Τα ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά (Integrated Photovoltaics – IPVs) τοποθετούνται στην επιφάνεια των κτιρίων, των δρόμων, των σιδηροδρόμων και των οχημάτων, έτσι ώστε οι ηλιακές κυψέλες συχνά να μην είναι καν ορατές από το εξωτερικό.
Τα IPVs χρησιμοποιούν χερσαίες εκτάσεις από κοινού με τη γεωργία ή επιπλέουν στην επιφάνεια των λιμνών που δημιουργούνται από την πλημμύρα πρώην ανοιχτών ορυχείων. Νέοι τεχνολογικοί τύποι και πρωτότυπες σχεδιαστικές λύσεις επιτρέπουν την ελεύθερη επιλογή μορφών και χρωμάτων για τις ενσωματωμένες μονάδες, έτσι ώστε τα κυκλώματα σύνδεσής τους και η αρχιτεκτονική των πάνελς να μπορούν να καλυφθούν πλήρως, εάν αυτό είναι απαραίτητο. Ειδικές απαιτήσεις που προκύπτουν από την εφαρμογή, για παράδειγμα ελαχιστοποιημένο βάρος ανά περίπτωση ή εξαιρετικά υψηλή μηχανική αντίσταση, μπορούν να ικανοποιηθούν με την επιλογή των κατάλληλων υλικών. Το ινστιτούτο Fraunhofer της Γερμανίας έχει αναλάβει ένα μεγάλο μέρος της νέας τεχνολογίας των Φ/Β, από τη μικροηλεκτρονική ως την αρχιτεκτονική των εγκαταστάσεων.
clima21 team
ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΣΤΟΝ ΑΣΤΙΚΟ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟ
Τα αστικά φωτοβολταϊκά (Urban photovoltaics – UPV) χρησιμοποιούν ελεγχόμενες περιοχές σε πόλεις, κωμοπόλεις και χωριά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και για τη δημιουργία ελκυστικών αστικών τοπίων.
Παραδείγματα περιλαμβάνουν μεγάλους χώρους στάθμευσης, δημόσιες πλατείες ή χώρους άθλησης και αναψυχής, όπου εγκαθίστανται φωτοβολταϊκά σε συνδυασμό με στοιχεία σκίασης, συστήματα εξωτερικού φωτισμού, υποδομές φόρτισης για ηλεκτροκίνηση ή υπόστεγα βροχής. Αυτό προσθέτει αξία στους χώρους για τους χρήστες και τους επιτρέπει να βιώσουν θετικά τον ενεργειακό μετασχηματισμό. Ένα καλό παράδειγμα είναι ο συνδυασμός φωτοβολταϊκών με φωτισμό, σκίαση και προστασία από τη βροχή σε κεντρικό σταθμό omnibus ή πάνω από τους χώρους στάθμευσης των εμπορικών εκθεσιακών χώρων. Κατά μήκος του δρόμου, τα φωτοβολταϊκά συστήματα μπορούν να χρησιμεύσουν ως διαφημιστικές πινακίδες ή να ενσωματωθούν με WiFi, δίκτυο κινητής τηλεφωνίας, 5G ή λειτουργίες παρακολούθησης. Οι εγκαταστάσεις UPV πρέπει να ανταποκρίνονται στις υψηλές προσδοκίες σχετικά με το σχεδιασμό και τη λειτουργικότητα και επομένως συνήθως απαιτούν ειδικές λύσεις. Επιπλέον, οι νομικές οριακές συνθήκες που διέπουν τις περιοχές τις προσβάσιμες από το κοινό είναι περίπλοκες και οι διαδικασίες αδειοδότησης δύσκολες.
