản xuất năng lượng mà không cần đến các tấm pin mặt trời riêng biệt. Tuy nhiên, việc tích hợp kính quang điện vào hệ thống BIPV đòi hỏi kế hoạch cẩn thận từ nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm kiến ​​trúc, kỹ thuật điện và xây dựng.

Hướng dẫn này cung cấp một khuôn khổ thực tiễn để tích hợp kính quang điện Hướng dẫn này sẽ đề cập đến các dự án điện mặt trời tích hợp vào tòa nhà (BIPV). Bạn sẽ học cách lựa chọn loại kính quang điện phù hợp dựa trên độ trong suốt, hiệu suất và yêu cầu thẩm mỹ. Chúng tôi giải thích quy trình tích hợp điện, bao gồm việc tính toán kích thước chuỗi, lựa chọn biến tần và kết nối với hệ thống điện của tòa nhà. Hướng dẫn bao gồm các yếu tố thiết kế như hướng đặt, phân tích bóng râm, hiệu suất nhiệt và tải trọng kết cấu. Bạn sẽ hiểu các phương pháp lắp đặt tốt nhất, bao gồm đường đi dây, hộp nối và các yêu cầu về niêm phong để duy trì tính toàn vẹn của lớp vỏ tòa nhà. Chúng tôi cũng thảo luận về việc cấp phép, kết nối với lưới điện và làm việc với các nhà sản xuất BIPV để đảm bảo một dự án thành công từ khâu ý tưởng đến khi hoàn thành.

Cho dù bạn là kiến ​​trúc sư thiết kế tòa nhà không phát thải ròng, nhà phát triển đang tìm kiếm chứng nhận công trình xanh, nhà thầu đấu thầu dự án BIPV, hay chủ sở hữu tòa nhà đang tìm hiểu về việc phát điện mặt trời tại chỗ, hướng dẫn này sẽ cung cấp cho bạn kiến ​​thức để tích hợp kính quang điện thành công. Các dự án BIPV đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhóm không phải lúc nào cũng làm việc chặt chẽ với nhau. Kiến trúc sư quan tâm đến vẻ ngoài và khả năng truyền ánh sáng. Kỹ sư điện quan tâm đến điện áp, dòng điện và an toàn. Nhà thầu quan tâm đến phương pháp và trình tự lắp đặt. Hướng dẫn này kết nối các quan điểm đó, giúp mỗi bên liên quan hiểu được nhu cầu của những người khác. Sau khi đọc xong, bạn sẽ có một lộ trình rõ ràng để tích hợp kính quang điện vào dự án BIPV của mình, tránh những sai lầm thường gặp và tối đa hóa cả sản lượng năng lượng lẫn hiệu suất tòa nhà. Hãy đọc tiếp để biến tòa nhà của bạn từ một thiết bị tiêu thụ năng lượng thành một thiết bị phát điện.

Tìm hiểu về kính quang điện và công nghệ BIPV

Kính quang điện là một loại vật liệu xây dựng chuyên dụng, tạo ra điện năng từ ánh sáng mặt trời trong khi vẫn hoạt động như một sản phẩm kính thông thường. Không giống như các tấm pin mặt trời tiêu chuẩn được lắp đặt trên mái nhà hoặc mặt tiền hiện có, kính quang điện thay thế kính truyền thống trong cửa sổ, giếng trời, mặt tiền và tường rèm. Loại kính này chứa các lớp vật liệu quang điện mỏng giúp thu năng lượng mặt trời và chuyển đổi thành điện năng một chiều. Điện năng này có thể cung cấp năng lượng cho tòa nhà, được lưu trữ trong pin hoặc được truyền trở lại lưới điện. Công nghệ này cho phép các tòa nhà tự tạo ra năng lượng mà không làm ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ kiến ​​trúc hoặc cần thêm đất hay không gian mái nhà cho các hệ thống pin mặt trời riêng biệt.

