Интегрированные в здание фотоэлектрические элементы (BIPV ) - это фотоэлектрические материалы, которые используются вместо обычных строительных материалов в частях оболочки здания, таких как крыша, световые люки или фасады. Они все чаще включаются в строительство новых зданий в качестве основного или вспомогательного источника электроэнергии, хотя существующие здания могут быть модернизированы с использованием аналогичной технологии. Преимущество интегрированной фотогальваники перед более распространенными неинтегрированными системами заключается в том, что начальные затраты могут быть компенсированы за счет сокращения затрат на строительные материалы и рабочую силу, которые обычно используются для строительства той части здания, которую заменяют модули BIPV. Эти преимущества делают BIPV одним из самых быстрорастущих сегментов фотоэлектрической промышленности.
Термин применяемая в зданиях фотоэлектрическая энергия (BAPV ) иногда используется для обозначения фотоэлектрической энергии, которая являются модернизацией - интегрируются в здание после завершения строительства. Большинство встроенных в здание установок на самом деле являются BAPV. Некоторые производители и строители отличают новые конструкции BIPV от BAPV.
Фотоэлектрические приложения для зданий начали появляться в 1970-х годах. Фотоэлектрические модули с алюминиевым каркасом были подключены к зданиям или смонтированы на них, которые обычно находились в отдаленных районах без доступа к электросети. В 1980-х годах начали демонстрироваться дополнительные фотоэлектрические модули к крышам. Эти фотоэлектрические системы обычно устанавливались в зданиях, подключенных к инженерным сетям, в районах с централизованными электростанциями. В 1990-х годах строительные изделия BIPV, специально разработанные для интеграции в ограждающие конструкции здания, стали коммерчески доступными. В докторской диссертации 1998 года Патрины Эйфферт, озаглавленной «Экономическая оценка BIPV», высказывалась гипотеза, что однажды торговля кредитами на возобновляемые источники энергии (РЭЭ) будет иметь экономическую ценность. Экономическая оценка 2011 года и краткий обзор истории BIPV, подготовленный США. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии предполагает, что могут возникнуть серьезные технические проблемы, которые необходимо решить, прежде чем установленная стоимость BIPV станет конкурентоспособной по сравнению с фотоэлектрическими панелями. Тем не менее, растет консенсус в отношении того, что благодаря их широкой коммерциализации системы BIPV станут основой европейской цели строительства с нулевым энергопотреблением (ZEB) на 2020 год. Несмотря на технические перспективы, также были выявлены социальные барьеры для широкого использования, такие как консервативные культура строительства и интеграция с плотным городским дизайном. Эти авторы предполагают, что обеспечение долгосрочного использования, вероятно, зависит от эффективных решений государственной политики в такой же степени, как и от технологического развития.
Фотоэлектрическая стена возле Барселоны, Испания PV Солнечная парковка навес, Автономный университет Мадрида, ИспанияСуществует четыре основных типа продукции BIPV:
Интегрированные в здание фотоэлектрические модули доступны в нескольких формах:
Прозрачные солнечные панели используют оксид олова покрытие на внутренней поверхности стеклянных панелей для вывода тока из ячейки. Элемент содержит оксид титана, покрытый фотоэлектрическим красителем.
. Большинство обычных солнечных элементов используют видимый и инфракрасный свет для выработки электричества. Напротив, инновационный новый солнечный элемент также использует ультрафиолетовое излучение. Используемая для замены обычного оконного стекла или помещенная поверх стекла, площадь поверхности для установки может быть большой, что приводит к потенциальному использованию, в котором используются преимущества комбинированных функций выработки энергии, освещения и контроля температуры.
Другое название для прозрачные фотоэлектрические элементы - это «полупрозрачные фотоэлектрические элементы» (они пропускают половину падающего на них света). Подобно неорганической фотовольтаике, органическая фотовольтаика также может быть полупрозрачной.
Некоторые неселективные по длине волны фотоэлектрические элементы достигают полупрозрачности за счет пространственной сегментации непрозрачных солнечных элементов. В этом методе используются непрозрачные фотоэлектрические элементы любого типа и несколько небольших элементов размещаются на прозрачной подложке. Разнесение их таким образом резко снижает эффективность преобразования энергии при одновременном увеличении пропускания.
