Somente 2%! Por que o BIPV ainda não está sendo aplicado em larga escala?
Somente 2%! Por que o BIPV ainda não está sendo aplicado em larga escala?
Nos últimos dez anos, o rápido crescimento da energia fotovoltaica atingiu um mercado global de aproximadamente 100 GWp instalados anualmente, o que significa que aproximadamente 35 a 400 milhões de módulos solares são produzidos e vendidos anualmente. No entanto, integrá-los em edifícios ainda é um nicho de mercado. De acordo com o último relatório do projeto de pesquisa Horizonte 2020 da UE PVSITES, apenas cerca de 2% da capacidade fotovoltaica instalada foi integrada em edifícios em 2016. Este valor trivial é particularmente atraente quando se considera mais de 70% do consumo de energia. O dióxido de carbono produzido em todo o mundo é consumido nas cidades e cerca de 40% a 50% de todas as emissões de gases de efeito estufa vêm de áreas urbanas.
Para responder a este desafio de gases com efeito de estufa e promover a geração de energia no local, o Parlamento Europeu e o Conselho introduziram a Diretiva 2010/31 / UE sobre o desempenho energético dos edifícios em 2010, cujo conceito é "Edifícios com Energia Quase Zero (NZEB)". A diretiva se aplica a todos os novos edifícios construídos após 2021. Para os novos edifícios que acomodam instituições públicas, a diretiva entrou em vigor no início deste ano.
Nenhuma medida específica é especificada para atingir o status NZEB. Os proprietários de edifícios podem considerar vários aspectos da eficiência energética, como isolamento, recuperação de calor e conceitos de economia de energia. No entanto, uma vez que o balanço geral de energia de um edifício é uma meta regulatória, para atingir o padrão NZEB, a produção de energia ativa dentro ou ao redor do edifício é essencial.
Potencial e desafio
Não há dúvida de que a implementação do PV irá desempenhar um papel importante no projeto de edifícios futuros ou na transformação da infraestrutura de edifícios existente. O padrão NZEB será uma força motriz para atingir esse objetivo, mas não está sozinho. Construindo Fotovoltaicos Integrados (BIPV) pode ser usado para ativar áreas ou superfícies existentes para produzir eletricidade. Portanto, nenhum espaço adicional é necessário para trazer maisPVpara a área urbana. O potencial para eletricidade limpa gerada pela geração de energia fotovoltaica integrada é enorme. Como o Instituto Becquerel descobriu em 2016, a participação potencial da geração de energia BIPV da Alemanha na demanda total de eletricidade ultrapassa 30%, e até cerca de 40% para países mais ao sul (como a Itália).
Mas por que as soluções BIPV ainda desempenham um papel marginal no negócio de energia solar? Até agora, por que eles raramente são considerados em projetos de construção?
Para responder a essas perguntas, o Helmholtz-Zentrum Berlin Research Centre (HZB) na Alemanha organizou um seminário no ano passado e se comunicou com as partes interessadas em todas as áreas do BIPV para conduzir uma análise de necessidades. Os resultados mostram que não é falta de tecnologia em si.
No seminário do HZB, muitas pessoas da indústria da construção estão implementando projetos novos ou de reforma e reconheceram que há uma lacuna de conscientização sobre o potencial e as tecnologias de apoio do BIPV. A maioria dos arquitetos, planejadores e proprietários de edifícios simplesmente não tem informações suficientes para integrar a tecnologia fotovoltaica em seus projetos. Como resultado, existem muitas reservas sobre o BIPV, como design atraente, alto custo e complexidade proibitiva. Para superar esses mal-entendidos óbvios, as necessidades dos arquitetos e construtores devem ser colocadas em primeiro lugar, e o entendimento de como essas partes interessadas veem o BIPV deve ser o foco.
Função e estilo
O BIPV é caracterizado pelo fato de que os módulos solares são uma parte integrante da pele do edifício e, portanto, tornam-se um elemento multifuncional do edifício. Além de gerar eletricidade, o componente deve agora assumir também outras funções da parede externa do edifício.
A alternativa mais conhecida às instalações tradicionais no telhado são os módulos solares, que são funcional e esteticamente integrados diretamente no telhado. Portanto, esses componentes podem não apenas gerar eletricidade, mas também atuar como um telhado para proteção contra vento e chuva. Se visíveis, no caso de um telhado inclinado, os módulos solares também afetarão a aparência do edifício. A diversidade de elementos de telhado convencionais também requer elementos ativos fotovoltaicos com um alto grau de variabilidade na forma, cor e aparência. São necessários módulos de vidro-vidro homogêneos de grandes áreas, bem como pequenos sistemas, como telhas, cuja forma e cor combinam perfeitamente com as telhas convencionais.
Padrões semelhantes também são válidos para módulos solares usados como elementos de parede externa, mas aqui a qualidade estética é particularmente importante. Existem vários tipos de fachadas ativas de PV. Módulos solares instalados como fachadas frias ventiladas podem substituir facilmente os elementos tradicionais de paredes de cortina ventiladas. Mas a solução também pode ser usada como um elemento de fachada quente, por exemplo, colando-se diretamente na fachada. Além da impermeabilização, o isolamento térmico ou o isolamento acústico são outros atributos que os elementos de fachada ativa fotovoltaica podem fornecer.
No que diz respeito à função estética dos elementos de fachada, já existem diferentes conceitos no mercado. Os componentes de cor variam de antracite / preto a cinza, azul, verde, amarelo e uniforme"dourado". Por exemplo, essas cores podem ser obtidas usando um vidro frontal especial contendo uma estrutura de nano-camadas. É importante que a potência de saída deste tipo de módulo não seja excessivamente reduzida. Comparado com o módulo tradicional com vidro frontal transparente, sua potência inicial pode chegar a mais de 80%.