Hệ thống quang điện tích hợp vào công trình (Building Integrated Photovoltaics - BIPV) là phương pháp kết hợp vật liệu tạo năng lượng mặt trời trực tiếp vào lớp vỏ của tòa nhà. Sản phẩm BIPV phục vụ hai mục đích: vừa là vật liệu xây dựng thông thường, vừa cung cấp nơi trú ẩn, cách nhiệt, bảo vệ khỏi thời tiết và cho phép ánh sáng tự nhiên truyền vào; đồng thời, nó tạo ra điện năng. Chức năng kép này phân biệt BIPV với hệ thống quang điện tích hợp vào công trình (Building Integrated Photovoltaics - BIPV), trong đó các tấm pin mặt trời được gắn vào bề mặt của một công trình đã hoàn thiện. Các sản phẩm BIPV bao gồm kính quang điện, ngói năng lượng mặt trời, mặt tiền năng lượng mặt trời và thiết bị che nắng. Việc tích hợp diễn ra trong giai đoạn thiết kế và xây dựng, biến công nghệ năng lượng mặt trời trở thành một phần vốn có của tòa nhà chứ không phải là một tính năng bổ sung.

Công nghệ quang điện bên trong kính BIPV có nhiều dạng. Pin mặt trời màng mỏng là loại phổ biến nhất cho kính quang điện vì chúng có thể được phủ trực tiếp lên bề mặt kính. Các tế bào này sử dụng các vật liệu như cadmium telluride, đồng indium gallium selenide hoặc silicon vô định hình. Pin màng mỏng có hiệu suất thấp hơn so với các tấm silicon tinh thể truyền thống, thường chỉ chuyển đổi từ 12 đến 15% ánh sáng mặt trời thành điện năng so với 18 đến 22% đối với các tấm tiêu chuẩn. Tuy nhiên, màng mỏng hoạt động tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu, ánh sáng khuếch tán và nhiệt độ cao. Nó cũng cho phép độ trong suốt một phần, điều cần thiết cho các ứng dụng cửa sổ, nơi yêu cầu khả năng nhìn thấy và ánh sáng tự nhiên.

Các tế bào silicon tinh thể cũng có thể được sử dụng trong kính quang điện, nhưng với các đặc tính khác nhau. Các tế bào này không trong suốt, vì vậy chúng phù hợp nhất cho kính ốp tường, mặt tiền hoặc các khu vực khác không cần độ trong suốt. Kính BIPV silicon tinh thể mang lại hiệu suất cao hơn, thường từ mười tám đến hai mươi phần trăm. Các tế bào có thể được bố trí cách nhau để tạo hiệu ứng bán trong suốt, với khoảng trống giữa các tế bào cho phép ánh sáng truyền qua. Cách tiếp cận này thường được sử dụng cho giếng trời hoặc mái che nơi cần một mức độ trong suốt nhất định nhưng mục tiêu chính là sản xuất năng lượng. Mẫu hình tế bào có thể nhìn thấy tạo ra một vẻ đẹp thẩm mỹ đặc biệt mà một số kiến ​​trúc sư coi là một điểm nhấn thiết kế.

Độ trong suốt của kính quang điện được đo bằng độ truyền ánh sáng nhìn thấy (VLT). Kính cửa sổ tiêu chuẩn có VLT khoảng 80 đến 90 phần trăm. Kính quang điện có thể có VLT từ hoàn toàn mờ đục (0%) đến 40 hoặc 50% đối với các sản phẩm bán trong suốt được sử dụng trong cửa sổ. Sự đánh đổi luôn nằm giữa độ trong suốt và sản lượng năng lượng. Kính trong suốt hơn có ít tế bào quang điện hơn hoặc lớp phủ mỏng hơn, điều đó có nghĩa là sản lượng điện sẽ giảm. Kính ít trong suốt hơn có nhiều vật liệu quang điện hơn, tạo ra nhiều điện năng hơn nhưng làm giảm tầm nhìn và ánh sáng tự nhiên. Sự cân bằng phù hợp phụ thuộc vào chức năng của tòa nhà, nhu cầu của người sử dụng và mục tiêu năng lượng.

Cấu tạo của kính quang điện bao gồm nhiều lớp được liên kết với nhau. Một bộ kính BIPV điển hình bao gồm lớp kính cường lực phía trên, vật liệu bao bọc các tế bào quang điện, lớp quang điện, một lớp vật liệu bao bọc khác và lớp kính phía dưới hoặc tấm lót. Toàn bộ cấu trúc được ép dưới nhiệt và áp suất để tạo ra một sản phẩm bền chắc, chịu được thời tiết. Đối với ứng dụng cửa sổ, bộ kính thường được làm hai lớp với một lớp không khí hoặc khí cách nhiệt giữa lớp quang điện và lớp kính trong suốt bên trong. Điều này giúp cải thiện hiệu suất nhiệt và ngăn ngừa sự ngưng tụ hơi nước. Kính phải đáp ứng các yêu cầu về an toàn, khả năng chịu tải trọng gió và hiệu suất nhiệt theo quy định xây dựng, giống như kính kiến ​​trúc thông thường.

