Zastosowanie modułów fotowoltaicznych (PV) w roli zewnętrznej okładziny budynku jest rozwiązaniem sprawdzonym i wielokrotnie przetestowanym.

Nowoczesne materiały można instalować w miejscu konwencjonalnego szkła na powłokach różnego typu – pionowych, pochylonych lub zakrzywionych elewacjach, a także w postaci pokrycia dachowego.

Szklana okładzina BiPV (ang. Building Integrated Photovoltaics) jako integralny element struktury stanowi zaawansowaną technologicznie skórę budynku, która chroni od warunków zewnętrznych, kreuje nowoczesną estetykę, a dodatkowo generuje czystą energię elektryczną.

Rys. 1. Schemat konstrukcji wentylowanej fasady z okładziną BiPV

Technologia CIS
Moduły fotowoltaiczne z ogniwami z krzemu krystalicznego (c-Si) należą jak dotąd do najczęściej sprzedawanych. Dla bezpośredniej integracji z budynkiem mają jednak pewne wady, takie jak wysoka wrażliwość na wysokie temperatury oraz zacienienie. Ze względów estetycznych nie zawsze spotykają się też z akceptacją projektantów i inwestorów.

Interesującą alternatywę stanowią moduły cienkowarstwowe z ogniwami z krzemu amorficznego a-Si, selenku indowo-miedziowego CIS (CIGS) lub tellurku kadmu CdTe. W ostatnich latach na rynku materiałów BiPV coraz większą popularność zyskują szklane moduły CIS. Ich charakterystyczna ciemna i jednolita powierzchnia, znacznie bardziej jednorodna niż w przypadku materiałów krystalicznych oraz duża elastyczność pod względem kształtów i wymiarów sprawiają, że moduły te uznawane są za szczególnie atrakcyjne dla zastosowań architektonicznych.

Bazowym materiałem jest zwykłe szkło okienne float (2-3 mm), na którym rozpylany jest materiał półprzewodnikowy, około 50 razy cieńszy od ludzkiego włosa (grubość ogniw cienkowarstwowych jest zredukowana do 1% w porównaniu do krzemu krystalicznego). Szklane podłoże dla wyjątkowo cienkich ogniw stanowi jednocześnie tylną warstwę ich ochronnej obudowy. Po zalaminowaniu folią lub żywicą z drugą taflą szkła hartowanego (4-5 mm) powstaje hermetyczna „kapsuła” – moduł PV.

Wydajność energetyczna komercyjnych ogniw CIS kształtuje się na poziomie 7-11%. Mimo niższej sprawności w porównaniu do krzemu krystalicznego (11-19%) w skali roku moduły CIS zapewniają wysokie zyski energii. Są zdecydowanie bardziej efektywne i niezawodne w gorszych warunkach oświetlenia, tzn. w pochmurne dni a nawet przy częściowym zacienieniu, a także mniej wrażliwe na wysokie temperatury. Cechy te stanowią ważną zaletę dla bezpośredniej integracji z budynkiem, w szczególności aplikacji fasadowych.

Pozytywne aspekty ekologiczne technologii cienkowarstwowej to przede wszystkim niskoenergochłonne procesy produkcyjne oraz mniejsze zużycie materiału półprzewodnikowego. Wielu producentów należy do stowarzyszenia PV Cycle, które zobowiązuje do przyjmowania zwrotów modułów i ich recyklingu.

Szklane panele CIS przeznaczone do integracji z budynkami wytwarza m.in. SULFURCELL. Producent oferuje standardowe moduły z obramowaniem (fot. 1), bezramowe laminaty oraz specjalne materiały dla pokrycia dachu.

Firma WÜRTH SOLAR wprowadziła na rynek moduły o nazwie GeneCIS (fot. 2). Instalowane na fasadach mogą zapewnić roczne zyski energii na poziomie 50-60 kWh/m² (na dachach 70-90 kWh/m²). Wysoka jakość estetyczna, duże możliwości wyboru wzorów i parametrów technicznych zwracają uwagę projektantów.

Na rynku masowo produkowanych modułów cienkowarstwowych rekordową sprawność energetyczną – 12% - osiągnęły moduły CIGS wytwarzane przez Q-Cells. Jak dotąd bezkonkurencyjne pod względem wydajności nowoczesne materiały o nazwie Q.SMART przystosowane są do szerokiej gamy aplikacji architektonicznych (fot. 3).

 Fot. 1. Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin Adlershof. Czarna, zakrzywiona ściana solarna o powierzchni 640 m2 (80 x 8 m) składa się z 732 standardowych modułów CIS typu SCG-HV-F.
Moduły posiadają obramowanie z czarnego anodyzowanego aluminium ze specjalnymi otworami do odprowadzenia wody [fot. SULFURCELL, www.sulfurcell.com]

Fot. 2. Wieża solarna, Heilbronn. Na fasadach zainstalowano 160 szklanych modułów CIS o łącznej mocy 8 kWp [fot. WÜRTH SOLAR, www.wuerth-solar.de]

Fot. 3. Q.SMART UF 70-90 – szklany moduł CIGS do zastosowań architektonicznych, prod. Q-Cells. Najbardziej wydajny energetycznie wśród masowo produkowanych modułów cienkowarstwowych. Wymiary 1190 x 630 x 7,3 mm, waga 13,2 kg [fot. Q-Cells, www.q-cells.com]

Magdalena Muszyńska-Łanowy

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

patrz też:

- Arkada słoneczna budynku „Solar Fabrik” we Freiburgu , Janusz Marchwiński,  Świat Szkła 5/2007

- Technologia fotowoltaiczna na dachach budynków - spojrzenie architektoniczne , Janusz Marchwiński, Świat Szkła 6/2006 

-  Kolektory słoneczne w architekturze budynków niemieszkalnych , Janusz  Marchwiński , Świat Szkła 1/2005

inne artykuły tego autora:

- Fotowoltaiczne systemy przeciwsłoneczne , Magdalena Muszyńska-Łanowy , Świat Szkła 3/2011 

- Szklane fasady fotowoltaiczne - energooszczędność i komfort Część 1 , Magdalena Muszyńska-Łanowy, Świat Szkła 11/2010

- Czarne fasady - fotowoltaiczne okładziny CIS, Magdalena Muszyńska-Łanowy, Świat Szkła 7-8/2010

- Szkło fotowoltaiczne, Magdalena Muszyńska-Łanowy, Świat Szkła 6/2010

- BiPV - fotowoltaika zintegrowana z budynkiem , Magdalena Muszyńska-Łanowy, Świat Szkła 5/2010

 więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2010

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne