ما هي الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV؟
من المعروف أن الألواح الشمسية التقليدية عادةً لا تُضيف أي جوانب عملية للمباني التي يُركب عليها، لكن الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV تقوم بذلك. ببساطة، الـ BIPV هي نوع من منتجات الطاقة الشمسية التي تخدم هدفين. إذ تُولد الخلايا الشمسية المتكاملة في المبنى كهرباء شمسية، وفي الوقت نفسه تعمل كجزء من هيكل المبنى، مثل الأماكن المظللة أو الممرات أو حتى النوافذ.
اليوم، يتم تصميم معظم منتجات BIPV للمباني التجارية الكبيرة، مثل المباني الأدارية أو مراكز التسوق، ويعد سقف تسلا Tesla Solar Roof المعروف في دول غربية مثالًا رئيسيًا على شعبية BIPV المتزايدة في بناء المنازل السكنية. بعض شركات الأسقف، مثل SureTeed، هي أيضًا رائدة في منتجات BIPV.
بناء الخلايا الشمسية المُتكاملة في واجهات المباني الجديدة هو خيار أفضل من توصيل الخلايا الشمسية بواجهة موجودة بالفعل. عادةً، يُدمج نظام BIPV أثناء مرحلة البناء، حيث يقوم المهندسون المعماريون بتصميم الهياكل مع اعتبار استخدام تقنية BIPV. في بعض الأحيان، يُمكن للمقاولين تعديل المباني لتحويلها لاستخدام تقنية BIPV، ولكن هذا قد لا يكون فعالاً من حيث التكلفة.
نظام الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV يمكن أن يظهر بأشكال مختلفة في المبنى، يعني يمكن وضعه في السقف أو الواجهات. عادةً، المباني الكبيرة تختار استخدام BIPV كجزء من الواجهة، وغالبًا ما تُدمج الخلايا في النوافذ.
بعض المباني في مناطقنا العربية قد لا تحصل على الكثير من ضوء الشمس في الشتاء، لكن المباني متعددة الطوابق يمكنها جمع كميات كبيرة من الطاقة الشمسية من خلال النوافذ المتعددة. بالإضافة إلى ذلك، الأماكن الأخرى مثل المظلات والممرات يمكن أن تكون مواقع رائعة لتثبيت تقنية BIPV.
كيف تعمل الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV ؟
يتم تثبيت الأنظمة الكهروضوئية في وحدات. يوجد حاليًا نوعان شائعان من الوحدات المستخدمة
– منتجات الكريستال السميك
– منتجات الأغشية الرقيقة.
–منتجات الكريستال السميك ، تتكون الخلايا البلورية السميكة من السيليكون البلوري. أنها تولد 200-220 واط لكل متر مربع في ضوء الشمس الكامل.
– منتجات الأغشية الرقيقة، منتجات الأغشية الرقيقة عبارة عن طبقات رقيقة من المواد الكهروضوئية المطبقة على ركيزة زجاجية أو معدنية. تنتج هذه 40-60 واط لكل متر مربع في ضوء الشمس الكامل. في حين أن منتجات الأغشية الرقيقة لها إنتاجية أقل، إلا أنها أقل تكلفة.
عندما يتعلق الأمر بتجميع الطاقة، فإن بناء نظام الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV يعمل بشكل مشابه للأنظمة الشمسية الأخرى. تضرب الفوتونات الصادرة عن ضوء الشمس المواد شبه الموصلة لـBIPV. يتم امتصاص بعض الفوتونات وتحويلها إلى طاقة. تعمل الفوتونات الممتصة على إزاحة الذرات من المادة، مما يخلق شحنة سالبة ويجذبها إلى مقدمة السطح. يؤدي عدم التوازن إلى توليد تيار كهربائي. يقوم الأنفرتر الكهروضوئي بتحويل الطاقة المولده وضخها إلى المباني.
يمكن تخزين الكهرباء للاستفادة منها لاحقًا، ويُمكن استخدامها فوريًا عبر نظام متصل بالشبكة الكهربائية. ومن الشائع أن تُرتبط وتُدمج معظم أنظمة ألواح الطاقة الشمسية المدمجة في الشبكة الكهربائية، ولكن بعضها يعمل بشكل مستقل ويعتمد على مصادر طاقة أخرى، مثل البطاريات أو المولدات، خاصة عندما تكون الطاقة الشمسية غير متاحة.