Hiểu rõ những kiến ​​thức cơ bản về kính quang điện và công nghệ BIPV là điều cần thiết trước khi bắt đầu bất kỳ dự án tích hợp nào. Công nghệ này tiếp tục phát triển nhanh chóng. Hiệu suất đang được cải thiện. Chi phí đang giảm. Các tùy chọn về độ trong suốt đang được mở rộng. Những người tiên phong áp dụng BIPV trước đây phải đối mặt với sự lựa chọn hạn chế và giá cả cao. Ngày nay, ngày càng nhiều nhà sản xuất cung cấp kính quang điện với nhiều kích thước, màu sắc, độ trong suốt và thông số kỹ thuật hiệu suất khác nhau. Các kiến ​​trúc sư và chủ sở hữu tòa nhà có nhiều lựa chọn hơn bao giờ hết để tạo ra những tòa nhà đẹp mắt và sản xuất năng lượng. Tuy nhiên, việc tích hợp thành công đòi hỏi nhiều hơn chỉ là lựa chọn một sản phẩm. Nó đòi hỏi phải hiểu cách kính quang điện hoạt động như một vật liệu xây dựng và một máy phát điện. Các phần sau sẽ hướng dẫn bạn qua từng bước của quá trình tích hợp.

Kính quang điện là gì và nó hoạt động như thế nào?

Kính quang điện là vật liệu xây dựng trong suốt hoặc bán trong suốt, có khả năng tạo ra điện năng từ ánh sáng mặt trời trong khi vẫn cho phép ánh sáng xuyên qua. Không giống như kính thông thường chỉ cung cấp khả năng nhìn thấy và bảo vệ khỏi thời tiết, kính quang điện chủ động tạo ra điện năng có thể sử dụng được. Loại kính này chứa các lớp được thiết kế đặc biệt để thu năng lượng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện một chiều. Điện năng này có thể được sử dụng để cấp điện cho hệ thống chiếu sáng, hệ thống điều hòa không khí, các thiết bị cắm điện, hoặc có thể được truyền trở lại lưới điện. Kính quang điện biến đổi cửa sổ, giếng trời và mặt tiền của tòa nhà từ các bộ phận thụ động thành các máy phát điện chủ động mà không ảnh hưởng đến vẻ ngoài hoặc chức năng của tòa nhà.

Cấu trúc cơ bản của kính quang điện bao gồm nhiều lớp được liên kết với nhau dưới nhiệt và áp suất. Lớp trên cùng là kính cường lực, có độ bền, khả năng chống chịu thời tiết và bảo vệ các thành phần bên trong. Bên dưới lớp này là vật liệu bao bọc, thường là ethylene vinyl acetate, giúp giữ các tế bào quang điện cố định và ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm. Lớp tiếp theo chứa vật liệu quang điện thực sự chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Vật liệu này có thể là một lớp màng mỏng được phủ trực tiếp lên kính hoặc một loạt các tế bào silicon tinh thể được sắp xếp theo một mô hình nhất định. Tiếp theo là một lớp bao bọc khác, và cuối cùng là một lớp kính đáy hoặc một lớp màng bảo vệ phía sau hoàn thiện cấu trúc. Toàn bộ đơn vị được ép lại với nhau để tạo thành một tấm duy nhất, chắc chắn và chống chịu thời tiết.

Hiệu ứng quang điện là nguyên lý khoa học giúp tạo ra điện năng. Khi các photon từ ánh sáng mặt trời chiếu vào vật liệu quang điện, chúng truyền năng lượng cho các electron trong vật liệu. Những electron được truyền năng lượng này tách khỏi nguyên tử của chúng và bắt đầu chuyển động. Cấu trúc bên trong của vật liệu quang điện tạo ra một điện trường hướng dòng electron này theo một hướng cụ thể. Dòng chảy có hướng này chính là dòng điện. Các tiếp điểm kim loại được in trên kính thu thập dòng điện này và dẫn đến các dây dẫn bên ngoài. Quá trình này diễn ra yên lặng, không có bộ phận chuyển động, không phát thải và không tiêu thụ nhiên liệu. Đầu vào duy nhất là ánh sáng mặt trời. Đầu ra là điện năng và nhiệt năng, trong đó nhiệt năng có thể có lợi hoặc được quản lý tùy thuộc vào ứng dụng.