Другая ветвь неселективной по длине волны фотоэлектрической энергии использует тонкопленочные полупроводники с видимым поглощением малой толщины или достаточно большие запрещенные зоны, пропускающие свет пройти. Это приводит к полупрозрачным фотоэлектрическим элементам с таким же прямым компромиссом между эффективностью и пропусканием, как и в случае пространственно сегментированных непрозрачных солнечных элементов.
Селективный по длине волны фотоэлектрический элемент обеспечивает прозрачность за счет использования материалов, которые только поглощают ультрафиолетовый и / или ближний инфракрасный свет и были впервые продемонстрированы в 2011 году. Несмотря на более высокую пропускную способность, эффективность преобразования энергии снизилась из-за множества проблем. К ним относятся небольшая длина диффузии экситонов, масштабирование прозрачных электродов без ущерба для эффективности и общий срок службы из-за летучести органических материалов, используемых в TPV в целом.
Ранние попытки разработать неизбирательные по длине волны полупрозрачные органические фотоэлектрические элементы с использованием очень тонких активных слоев, поглощающих в видимом спектре, позволили достичь эффективности только ниже 1%. Однако в 2011 году прозрачные органические фотоэлектрические системы, в которых использовались органический хлоралюминиевый фталоцианин (ClAlPc) донор и акцептор фуллерена, показали поглощение в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном (NIR) спектре с эффективностью около 1,3% и пропусканием видимого света более 65%. В 2017 году исследователи Массачусетского технологического института разработали процесс успешного нанесения прозрачных графеновых электродов на органические солнечные элементы, что привело к передаче видимого света на 61% и повышению эффективности в диапазоне от 2,8% до 4,1%.
Перовскитные солнечные элементы, популярные благодаря к их обещанию как фотоэлектрические устройства следующего поколения с эффективностью более 25%, также показали себя как полупрозрачные фотоэлектрические устройства. В 2015 году полупрозрачный перовскитовый солнечный элемент с перовскитом на основе трииодида свинца метиламмония и сетчатым верхним электродом из серебряных нанопроволок продемонстрировал пропускание 79% на длине волны 800 нм и эффективность около 12,7%.
В некоторых странах предлагаются дополнительные льготы или субсидии для фотоэлектрических систем, интегрированных в здания, в дополнение к существующим зеленым тарифам для автономных солнечных систем. С июля 2006 года Франция предложила самый высокий стимул для BIPV, равный дополнительной премии в размере 0,25 евро / кВтч, уплаченной в дополнение к 30 евроцентам за фотоэлектрические системы. Эти стимулы предлагаются в виде платы за электроэнергию, подаваемую в сеть.
В дополнение к объявлению программы субсидирования для проектов BIPV в марте 2009 г., предлагающей 20 юаней за ватт для систем BIPV и 15 юаней / ватт для крыш. систем, китайское правительство недавно представило программу субсидирования фотоэлектрической энергии «Демонстрационный проект Золотого Солнца». Программа субсидий направлена на поддержку развития предприятий по производству фотоэлектрической электроэнергии и коммерциализации фотоэлектрических технологий. Министерство финансов, Министерство науки и технологий и Национальное энергетическое бюро совместно объявили детали программы в июле 2009 года. Квалифицированные сетевые фотоэлектрические проекты производства электроэнергии, включая крышные, BIPV и наземные системы, имеют право получить субсидия, равная 50% от общей суммы инвестиций в каждый проект, включая соответствующую передающую инфраструктуру. Квалифицированные автономные проекты в отдаленных районах будут иметь право на субсидии в размере до 70% от общей суммы инвестиций. В середине ноября министерство финансов Китая отобрало 294 проекта на общую сумму 642 мегаватта, которые обойдутся примерно в 20 миллиардов юаней (3 миллиарда долларов) для своего плана субсидирования, чтобы резко увеличить производство солнечной энергии в стране.
Интегрированные в автомобиль фотоэлектрические элементы (ViPV) аналогичны для автомобилей. Солнечные элементы могут быть встроены в панели, подверженные воздействию солнечного света, такие как капот, крыша и, возможно, багажник, в зависимости от конструкции автомобиля.