Με λίγα λόγια : UrbanPhotovoltaics (UPV)
- Τεχνικό δυναμικό στη Γερμανία τουλάχιστον 59 GWp
- Πλεονεκτήματα: Χρήση «σφραγισμένων» κοινόχρηστων χώρων
- Συχνά, μικρές αποστάσεις σύνδεσης με το δίκτυο
- Διπλό όφελος με ενσωμάτωση φωτισμού, σκίασης, υποδομής φόρτισης ηλεκτροκίνησης, προστασίας από τη βροχή
- Προστασία υπερθέρμανσης για μεγάλες επιφάνειες
- Προκλήσεις: Ο συνδυασμός λειτουργικότητας και σχεδίασης, ο καθορισμός σαφών προδιαγραφών για την αδειοδότηση συστημάτων UPV (ασφάλεια, γραφειοκρατικές διαδικασίες, αρμοδιότητες, πρότυπα), μεγαλύτερη προσπάθεια προγραμματισμού και υψηλότερο κόστος λόγω μεμονωμένων λύσεων και μικρών αριθμών παραγωγής, απαιτήσεις σε νέα τεχνολογία δομοστοιχείων (σταθερότητα, μηχανική φόρτιση, πρόσφυση, απορρόφηση θορύβου, albedo), αποφυγή ανεπιθύμητων ενεργειών όπως η αντανάκλαση
Δυνατότητες εφαρμογών
Εκτός από τη συμβολή στην παροχή ρεύματος από ανανεώσιμες πηγές, τα αστικά φωτοβολταϊκά μπορούν και πρέπει πάντα να προσφέρουν όφελος στους πολίτες και τις δημοτικές αρχές. Ως αποτέλεσμα, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές θα βιώνεται θετικά. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με συνδυασμό παροχής ηλεκτρικού ρεύματος με άλλες λειτουργίες όπως φωτισμός μεγάλου χώρου στάθμευσης, παροχή υποδομής φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων, διαφημιστικές πινακίδες που είναι ορατές τη νύχτα, ή υπόστεγα σε στάση λεωφορείου ή τραμ. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, τα φωτοβολταϊκά συστήματα παρέχουν σκιά και κατά τη διάρκεια της νύχτας προσφέρουν αρκετό φωτισμό ώστε να μην χρειάζονται καν τα φώτα του δρόμου. Τα αστικά φωτοβολταϊκά μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στην παροχή ρεύματος κοντά στους τελικούς καταναλωτές και να χρησιμοποιούν ήδη πολεοδομικά δεσμευμένους χώρους για την παραγωγή ηλιακής ηλεκτρικής ενέργειας. Με αυτόν τον τρόπο αποφεύγονται πρόσθετα φορτία στο περιβάλλον και δημιουργούνται ελκυστικές αστικές περιοχές και νέα τοπία πολλαπλών χρηστών και χρήσεων.
Christian Schill
Urban Photovoltaics
Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg
Phone +49 761 4588-5378
Anna Heimsath
Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg
Phone +49 761 4588-5944
ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΑ ΜΕΣΑ ΚΑΙ ΔΡΟΜΟΙ
Τα φωτοβολταϊκά τα ενσωματωμένα στο οδικό δίκτυο (RIPV) περιλαμβάνουν την τοποθέτηση ηλιακών πάνελς εντός και κοντά σε χερσαίες περιοχές που σχετίζονται με τις μεταφορές. Αυτό μπορεί να γίνει απευθείας σε επιφάνειες δρόμων, μονοπατιών ή δημόσιων ελεύθερων χώρων (πλατείες), αλλά και μεταξύ σιδηροδρομικών γραμμών ή συναφών περιοχών, όπως φράγματα θορύβου ή παρυφές αυτοκινητοδρόμων. Η φωτοβολταϊκή στέγη πάνω από διαδρόμους μεταφοράς είναι επίσης μια επιλογή – σε ορισμένες περιπτώσεις – η οποία ταυτόχρονα προστατεύει την επιφάνεια του δρόμου από τις καιρικές συνθήκες. Όλοι οι τύποι διαδρομών / μεταφοράς στη Γερμανία καλύπτουν συνολικά περίπου το 5% της γερμανικής χερσαίας έκτασης.