Kính quang điện màng mỏng sử dụng một lớp phủ chỉ dày vài micromet, mỏng hơn cả sợi tóc người. Lớp phủ này được phủ trực tiếp lên bề mặt kính bằng quy trình lắng đọng tương tự như cách phủ lớp chống phản xạ lên tròng kính mắt. Màng mỏng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng. Có nhiều vật liệu màng mỏng khác nhau, bao gồm cadmium telluride, đồng indium gallium selenide và silicon vô định hình. Mỗi loại có hiệu suất, chi phí và đặc điểm sản xuất khác nhau. Kính màng mỏng có thể được làm trong suốt phần lớn bằng cách phủ một lớp rất mỏng và đồng nhất, hoặc bán trong suốt bằng cách tạo hình lớp phủ để lại các khoảng trống. Tính linh hoạt này làm cho kính màng mỏng trở thành lựa chọn ưu tiên cho cửa sổ và các ứng dụng khác mà khả năng nhìn xuyên thấu là yếu tố quan trọng.

Kính quang điện silicon tinh thể sử dụng các tế bào quang điện riêng lẻ được làm từ các tấm silicon cắt lát. Các tế bào này không trong suốt, do đó chúng chặn hoàn toàn ánh sáng. Đối với ứng dụng cửa sổ, các tế bào được đặt cách nhau với các khe hở. Ánh sáng đi qua các khe hở, tạo ra một mô hình trong suốt dạng chấm hoặc sọc. Các tế bào được nhúng giữa hai lớp kính, thường được sắp xếp theo dạng lưới hoặc ma trận. Silicon tinh thể hiệu quả hơn so với kính màng mỏng, chuyển đổi từ 18 đến 22% ánh sáng mặt trời thành điện năng so với 12 đến 15% đối với kính màng mỏng. Tuy nhiên, kính silicon tinh thể có vẻ ngoài công nghiệp hơn với các tế bào và khe hở có thể nhìn thấy. Nó phù hợp nhất cho cửa sổ mái, mái hiên, mặt tiền và kính ốp tường, nơi mà độ trong suốt nhất định có thể chấp nhận được nhưng việc sản xuất năng lượng được ưu tiên.

Sản lượng điện của kính quang điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Hiệu suất của vật liệu quang điện quyết định lượng ánh sáng mặt trời được chuyển hóa thành điện năng. Diện tích kính được phủ bởi vật liệu quang điện quyết định tổng công suất. Một cửa sổ có độ trong suốt 20% có 80% diện tích được phủ bởi vật liệu quang điện sẽ tạo ra nhiều điện năng hơn so với cửa sổ có độ trong suốt 40%. Hướng và độ nghiêng ảnh hưởng đến lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào kính trong suốt cả ngày và cả năm. Kính thẳng đứng hướng về phía nam nhận được lượng ánh sáng mặt trời tốt nhưng ít hơn so với tấm pin gắn trên mái nhà được nghiêng tối ưu. Bóng râm từ các tòa nhà, cây cối hoặc các đặc điểm kiến ​​trúc gần đó có thể làm giảm đáng kể sản lượng. Thiết kế và phân tích đúng đắn là điều cần thiết để đạt được sản lượng năng lượng như mong đợi.

Kính quang điện cũng có một số tác dụng phụ mà các nhà thiết kế xây dựng cần hiểu. Loại kính này hấp thụ một phần năng lượng mặt trời lẽ ra sẽ xuyên qua. Điều này làm giảm tải trọng làm mát vào mùa hè vì lượng nhiệt đi vào tòa nhà ít hơn. Tuy nhiên, nó cũng làm giảm lượng nhiệt mặt trời có lợi vào mùa đông, có khả năng làm tăng tải trọng sưởi ấm. Kính cũng hoạt động như một thiết bị che nắng, giảm độ chói cho người sử dụng. Một số sản phẩm kính quang điện được thiết kế với hệ số hấp thụ nhiệt mặt trời cụ thể để cân bằng sản lượng năng lượng với hiệu suất nhiệt. Khi được tích hợp đúng cách, kính quang điện có thể đóng góp vào cả việc sản xuất năng lượng tái tạo tại chỗ và hiệu quả năng lượng tổng thể của tòa nhà, trở thành một thành phần có giá trị của các tòa nhà năng lượng ròng bằng không.