ما هي أنواع الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV ؟
أي مادة بناء يمكنها توليد الكهرباء الشمسية، تُعتبر من نوع BIPV بالمعنى الفني. إليك بعض الأمثلة على تقنية BIPV اليوم:
1. تسقيف:
الأسقف الشمسية هي واحدة من التقنيات الأكثر شهرة في BIPV. يمكنك استبدال ألواح السقف بمواد تسقيف تكون كهروضوئية وتوفر مأوى وتوليد كهرباء.
يعتبر السقف الشمسي مفيدًا، لكن التكنولوجيا ليست بنفس نضج الألواح الشمسية التقليدية. عمومًا، فإن خلايا أسقف الطاقة الشمسية لا تكون فعالة مثل الألواح التقليدية، وتكلفتها عادةً تكون أعلى من تركيب ألواح شمسية على السطح.
2. طلاء شفاف:
تُستخدم النوافذ الشمسية (أو الزجاج الشمسي) كجزء من BIPV، حيث تكون خلايا شمسية رقيقة تجمع الضوء وتحتفظ بالشفافية.
3. عناصر البناء العامة:
هذه الفئة تشمل المظلات الشمسية وواجهات المباني وأي جزء هيكلي على جانب المبنى يمكن تعريضه للطاقة الشمسية. عادةً ما يُجرب تكامل هذه العناصر بأنظمة الطاقة الشمسية باستخدام الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أو الخلايا الشمسية العضوية.
إيجابيات وسلبيات استخدام الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV
الخلايا الشمسية المتكاملة في البناء لها مزايا وعيوب. يُظهر نموذج ذلك في سقف تيسلا الشمسي، اللي لفت انتباه الناس بسبب شكله الجميل والفعالية. بس، زي أي تكنولوجيا للشمس، لازم نعرف الإيجابيات والسلبيات:
إيجابيات الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV:
– الميزة الواضحة هي إنها تنتج كهرباء مجانية من الشمس، وهذا بيكون ميزة كبيرة لأن الشمس تقدم طاقة كتيرة.
– بالإضافة للطاقة، BIPV بيقدم منظرًا جماليًا جديدًا. لأن بعض الناس لا يعجبهم اللوحات الشمسية الكبيرة على السطوح، فـ BIPV بتعطي طريقة أنيقة للاستفادة من الشمس.
– بالنسبة للشركات والمؤسسات، BIPV بتكون وسيلة لعرض الابتكار والاهتمام بالبيئة.
سلبيات الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV :
– لأنها جزء من البناية، لازم تخطط مسبقًا للمبنى اللي هتبنيه باستخدام تقنية BIPV، وده ممكن تكون مشكلة في التصميم والتكلفة.
– من وجهة نظر التصميم، لازم تعرف مسار الشمس وحركتها قبل التصميم و البناء باستخدام الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV. ومن وجهة نظر التكلفة، استخدام BIPV ، يمكن أن يقلل من التكاليف الإضافية التي يتحملها عمال البناء عندما يعرفون مقدمًا أنك تريد دمج إنتاج الطاقة الشمسية في المبنى.
ما هي فوائد تكنولوجيا الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV؟
تقدم أنظمة BIPV العديد من الفوائد. أولاً وقبل كل شيء، تُوفِّر طاقة نظيفة ومتجددة، وهي مفيدة للبيئة وتوفِّر أموالًا لأصحاب المباني. الشركات غالبًا ما تفضل تثبيت BIPV بدلاً من BAPV لأنه يدمج بسهولة في هندسة المبنى، ولا يلزم التضحية بالتصميم الجمالي.
BIPV يُعتبر فعالًا من حيث التكلفة على المدى الطويل وليس القصير، خاصةً عندما يتم دمجه خلال مرحلة البناء. بما أنه يحل محل بعض مواد البناء التقليدية، فإن شراء هذه المواد ومعدات الطاقة الشمسية لا يكون ضروريًا، وكلها تتم بتكلفة واحدة. يُمكن للمبنى توفير أموال الطاقة وربما يكون قادرًا على تعويض التكاليف من خلال الحوافز الضريبية.