Με λίγα λόγια: Φωτοβολταϊκά Ενσωματωμένα Οδικά (RIPV)
- Τεχνικό δυναμικό στη Γερμανία: τουλάχιστον 300 GWp. Απ’ αυτά, τα 72 GWp προέρχονται από περιοχές ήδη σφραγισμένες, που μπορούν δηλαδή να χρησιμοποιηθούν άμεσα.
- Πλεονεκτήματα: η αξιοποίηση ήδη σφραγισμένων χώρων, η ευκολότερη σύνδεση με το δίκτυο και το μειωμένο κόστος εγκατάστασης
- Προκλήσεις: οι πολύ αυστηρές απαιτήσεις για την τεχνολογία της μονάδας (σταθερότητα, μηχανικά φορτία, αντίσταση ολίσθησης, απορρόφηση θορύβου) έχουν ως αποτέλεσμα υψηλότερο κόστος,
- Η τοποθέτηση σε ήδη λειτουργούντα οδικά συστήματα, ο καθαρισμός, η επισκευή και η συντήρηση είναι πιο περίπλοκες.
Οι κατασκευές με ηλιακά φωτοβολταϊκά διπλής όψης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ενσωμάτωση σε φράγματα θορύβου, τα οποία είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για δρόμους με προσανατολισμό Bορράς-Νότος. Για δρόμους που κινούνται από ανατολή προς δύση, οι μονάδες μονοπρόσωπης όψης μπορούν να τοποθετηθούν με κλίση πάνω στο φράγμα θορύβου. Όταν οι ηλιακές κυψέλες ενσωματώνονται απευθείας στην επιφάνεια του δρόμου πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις στις διαδρομές μεταφοράς και να παρέχουν επαρκή πρόσφυση στο δρόμο, ακόμα και κάτω από δύσκολες καιρικές συνθήκες.
Dr. Martin Heinrich
PV for Mobility
Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg
Phone +49 761 4588-5024
ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ
Τα φωτοβολταϊκά τα ενσωματωμένα σε κτίρια (BIPV) αναφέρονται σε δομικά στοιχεία που προσφέρονται, εκτός από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και για κλασικές λειτουργίες, όπως θερμομόνωση, προστασία από τον άνεμο και τις καιρικές συνθήκες, ή και αρχιτεκτονικές λύσεις. Λόγω της πολυλειτουργικότητάς τους, αυτά τα ενεργά δομικά στοιχεία μπορούν να επιτύχουν καλύτερη οικονομική και οικολογική ισορροπία κατά τη διάρκεια ζωής τους από τα συμβατικά οικοδομικά υλικά. Για τους ιδιοκτήτες κτιρίων, παρέχουν επίσης την ευκαιρία να συμμορφωθούν με τις ολοένα και πιο αυστηρές οδηγίες σχετικά με την ενέργεια και τις εκπομπές. Οι αρχιτεκτονικά ενσωματωμένες φωτοβολταϊκές μονάδες σε στέγες και προσόψεις επιτρέπουν στα συστήματα παραγωγής ισχύος να εναρμονίζονται αισθητικά με το αστικό ή αγροτικό τοπίο και να συμβάλλουν σημαντικά στον ενεργειακό μετασχηματισμό. Το γεγονός ότι η τοπική κατασκευή βρίσκεται κοντά στον τελικό χρήστη είναι ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματά τους.