Sự khác biệt giữa tấm pin mặt trời tích hợp trong tòa nhà (BIPV) và tấm pin mặt trời truyền thống

Hệ thống quang điện tích hợp vào tòa nhà (BIPV) và các tấm pin mặt trời truyền thống đều phục vụ cùng một mục đích chính là tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời, nhưng về cơ bản chúng là hai sản phẩm khác nhau với các ứng dụng riêng biệt. Các tấm pin mặt trời truyền thống là các thiết bị độc lập được gắn trên bề mặt của một tòa nhà hiện có. Chúng được gắn vào mái nhà hoặc giá đỡ trên mặt đất bằng hệ thống khung. Bản thân các tấm pin không có chức năng nào khác ngoài việc tạo ra điện năng. Sản phẩm BIPV thay thế hoàn toàn các vật liệu xây dựng thông thường. Mặt tiền kính BIPV đóng vai trò như một lớp chắn thời tiết, cách nhiệt và cho phép truyền ánh sáng đồng thời tạo ra điện năng. Ngói lợp BIPV thay thế các vật liệu lợp mái thông thường. Chức năng kép này là điểm khác biệt then chốt giữa hai phương pháp.

Phương pháp lắp đặt là điểm khác biệt rõ rệt nhất giữa BIPV và các tấm pin mặt trời truyền thống. Các tấm pin mặt trời truyền thống được lắp đặt sau khi công trình hoàn thành hoặc được cải tạo lại trên các cấu trúc hiện có. Chúng yêu cầu phần cứng lắp đặt riêng biệt, thanh ray, kẹp và các lỗ xuyên qua mái nhà hoặc lớp vỏ tòa nhà. Các tấm pin nằm phía trên bề mặt mái nhà, tạo ra một khoảng trống để không khí làm mát lưu thông. Sản phẩm BIPV được lắp đặt như một phần của quá trình xây dựng ban đầu hoặc cải tạo lớn. Chúng được gắn trực tiếp vào cấu trúc tòa nhà bằng các phương pháp tương tự như kính hoặc vật liệu lợp mái thông thường. Không cần hệ thống lắp đặt phụ trợ. Sản phẩm BIPV trở thành một phần không thể tách rời của lớp vỏ tòa nhà, chứ không phải là một phần gắn thêm vào đó.

Về mặt thẩm mỹ, hai công nghệ này khác biệt đáng kể. Tấm pin mặt trời truyền thống có vẻ ngoài tiêu chuẩn. Các tế bào màu xanh lam hoặc đen với khung bạc được sắp xếp theo dạng lưới hình chữ nhật. Vẻ ngoài công nghiệp này quen thuộc và được chấp nhận trên mái nhà nhưng thường bị coi là không hấp dẫn trên các bề mặt tòa nhà dễ nhìn thấy. Sản phẩm BIPV (tấm pin mặt trời tích hợp vào tòa nhà) mang lại sự linh hoạt hơn nhiều trong thiết kế. Kính quang điện Vật liệu này có thể trong suốt, bán trong suốt hoặc mờ đục. Chúng có thể được sản xuất với nhiều màu sắc khác nhau, bao gồm xanh lam, xanh lục, đồng, xám và đen. Các tế bào quang điện có thể được sắp xếp theo các mẫu, sọc hoặc hình dạng tùy chỉnh. Một số sản phẩm BIPV mô phỏng các vật liệu xây dựng truyền thống như đá, gạch hoặc đất nung. Sự tự do về mặt thẩm mỹ này cho phép các kiến ​​trúc sư kết hợp việc sản xuất năng lượng mặt trời mà không ảnh hưởng đến tầm nhìn thiết kế của họ. BIPV có thể là một điểm nhấn thiết kế chứ không phải là một yếu tố gây mất thẩm mỹ.

Hiệu quả sử dụng vật liệu là một điểm khác biệt quan trọng khác. Các tấm pin mặt trời truyền thống yêu cầu một lớp vỏ bao che hoàn chỉnh bên dưới chúng. Mái nhà hoặc mặt tiền phải được xây dựng bằng vật liệu thông thường, sau đó các tấm pin mặt trời được lắp đặt lên trên. Điều này có nghĩa là cần gấp đôi lượng vật liệu cho cùng một diện tích bề mặt. Hệ thống BIPV thay thế hoàn toàn vật liệu thông thường. Sản phẩm BIPV đóng vai trò vừa là lớp chắn thời tiết vừa là máy phát điện. Đối với ứng dụng mặt tiền, kính BIPV loại bỏ nhu cầu sử dụng kính ốp tường riêng biệt, tấm nhôm hoặc đá ốp. Đối với ứng dụng mái nhà, ngói BIPV loại bỏ nhu cầu sử dụng lớp lót mái và ngói lợp thông thường. Việc thay thế vật liệu này có thể bù đắp một phần chi phí cao hơn của công nghệ quang điện, làm cho BIPV cạnh tranh hơn về mặt kinh tế so với các tấm pin mặt trời truyền thống trong xây dựng mới.

Các đặc tính điện cũng khác nhau giữa tấm pin mặt trời tích hợp vào tòa nhà (BIPV) và tấm pin truyền thống. Tấm pin mặt trời truyền thống là sản phẩm tiêu chuẩn hóa với thông số kỹ thuật điện đồng nhất. Chúng được thiết kế để hoạt động với các bộ biến tần và các thành phần hệ thống thông dụng. Sản phẩm BIPV thường được chế tạo riêng cho từng dự án cụ thể. Sản lượng điện có thể thay đổi tùy thuộc vào kích thước, độ trong suốt và cách bố trí tế bào của từng đơn vị kính riêng lẻ. Việc tính toán kích thước chuỗi và lựa chọn bộ biến tần phù hợp đòi hỏi kỹ thuật cẩn thận hơn đối với hệ thống BIPV. Tuy nhiên, tính chất phân tán của BIPV cũng có thể là một lợi thế. Tấm pin mặt trời truyền thống thường được lắp đặt thành các mảng lớn liền kề. BIPV có thể được tích hợp thành các phần nhỏ hơn trên các mặt tiền khác nhau, cho phép thiết kế hệ thống chi tiết hơn và có khả năng phù hợp hơn giữa sản lượng điện và nhu cầu tiêu thụ điện của tòa nhà.

Độ bền và yêu cầu bảo trì cũng khác nhau. Các tấm pin mặt trời truyền thống được thiết kế với tuổi thọ 30 năm và dễ dàng tiếp cận để vệ sinh và sửa chữa. Các sản phẩm BIPV phải đáp ứng các yêu cầu của quy định xây dựng về độ bền kết cấu, khả năng chống chịu thời tiết và an toàn. Cửa sổ kính BIPV phải chịu được tải trọng gió, ứng suất nhiệt và va đập giống như cửa sổ thông thường. Nó phải an toàn nếu bị vỡ. Những yêu cầu này thường làm cho các sản phẩm BIPV bền chắc hơn so với các tấm pin truyền thống. Tuy nhiên, các thành phần BIPV được tích hợp vào mặt tiền hoặc cửa sổ ở vị trí cao có thể khó tiếp cận để vệ sinh hoặc thay thế. Các tấm pin mặt trời trên mái nhà tương đối dễ bảo trì. BIPV trong tường rèm ở tầng 20 yêu cầu thiết bị tiếp cận chuyên dụng. Việc lập kế hoạch bảo trì phải được xem xét trong giai đoạn thiết kế đối với các dự án BIPV.

Chi phí là yếu tố khác biệt cuối cùng. Tấm pin mặt trời truyền thống là hàng hóa sản xuất hàng loạt với chuỗi cung ứng đã được thiết lập và giá cả cạnh tranh. Chi phí lắp đặt cho các hệ thống mái nhà truyền thống đã giảm mạnh xuống còn khoảng hai đến ba đô la mỗi watt. Sản phẩm BIPV đắt hơn, thường dao động từ năm đến mười lăm đô la mỗi watt tùy thuộc vào yêu cầu tùy chỉnh, độ trong suốt và tích hợp vào tòa nhà. Tuy nhiên, việc so sánh chi phí không hoàn toàn công bằng. Tấm pin mặt trời truyền thống yêu cầu một lớp vỏ tòa nhà hoàn chỉnh bên dưới chúng. Chi phí của lớp vỏ đó là riêng biệt. BIPV thay thế lớp vỏ, vì vậy chi phí của kính hoặc vật liệu lợp mái thông thường được bù đắp bằng khoản phí bổ sung của BIPV. Khi tính đến việc thay thế vật liệu này, chi phí gia tăng của BIPV so với vật liệu xây dựng thông thường nhỏ hơn nhiều so với sự chênh lệch giá thô. Đối với các dự án xây dựng mới, BIPV có thể cạnh tranh về mặt kinh tế trong khi mang lại tính thẩm mỹ và khả năng tích hợp thiết kế vượt trội so với tấm pin mặt trời truyền thống.

