Φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε κτίρια - Τα αποτελέσματα ανάλυσης επιστημόνων

Επί έναν χρόνο, ερευνητές από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας (DTU) παρακολουθούσαν σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε κτίρια (BIPV), ώστε να αναλύσουν την απόδοση διαφορετικών τύπων πάνελ. Επικεντρώθηκαν σε BIPV με διαφορετικά χρώματα και διαμορφώσεις αερισμού από το πίσω μέρος. Ο δοκιμαστικός χώρος περιελάμβανε επίσης ένα τμήμα με γυαλί μπροστινής όψης διαφορετικής δομής και ένα μοντέλο με κύτταρα πίσω επαφής (IBC).

«Η βασική κατασκευή αποτελείται από ένα κινητό δοχείο γραφείου με εμβαδόν περίπου 3 m × 9 m. Στη συνέχεια, τοποθετήθηκαν προκατασκευασμένα στοιχεία κουρτινότοιχου αποτελούμενα από πλαίσιο αλουμινίου με 200 mm μόνωση από ορυκτοβάμβακα ως εξωτερικός τοίχος», εξήγησαν οι ερευνητές. «Σε στοιχεία όπου τα φωτοβολταϊκά πάνελ είναι τοποθετημένα με πίσω αερισμό, μια λεπτή πλάκα από ίνες τσιμέντου παρέχει προστασία από τον άνεμο και τον καιρό για το μονωτικό υλικό. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ χωρίς αερισμό τοποθετούνται άμεσα σε επαφή με τη μόνωση ως προστασία από τη βροχή, σταθεροποιημένα με αλουμινένια πλαίσια ενσωματωμένα στη δομή του κουρτινότοιχου».

Στη νότια πλευρά του δοχείου, τοποθετήθηκαν 16 πάνελ χωρίς χρωματισμό για να ελεγχθεί η επίδραση του αερισμού. Για τα πάνελ χωρίς πίσω αερισμό, η απόσταση από τη μόνωση κυμαινόταν μεταξύ 0, 10, 20 και 30 mm. Τα πάνελ με αερισμό από πίσω τοποθετήθηκαν σε οριζόντια στηρίγματα, με κενά αέρα 50, 100, 150 και 200 mm για φυσικό αερισμό. Στη δυτική όψη, τοποθετήθηκαν πέντε πάνελ διαφορετικού χρώματος και ένα αναφοράς χωρίς κενό αέρα. Για αυτά, χρησιμοποιήθηκαν ενδιάμεσα στρώματα χρώματος με βάση τη χρωστική ουσία, που ελασματώθηκαν με ένα επιπλέον στρώμα περιβλήματος μεταξύ της κυτταρικής μήτρας και του μπροστινού γυαλιού. Τα χρώματα ήταν κόκκινο, γκρι, πράσινο, μπεζ και τερακότα. Τα πάνελ παρακολουθήθηκαν από την 1η Σεπτεμβρίου 2022 έως τις 30 Αυγούστου 2023. «Στη δυτική όψη, τα πάνελ αναφοράς και πράσινου χρώματος έχουν τον χαμηλότερο ετήσιο λόγο απόδοσης συνεχούς ρεύματος (PR) στο 0,86, ενώ τα γκρι, μπεζ και τερακότα έχουν ελαφρώς υψηλότερο PR μεταξύ 0,88 και 0,89, και το κόκκινο πάνελ έχει σημαντικά υψηλότερο PR στο 0,95», δήλωσαν οι ερευνητές. «Η υψηλότερη απόδοση για το κόκκινο πάνελ μπορεί εν μέρει να αποδοθεί σε φασματικές βελτιώσεις κατά το απόγευμα, που μπορεί να φτάσουν έως και το 10% το βράδυ».

Μια ανάλυση των θερμοκρασιών λειτουργίας για τη νότια όψη έδειξε 40% έως 50% μικρότερη διαφορά θερμοκρασίας σε σχέση με το περιβάλλον για εξωτερικά τοποθετημένα πάνελ με πίσω αερισμό σε σύγκριση με μονωμένα πάνελ. Ο ετήσιος λόγος απόδοσης των καλύτερα αεριζόμενων πάνελ ήταν κατά μέσο όρο 6% μονάδες υψηλότερος.

Μετά τη συλλογή των αποτελεσμάτων από τις αεριζόμενες και μη αεριζόμενες πλευρές του δοχείου, η ίδια όψη προσομοιώθηκε στο Σύστημα Συμβούλου Μοντέλου (SAM) του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL), σε μια προσπάθεια να εντοπιστούν σφάλματα στα μοντέλα που συμβάλλουν σε αυτήν την ανάλυση. «Προσομοιώθηκαν τέσσερα σενάρια χρησιμοποιώντας δεδομένα από τα πάνελ S2 (μονωμένο πάνω), S6 (μονωμένο κάτω), S9 (κενό αέρα 200 mm πάνω) και S13 (κενό αέρα 200 mm κάτω), καθώς αυτά αντιπροσωπεύουν τις πιο ακραίες διαμορφώσεις τοποθέτησης τόσο για τις άνω όσο και για τις κάτω σειρές», εξήγησαν.Τα αποτελέσματα έδειξαν ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ των μοντέλων και των μετρήσεων για την ακτινοβολία, εκτός από ορισμένες περιόδους το πρωί και το βράδυ.