Με δυο λόγια: Φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε κτίρια (BIPV)
- Τεχνικό δυναμικό στη Γερμανία περίπου 1.000 GWp
- Πλεονεκτήματα: Τα BIPV είναι ένα σημαντικός παράγων για τη μείωση των εκπομπών CO2 στα κτίρια (μηδενικές εκπομπές / παραγωγή ενέργειας)
- Σε πολλές ήδη υαλόφρακτες επιφάνειες, τα Φ/Β μπορούν να ενσωματωθούν με μικρή επιπλέον προσπάθεια
- Απαιτείται μεγαλύτερη προσπάθεια προγραμματισμού, λόγω της απαιτούμενης συνέργειας μεταξύ πολλαπλών ειδικοτήτων και λόγω των διασταυρούμενων τεχνικών κανονισμών
- Έχουν υψηλότερο κόστος λόγω μικρών σειρών παραγωγής – συχνά με χαμηλό βαθμό αυτοματοποίησης – και λόγω έλλειψης τυποποίησης
- Το φάσμα των προϊόντων πρέπει να επεκταθεί σε λειτουργικά και αισθητικά βελτιστοποιημένα προϊόντα
Δυνατότητες εφαρμογών
Τα BIPV είναι κατάλληλα για την ενσωμάτωσή τους σε στέγες και όψεις των κτιρίων. Μπορούν να εγκατασταθούν σε διαφανείς ή αδιαφανείς επιφάνειες, μπορούν να συνδυαστούν με σκίαση, φωτισμό και αερισμό, μπορούν να γίνουν μέρος του λειτουργικού κελύφους.
© Fraunhofer ISE
Dr. Tilmann Kuhn – Building-Integrated Photovoltaics
Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg
Phone +49 761 4588-5297
ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΑ
Τα Φωτοβολταϊκά Ενσωματωμένα σε Οχήματα (VIPV) παραπέμπουν στη μηχανική, ηλεκτρική, σχεδιαστική και τεχνική ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών μονάδων σε όλα τα είδη των αυτοκινήτων. Οι φωτοβολταϊκές μονάδες βρίσκονται στο εξωτερικό μέρος του αμαξώματος του οχήματος και συνδέονται με ηλεκτρικά φορτία στα συμβατικά μέσα ή με την μπαταρία κίνησης στα ηλεκτρικά οχήματα. Ταυτόχρονα, οι φωτοβολταϊκές μονάδες μπορούν να αντικαταστήσουν ορισμένα τμήματα του οχήματος, π.χ. την οροφή ή το καπό. Το VIPV αυξάνει τα χιλιόμετρα των ηλεκτροκίνητων οχημάτων και βελτιώνει την ισοζύγιο εκπομπών CO2. Βέβαια, οι αισθητικές προσδοκίες για την ενσωμάτωση των Φ/Β στη φάση της σχεδίασης είναι ιδιαίτερα υψηλές για τα αυτοκίνητα. Για οχήματα κοινής ωφέλειας (π.χ. φορτηγά και λεωφορεία), απαιτούνται ιδιαίτερα ελαφριές φωτοβολταϊκές μονάδες για να αποφευχθεί ο περιορισμός της χωρητικότητας φόρτωσης. Άλλοι τομείς εφαρμογής περιλαμβάνουν τροχόσπιτα, ποδήλατα παράδοσης, τραμ, τρένα, πλοία, αεροσκάφη και drones.
Με λίγα λόγια: Φωτοβολταϊκά ενσωματωμένα σε οχήματα (VIPV)
• Τεχνικό δυναμικό στη Γερμανία τουλάχιστον 55 GWp
• Πλεονεκτήματα: αυξημένη χιλιομετρική απόσταση, μειωμένο φορτίο στο ηλεκτρικό δίκτυο και στις υποδομές φόρτισης λόγω παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην κατανάλωση, εξοικονόμηση κόστους για τη φόρτιση ηλεκτρικής ενέργειας και για κινητήρες εσωτερικής καύσης μείωση των εκπομπών CO2
• Προκλήσεις: απαιτούνται νέα υλικά και διαδικασίες παραγωγής σε σύγκριση με τις συμβατικές κατασκευές δομοστοιχείων
Απαιτούνται υλικά υψηλότερης απόδοσης ανά επιφάνεια
Dr. Martin Heinrich
PV for Mobility
Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg
Phone +49 761 4588-5024
Φωτο: Στην αρχική φωτογραφία, διαφανής ηλιακή κυψέλη (ΟPV), με ημιαγωγούς μεγάλης απορροφητικότητας που επιτρέπουν όμως στο ορατό φως να περνά, κατάλληλη για αγρο-φωτοβολταϊκά (© Fraunhofer)