Phần kết luận

Việc tích hợp kính quang điện vào hệ thống quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV) thể hiện một sự thay đổi cơ bản trong cách các tòa nhà có thể tạo ra năng lượng. Không giống như các tấm pin mặt trời truyền thống được lắp thêm vào các công trình đã hoàn thiện, BIPV thay thế các vật liệu xây dựng thông thường bằng các thành phần tạo ra năng lượng chủ động. Kính trở thành một sản phẩm đa năng, vừa cung cấp khả năng chống chịu thời tiết, truyền ánh sáng tự nhiên, vừa mang lại vẻ đẹp thẩm mỹ, đồng thời tạo ra điện năng sạch. Việc tích hợp thành công đòi hỏi sự hợp tác giữa các lĩnh vực. Kiến trúc sư phải cân bằng giữa tính minh bạch và sản xuất năng lượng. Kỹ sư điện phải thiết kế hệ thống điện an toàn và hiệu quả. Nhà thầu phải lắp đặt các sản phẩm BIPV đúng cách để duy trì tính toàn vẹn của lớp vỏ tòa nhà. Nhà sản xuất phải cung cấp các sản phẩm đáng tin cậy với thông số kỹ thuật rõ ràng. Khi các bên liên quan cùng nhau làm việc, kết quả là một tòa nhà vừa đẹp vừa hiệu quả, tạo ra năng lượng từ các bề mặt vốn dĩ không hoạt động.

Công nghệ đang phát triển nhanh chóng. Hiệu quả đang được cải thiện. Các tùy chọn về độ trong suốt đang được mở rộng. Chi phí đang giảm. Những người tiên phong nắm vững việc tích hợp BIPV ngày nay sẽ có lợi thế cạnh tranh khi các quy định xây dựng trở nên nghiêm ngặt hơn và giá năng lượng tăng cao. Đối với các kiến ​​trúc sư thiết kế các tòa nhà không phát thải ròng, đối với các nhà phát triển đang tìm kiếm chứng nhận xanh, đối với các chủ sở hữu tòa nhà muốn độc lập về năng lượng, kính quang điện BIPV mang đến một giải pháp hấp dẫn. Hãy bắt đầu bằng việc hiểu rõ mục tiêu năng lượng, yêu cầu thẩm mỹ và ngân sách của bạn. Chọn loại kính quang điện phù hợp với ứng dụng của bạn, cho dù là màng mỏng để có độ trong suốt cao hay silicon tinh thể để có hiệu suất cao hơn. Hợp tác với các nhà sản xuất và lắp đặt có kinh nghiệm, những người hiểu cả khía cạnh xây dựng và điện của BIPV. Lập kế hoạch bảo trì và khả năng tiếp cận. Với thiết kế và thi công cẩn thận, tòa nhà của bạn sẽ không chỉ tiêu thụ năng lượng mà còn sản xuất ra năng lượng một cách yên tĩnh và sạch sẽ mỗi ngày mặt trời chiếu sáng.

Câu hỏi thường gặp

Kính quang điện có thể được sử dụng trong mọi loại công trình hay có những hạn chế nào?

Kính quang điện có thể được sử dụng trong hầu hết các tòa nhà, nhưng có những hạn chế quan trọng. Kính cần đủ ánh sáng mặt trời để tạo ra điện năng đáng kể. Mặt tiền hướng Bắc ở bán cầu Bắc nhận được ít ánh sáng mặt trời trực tiếp và không phải là lựa chọn tốt cho hệ thống tích hợp quang điện vào tòa nhà (BIPV). Các tòa nhà bị che khuất bởi các công trình, cây cối hoặc địa hình gần đó cũng sẽ có sản lượng điện giảm. Kính phải đáp ứng các quy định xây dựng địa phương về độ bền kết cấu, hiệu suất nhiệt và an toàn, điều này có thể hạn chế một số lựa chọn sản phẩm. Đối với các tòa nhà hiện có, việc lắp đặt kính BIPV vào khung hiện có phức tạp và tốn kém hơn so với xây dựng mới. Tuy nhiên, đối với các tòa nhà mới hoặc các dự án cải tạo lớn có khả năng tiếp xúc với ánh nắng mặt trời tốt, kính quang điện là một lựa chọn khả thi và có giá trị.