تتضمن خطوات تصميم نظام BIPV ما يلي:
خطوات تصميم نظام الألواح الشمسية المدمجة في المباني BIPV :
1. تطبيق ممارسات التصميم الواعية للطاقة:
– التفكير بعناية في تنفيذ مبادئ التصميم الكفيلة بتقليل احتياجات الطاقة للمبنى.
– ضمان التوازن بين الراحة وتوفير التكاليف، وتمكين نظام BIPV من المساهمة بشكل فعال في الحمل.
2. اختيار النظام الكهروضوئي (الاتصال بالشبكة أو النظام المستقل)
– ربط الأنظمة بشبكة الكهرباء أو اعتماد نظام مستقل بناءً على متطلبات المالك والميزانية.
– اختيار العاكس الملائم لضمان كفاءة الأداء.
3. ضمان التهوية:
يتم تقليل كفاءة تحويل الطاقة الكهروضوئية بسبب درجات حرارة التشغيل المرتفعة. وهذا أكثر مع الخلايا الكهروضوئية السليكونية البلورية مقارنة بأغشية السيليكون الرقيقة غير المتبلورة. لتحسين كفاءة التحويل، اسمح بالتهوية المناسبة خلف الوحدات لتبديد الحرارة.
4. تكامل الوحدات في أجهزة التظليل:
فكر في دمج ضوء النهار ومجموعة الخلايا الكهروضوئية: باستخدام وحدات الأغشية الرقيقة شبه الشفافة، أو الوحدات البلورية مع خلايا متباعدة بشكل مخصص بين طبقتين من الزجاج، قد يستخدم المصممون الطاقة الكهروضوئية لإنشاء ميزات ضوء نهاري فريدة في الأنظمة الكهروضوئية للواجهات أو الأسقف أو المناور. يمكن أن تساعد عناصر BIPV أيضًا في تقليل حمل التبريد غير المرغوب فيه والوهج المرتبط بمساحات كبيرة من الزجاج المعماري.
5. تخطيط الموقع:
في وقت مبكر من مرحلة التصميم، تأكد من أن مجموعة الطاقة الشمسية الخاصة بك ستتلقى أقصى قدر من التعرض لأشعة الشمس ولن يتم تظليلها بعوائق مثل المباني أو الأشجار القريبة. ومن المهم بشكل خاص أن يكون النظام غير مظلل تمامًا خلال فترة ذروة تجميع الطاقة الشمسية والتي تتكون من ثلاث ساعات على جانبي الظهيرة الشمسية. إن تأثير التظليل على المصفوفة الكهروضوئية له تأثير أكبر بكثير على الحصاد الكهربائي من تأثير الظل.
6. التصميم المناسب للمناخ والبيئة المحلية
يجب على المصممين فهم تأثيرات المناخ والبيئة على مخرجات المصفوفة. ستؤدي الأيام الباردة والصافية إلى زيادة إنتاج الطاقة، بينما ستؤدي الأيام الحارة الملبدة بالغيوم إلى تقليل إنتاج المصفوفة.
7. تحديد اتجاه المصفوفة:
يمكن أن يكون لاتجاه المصفوفة المختلف تأثير كبير على إنتاج الطاقة السنوي للنظام، حيث تولد المصفوفات المائلة كهرباء أكثر بنسبة 50% إلى 70% من الواجهة الرأسية.
8. تقليل الأحمال:
– استخدام الطاقة بشكل فعال وتقليل الأحمال لتحسين أداء النظام مثل استخدم ضوء النهار، والمحركات الموفرة للطاقة، وغيرها من استراتيجيات تقليل الذروة كلما أمكن ذلك.
9. تأكيد المهنيين:
استخدام BIPV جديد نسبيًا. التأكد من أن المتخصصين في التصميم والتركيب والصيانة المشاركين في المشروع ومدربون بشكل مناسب ومرخصون ومعتمدون وذوو خبرة في عمل الأنظمة الكهروضوئية.
لعمل معاينة وتقديم عرض
يرجي الرد علي بعض الأستفسارات