Uma alternativa ao uso deste vidro frontal especial é a impressão em cerâmica. Essa tecnologia atinge cores uniformes e outro recurso que os arquitetos gostam: o potencial de imprimir quase qualquer estrutura ou imagem na parte superior do módulo. Na verdade, essa função torna as células solares que compõem o módulo quase invisíveis para o observador. No entanto, essa impressão afeta a saída de energia final com mais força. Mas, como as células solares são quase completamente invisíveis, essa tecnologia também pode ser aplicada a módulos de cristal de alta potência, portanto, pode ser usada como um elemento arquitetônico com alto valor estético e alta potência.
A terceira técnica para criar elementos BIPV coloridos é usar folhas coloridas. O custo dessa tecnologia é menor e, mais importante, ela permite quase todas as cores. Graças a esta função, pesquisadores do Centro Suíço de Eletrônica e Microtecnologia (CSEM) podem desenvolver módulos de células solares brancas. Em princípio, este tipo de desenvolvimento pode"ativar" um grande número de fachadas brancas convencionais no mundo.
Integrar células ou módulos solares em elementos de sombreamento é uma maneira atraente de combinar proteção solar e produção de energia. Por exemplo, isso pode ser conseguido usando vidro com uma cobertura muito fina e uniforme de material fotovoltaico ativo. Tecnologias de filme fino, como semicondutores orgânicos (OPV), CIGS (seleneto / sulfito de cobre, índio e gálio) ou silício de filme fino são muito adequados para tais aplicações.
Alternativamente, se as células de silício cristalino estiverem dispostas em um padrão em um módulo de vidro-vidro ou tiverem uma grande lacuna entre as células, a translucidez também pode ser alcançada usando células de silício cristalinas. Este conceito é usado em sistemas de instalação aérea juntamente com paredes de cortina de vidro verticais. Ele também pode ser instalado em um dispositivo de sombra móvel para reduzir a luz solar em determinados momentos do dia.
Todos esses métodos comprovam que os módulos solares BIPV podem fornecer funções adicionais e resolver problemas estéticos, tornando-os mais atraentes para os arquitetos. No entanto, em comparação com os módulos de otimização de saída convencionais, eles também são acompanhados por um certo grau de redução de saída de energia. Apesar da perda de energia, suas vantagens estéticas e funcionais ainda os tornam atraentes para a indústria da construção, e a ênfase da indústria da construção na otimização da geração de energia foi bastante reduzida. Em vista disso, os elementos BIPV devem ser comparados com os elementos convencionais de construção não elétricos.
Mudança de mentalidade
O BIPV é diferente dos sistemas solares tradicionais de telhado em muitos aspectos. Tradicionalsistemas solares de telhadonão requerem multifunções, nem consideram a estética. Ao desenvolver produtos para integração em elementos arquitetônicos, os fabricantes precisam reconsiderar. Arquitetos, construtores e usuários de edifícios inicialmente esperavam implementar funções convencionais na pele do edifício. Do ponto de vista deles, a geração de energia é uma propriedade adicional. Além disso, os desenvolvedores de elementos BIPV multifuncionais também devem considerar o seguinte:
Desenvolver soluções personalizadas de baixo custo para elementos de construção com atividade solar com tamanho, forma, cor e transparência variáveis;
Definição de padrões e preços atrativos (idealmente pode ser usado para ferramentas de planejamento estabelecidas, como modelagem de informações de construção (BIM);
Integrar elementos fotovoltaicos em novos elementos de fachada por meio da combinação de materiais de construção e elementos geradores de energia;
Alta elasticidade contra sombras temporárias (parciais);
Estabilidade de longo prazo e estabilidade de longo prazo e degradação da saída de energia e estabilidade de longo prazo e degradação da aparência (como estabilidade de cor);
Desenvolver conceitos de monitorização e manutenção para se adaptar às condições específicas do local (considerar a altura de instalação, substituir módulos ou elementos de fachada defeituosos);
E atender aos requisitos legais de segurança (incluindo proteção contra incêndio), lei de construção, lei de energia e outros requisitos legais.
A questão da conformidade regulatória é um desafio para todas as partes interessadas. Os códigos e regulamentos de construção na indústria de energia geralmente dependem muito dos regulamentos locais. Eles não são apenas diferentes de país para país, mas muitas vezes se desviam significativamente uns dos outros em diferentes estados, cidades e até mesmo comunidades locais. Porém, não é apenas necessário se adaptar à indústria de energia solar.
A indústria da construção deve estar ciente de sua responsabilidade para com a sociedade como um todo. Ambos os projetos de construção e renovação devem considerar explicitamente o consumo de energia e a geração de energia no local. Os arquitetos e o pessoal da construção devem estar dispostos a usar novos materiais e elementos que forneçam funções adicionais de geração de energia. Eles também precisam aceitar as mudanças em seu processo de planejamento regular, porque os aspectos elétricos devem ser considerados na fase de conceito.
Estreitando a lacuna
Integrar a geração de energia fotovoltaica em edifícios é um desafio para todas as partes interessadas. Não só existem conhecimentos sobre tecnologia e possibilidades, mas também existem lacunas entre as culturas. Para preencher essas lacunas, uma ponte deve ser construída entre o mundo da construção e o mundo da energia. O desafio deve ser administrado por todos: arquitetos e planejadores; fabricantes de materiais e componentes; e departamentos de pesquisa e desenvolvimento. Esses desafios são geralmente novos desafios para todos os participantes e são afetados por vieses existentes. Esses são desafios multifacetados e, em essência, só podem ser enfrentados em conjunto depois de aceitar uma mudança de pensamento.