So với các tấm pin mặt trời truyền thống, kính quang điện có thể tạo ra bao nhiêu điện năng?

Kính quang điện thường tạo ra ít điện năng hơn trên mỗi mét vuông so với các tấm pin mặt trời truyền thống. Các tấm pin mặt trời tiêu chuẩn có hiệu suất từ ​​18 đến 22 phần trăm. Kính quang điện màng mỏng được sử dụng trong các ứng dụng trong suốt có hiệu suất từ ​​12 đến 15 phần trăm. Kính silicon tinh thể tích hợp trong tòa nhà (BIPV) có thể đạt được hiệu suất tương tự như các tấm pin truyền thống nhưng lại mờ đục hoặc bán trong suốt. Sự đánh đổi nằm ở giữa độ trong suốt và sản lượng điện. Một cửa sổ BIPV cho phép truyền 40% ánh sáng sẽ tạo ra ít điện năng hơn đáng kể so với một tấm pin truyền thống mờ đục có cùng kích thước. Tuy nhiên, BIPV có thể tận dụng các bề mặt mà các tấm pin truyền thống không thể, chẳng hạn như mặt tiền và giếng trời. Tổng sản lượng năng lượng của một hệ thống BIPV được thiết kế tốt có thể rất đáng kể, đặc biệt là trên các tòa nhà có diện tích kính lớn và hướng đón nắng tốt.

Kính quang điện có đắt hơn kính thông thường không?

Đúng vậy, kính quang điện đắt hơn kính kiến ​​trúc thông thường. Một tấm kính cách nhiệt tiêu chuẩn có thể có giá từ 50 đến 100 đô la mỗi foot vuông. Kính quang điện thường có giá từ 150 đến 300 đô la mỗi foot vuông hoặc hơn tùy thuộc vào tùy chỉnh và độ trong suốt. Tuy nhiên, giá trị mà nó mang lại là khác biệt. Kính thông thường chỉ cung cấp khả năng truyền ánh sáng và bảo vệ khỏi thời tiết. Kính quang điện cung cấp những chức năng đó cộng thêm khả năng tạo ra điện năng trị giá hàng trăm hoặc hàng nghìn đô la mỗi năm trong suốt vòng đời của tòa nhà. Khi tính đến khoản tiết kiệm năng lượng, chi phí tăng thêm của kính BIPV so với kính thông thường cao cấp thường được оправдано. Ngoài ra, kính BIPV loại bỏ nhu cầu sử dụng các tấm pin mặt trời riêng biệt và hệ thống lắp đặt của chúng, càng làm tăng thêm tính kinh tế.

Kính quang điện có tuổi thọ bao lâu và chế độ bảo hành như thế nào?

Các sản phẩm kính quang điện chất lượng cao đi kèm với chế độ bảo hành kép. Bản thân kính, bao gồm độ bền cấu trúc và khả năng chống chịu thời tiết, thường được bảo hành từ mười đến mười lăm năm. Sản lượng điện, cụ thể là kính sẽ tạo ra ít nhất tám mươi đến chín mươi phần trăm công suất định mức trong hai mươi lăm đến ba mươi năm, được bảo hành riêng. Điều này tương tự như chế độ bảo hành của các tấm pin mặt trời truyền thống. Kính sẽ tiếp tục tạo ra điện sau thời gian bảo hành, nhưng với sản lượng giảm dần. Tuổi thọ thực tế của kính quang điện được ước tính từ ba mươi đến bốn mươi năm, tương đương với kính kiến ​​trúc thông thường chất lượng cao. Sau thời gian đó, kính vẫn có thể hoạt động nhưng với hiệu suất thấp hơn. Một số nhà sản xuất đang phát triển các sản phẩm BIPV có thể tái chế để thu hồi vật liệu khi hết hạn sử dụng.