|
Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem (BIPV) była do tej pory jedynie niszowym rozwiązaniem w architekturze. Cele klimatyczne na rok 2045 oraz dążenie do uniezależnienie się od importu energii i paliw kopalnych oznaczają, że zrównoważone wytwarzanie energii za pomocą BIPV może potencjalnie stać się rynkiem masowym.
Dzięki kolorowym modułom fotowoltaicznym MorphoColor stela przed głównym wejściem Instytutu Fraunhofera ISE służy do zademonstrowania estetycznych możliwości projektowych zintegrowanej z budynkiem fotowoltaiki (BIPV) na elewacjach i dachach. Powłoka barwiąca MorphoColor została opracowana i opatentowana przez firmę Fraunhofer. Moduły zostały wyprodukowane z krystalicznych ogniw słonecznych w formacie gontu w Instytucie Fraunhofera ISE.
Fot.: Fraunhofer ISE / Dirk Mahler
Obecne badania pokazują, że powierzchnie budynków
dostępne w Niemczech znacznie przekraczają
zapotrzebowanie na fotowoltaikę w systemie
energii odnawialnej i mogą wytworzyć zainstalowaną
moc z fotowoltaiki o wartości szczytowej do
1000 gigawatów (560 GWp dachy; 440 GWp fasady).
1 Dla udanej transformacji energetycznej w Niemczech,
w zależności od okoliczności, wystarczyłoby
od 150 do 300 gigawatów mocy szczytowej lub
obszary o powierzchni od 750 do 1500 kilometrów
kwadratowych.
Największy potencjał mają tu przegrody zewnętrzne
budynków, które i tak są poddawane gruntownej
modernizacji; w tym przypadku dodatkowe
koszty fotowoltaiki są znacznie niższe, a okres zwrotu
inwestycji w ciągu zaledwie dziesięciu lat staje się
realny. W przypadku nowych budynków koszty BIPV
można obniżyć pod warunkiem wczesnego planowania,
ponieważ można zaoszczędzić na konwencjonalnych
materiałach budowlanych.
Niemcy dążą do osiągnięcia neutralności klimatycznej
do 2045 roku. Cel ten może zostać osiągnięty
szybciej w sektorze energetycznym, ponieważ koszty
transformacji są tu niższe niż w innych sektorach,
np. w rolnictwie. Odnawialne źródła energii stają
się najważniejszym paliwem dla rosnącego „głodu
mocy” – także w zmieniających się sektorach ogrzewania
i mobilności.
W przyszłości energia elektryczna może być wytwarzana
przede wszystkim przez energię wiatrową
i ogniwa fotowoltaiczne, także ze względu na stosunkowo
niskie koszty wytwarzania. Według badań
modelowych przeprowadzonych przez Fraunhofer-
Institute for Solar Energy Systems ISE, całkowita moc
instalacji fotowoltaicznych musi wzrosnąć do około
200-300 GW.
Moduł fotowoltaiczny MorphoColor® o wymiarach 100 x 100 cm
Fot.: Fraunhofer ISE / Thomas Kroyer
Obecnie zainstalowanych jest około 55 GW,
głównie za pomocą systemów zainstalowanych na
dachach i otwartych przestrzeniach. W 2020 roku
powierzchnia zainstalowanych BIPV będzie nadal
niska i wyniesie 65 800 metrów kwadratowych
(13 MWp przy rocznych wahaniach na poziomie około
5%), ale spodziewany jest ogromny wzrost, ponieważ
udana transformacja energetyczna wymaga
łącznie od 400 do 500 GWp, z czego około 50 do
300 GWp w przegrodach zewnętrznych budynków
(fasadach i dachach).
Pozostałą część może być generowana przez systemy
fotowoltaiczne na otwartych przestrzeniach,
w połączeniu z rolnictwem, budowane na zbiornikach
wodnych, instalowane na parkingach, szlakach
komunikacyjnych, w pojazdach lub na zdegradowanych
obszarach biotopów i torfowisk.
Zdecydowanie największy potencjał wzrostu oferują
jednak przegrody zewnętrzne budynków. Dzięki
swoim dużym powierzchniom użytkowym, pod warunkiem
zainstalowania ogniw fotowoltaicznych, mogłyby
one przyczynić się do bardziej zrównoważonego
zaopatrzenia w energię. Jest to ważne zwłaszcza
w miastach, ponieważ fasady i dachy budynków wykorzystujące
energię słoneczną znacznie ograniczają
emisję CO2 w sektorze budowlanym, pozwalają uniknąć
kosztów rozbudowy sieci i stanowią przyszłościową
wartość lokalną.
Każdy nowy budynek, każda renowacja z zastosowaniem
BIPV przyczyniłaby się do transformacji energetycznej,
a jednocześnie generowałaby przychody
dla operatorów budynków. W Niemczech co roku buduje
się około 107 milionów metrów kwadratowych
elewacji i 63 miliony metrów kwadratowych dachów
skośnych.2 Gdyby te powierzchnie zostały wykorzystane,
ich moc mogłaby wzrosnąć do 33 GWp.
Ustawa o energii odnawialnej (EEG) wyznaczyła
już cel pośredni na rok 2030 – udział energii odnawialnej
w zużyciu energii elektrycznej brutto na poziomie
65%. Aby osiągnąć ten cel, konieczne jest stałe
zwiększanie mocy instalacji fotowoltaicznych o 5 do
10 GWp rocznie, w zależności od zmian w zapotrzebowaniu
na energię i rozwoju energetyki wiatrowej.
Gama kolorystyczna warstw/powłok MorphoColor®.
Fot.: Fraunhofer ISE / Andreas Wessels
Konieczna integracja z cyfrowym planowaniem budowy
Ważnym elementem rozwoju rynku jest włączenie
produktów BIPV do planowania procesów budowlanych,
zwłaszcza za pomocą narzędzi cyfrowych,
takich jak BIM (Building Information Modelling).
Aby jednak integracja funkcji PV w produktach
budowlanych stała się czymś oczywistym, konieczne
są uproszczenia w prawie dotyczącym produktów
budowlanych i przepisach technicznych, a także
zachęty w postaci instrumentów podatkowych
i regulacyjnych – i tu właśnie muszą być podjęte decyzje
polityczne.
Ponadto wielu uczestników życia społecznego
powinno wysyłać politykom jasne sygnały: jeśli chodzi
o energię elektryczną i cieplną, mobilność i konsumpcję,
konsumenci mogą preferować produkty
energooszczędne i energię odnawialną, co wygeneruje
ogromny popyt. Inwestorzy znajdują w transformacji
energetycznej atrakcyjne długoterminowe
opcje inwestycyjne. Decydenci powinni sprawdzić,
które działania opłacają się w dłuższej perspektywie
i sprzyjają przemianom ekologicznym.
Państwa, miasta i gminy powinny promować
zrównoważone projekty i odpowiednio dostosowywać
swoje własne inwestycje. Wreszcie, należy zachęcać
firmy do ponownego uruchomienia produkcji
fotowoltaicznej w Niemczech, aby uniknąć uzależnienia
i pozostawić za sobą erę „kopalną”, w której
co roku, za import ropy i gazu płaci się kartelom
i reżimom autorytarnym ogromne kwoty.
Surowce do produkcji ogniw fotowoltaicznych
są dostępne, a technologie solarne zostały w znacznym
stopniu rozwinięte w Niemczech, zanim błędne
decyzje polityczne doprowadziły do przeniesienia
istotnych miejsc pracy do regionu azjatyckiego. Krajowa,
lokalna produkcja ogniw fotowoltaicznych
zapewniłaby długoterminowe bezpieczeństwo dostaw
oraz zgodność z wysokimi standardami ekologicznymi
i jakościowymi – co stanowi przewagę
konkurencyjną.
Moduł BIPV w budynku Fraunhofer ISE, Freiburg.
Fot.: Fraunhofer ISE
Ważne byłoby również, aby w ramach rozbudowy,
w bardziej przejrzysty sposób, przedstawić rzeczywiste
koszty różnych rodzajów wytwarzania energii
elektrycznej. Choć fotowoltaika nadal cieszy się opinią
stosunkowo drogiej technologii wytwarzania energii
elektrycznej – to 300 euro za metr kwadratowy jako
pełny koszt systemu w przypadku małych i średnich
systemów dachowych jest realistyczne, natomiast systemy
zintegrowane są nieco droższe.
Jednak w przypadku wymiany konwencjonalnej
fasady lub zaplanowania fasady słonecznej w nowym
budynku, koszty maleją. Większe systemy dachowe
lub naziemne są również opłacalne bez wpływu
na koszty zewnętrzne – ich pełne koszty wytwarzania
energii elektrycznej wynoszą obecnie 5-10 Euro
cents /kWh, co jest porównywalne z kosztami elektrowni
gazowych.
Przy bliższej analizie staje się również jasne, że porównania
kosztów wytwarzania energii z paliw kopalnych
lub energii jądrowej są obecnie nieco zniekształcone,
ponieważ ich koszty zewnętrzne i ryzyko
związane z powodowanymi przez nie szkodami dla
środowiska, klimatu i zdrowia były dotychczas w dużej
mierze pomijane przy ustalaniu cen, co w praktyce
oznacza, że konwencjonalne nośniki energii
korzystają z ukrytych dotacji.
Koszty krańcowe w żaden sposób nie obejmują
neutralizacji odpadów promieniotwórczych ani emisji
gazów cieplarnianych (CO2, NOX, SOX itp.), żeby
wymienić tylko dwa – te ukryte koszty są obecnie
ponoszone przez ogół społeczeństwa. Jeszcze ważniejsze
jest jednak skupienie się na największym
z wyzwań – neutralności pod względem emisji CO2:
wytwarzanie energii elektrycznej w oparciu o ogniwa
fotowoltaiczne znacznie zmniejsza emisję CO2
i byłoby bardzo skuteczne w ograniczaniu efektu
cieplarnianego.
Pozioma linia napylania o powierzchni powlekania 1,5 x 4 metry.
Fot.: Fraunhofer ISE
Potrzeba zmiennej mocy z odnawialnych źródeł energii
Zapotrzebowanie na energię elektryczną do celów
grzewczych (budynki, przemysł), mobilności oraz
jako podstawowy „materiał” w procesach chemicznych
będzie stale i długofalowo wzrastać – widać
to na przykład w przemyśle szklarskim: BV Glas przewiduje,
że do 2045 r. piece do produkcji szkła float,
opalane gazem ziemnym, zostaną przestawione
na technologie elektryczne i hybrydowe z wykorzystaniem
„zielonego” wodoru. W przeciwnym razie uzgodniona
na szczeblu międzynarodowym neutralność pod
względem emisji CO2 nie będzie możliwa do osiągnięcia.
Kluczową rolę odgrywa tu elektrolityczna produkcja
wodoru z użyciem odnawialnej energii elektrycznej.
Podobnie elektromobilność zwiększa nasze
zapotrzebowanie na większą ilość energii elektrycznej,
którą można pokryć dzięki wytwarzaniu
energii ze źródeł odnawialnych, ponieważ ma ona
“zdolności” kompensacyjne ze względu na różne
czynniki sezonowe, geograficzne i technologiczne.
Zależności pogodowe związane z energią wiatrową
i fotowoltaiką można kompensować ponad granicami
państw europejskich.
Rosnący stopień decentralizacji, a także koordynacja
zmiennej produkcji energii elektrycznej i sterowalnego
zużycia wymagają silnego rozwoju cyfryzacji,
zwłaszcza w Niemczech, a w idealnym przypadku
– zharmonizowanego rozwoju w całej Europie
Dalsze zachęty do stosowania BIPV są oczywiste:
nowoczesne moduły nie tylko umożliwiają wytwarzanie
energii elektrycznej z energii słonecznej, ale także
atrakcyjnie komponują się z fasadą (co jest ważne
dla akceptacji konsumentów). Poprawiają też izolację
cieplną oraz ochronę przed wiatrem i warunkami
atmosferycznymi, a także zapewniają zacienienie, gdy
są zintegrowane ze szklanymi fasadami.
Obecnie na rynek wprowadzane są pierwsze
przezroczyste produkty BIPV, które można estetycznie
łączyć z szybami chroniącymi przed słońcem lub
innymi materiałami na elewacji. Naukowcy z Fraunhofer
ISE widzą duże możliwości dla firm europejskich,
jeśli chodzi o masowo produkowane, a jednocześnie
konfigurowalne moduły BIPV. Umożliwiają one trwałe
tworzenie wartości dodanej i sprawiają, że architekci
i projektanci fasad mogą znaleźć odpowiednie
produkty do każdego projektu.
Instytut opracował moduły Morpho-Color©, które
są wyposażone w wysoce wydajne kolorowe powłoki
(utrata wydajności maksymalnie 10% w porównaniu
z całkowicie przezroczystymi szklanymi osłonami
przednimi), o różnych formatach ogniw i modułów
oraz atrakcyjnych opcjach estetycznych. Otwierają
one drogę dla solarnych przegród budowlanych,
częściowo przezroczystych z widocznymi krzemowymi
ogniwami słonecznymi lub nieprzezroczystych
w różnych kolorach.
Źródło: glasstec
Literatura
– Badanie przeprowadzone przez B + L Marktdaten GmbH
na zlecenie Fraunhofer ISE, 03/2020
– Potencjał zintegrowanej fotowoltaiki w Niemczech (Potenziale
der Integrierten Photovoltaik in Deutschland), Harry
Wirth, Jan-Bleicke Eggers, Max Trommsdorff, Holger Neuhaus,
Martin Heinrich, Stefan Stefan Wieland, Christian
Schill, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE
– Dekarbonizacja w przemyśle szkła float
1 Porównaj: „Potencjał zintegrowanej fotowoltaiki w Niemczech”, Harry Wirth, Jan-Bleicke Eggers, Max Trommsdorff, Holger Neuhaus, Martin Heinrich, Stefan Wieland, Christian Schill. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, Freiburg, www.ise.fraunhofer.de
2 Źródło: Badanie przeprowadzone przez B + L Marktdaten GmbH na zlecenie Fraunhofer ISE, 03/2020.
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacji: Świat Szkła 5/2022
|
